具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1和图2，图1是本申请一实施例的热声驱动制冷装置的结构示意图，图2是图1的热声驱动制冷装置中的脉管制冷机30的结构示意图。本发明一实施例提供一种驱动制冷装置，该驱动制冷装置包括热声发动机10、谐振机构20以及脉管制冷机30。其中，热声发动机10，包括发动管体110，发动管体110内设有热声转换组件120，用于将通入的热量转换成压力波。

在本申请一实施例中，热声转换组件120包括依次连接的高温换热器1210、回热器1220以及发动机室温换热器1230，发动机室温换热器1230靠近谐振机构20以及脉管制冷机30的一端设置。热声转换组件120用于热制声，也即从高温换热器1210接收外界传输的热量，当高温换热器1210所处的温度达到一定的阈值，例如100摄氏度至600摄氏度之间，位于回热器1220中的气体与其位于回热器1220内的固体填料之间会产生热声效应，进而自发产生周期性的压力波动，产生的压力波动随发动机室温换热器1230传输至谐振机构20以及脉管制冷机30。可以理解的是，谐振机构20以及脉管制冷机30均位于声功传输路线的下游。进而便于声功从热声转换组件120可以顺利传输至谐振机构20和脉管制冷机30。

请参照图3，图3是本申请另一实施例的热声驱动制冷装置的结构示意图。在另一实施例中，发动管体110包括主管体1110和反馈管体1120，主管体1110内依次设有高温换热器1210、回热器1220、发动机室温换热器1230以及弹性膜1130；还包括设于高温换热器1210远离回热器1220一侧间隔设置的发动机次室温换热器1340，反馈管体1120的两端分别靠近发动机室温换热器1230以及发动机次室温换热器1340设置。也即发动管体110为环状设置且设置有一个连接谐振机构20和脉管制冷机30的连接管口。从高温换热器1210接收的热量传输至回热器1220，进而在回热器1220中的气体会与固体填料产生热声效应，如此产生压力波动，且压力波动依次流过反馈管体1120至连接管口处并传输至谐振机构20以及脉管制冷机30。反馈管体1120的设置用于接收热声发动机10、谐振机构20以及脉管制冷机30之间传输的声功，并将该声功重新通过反馈管体1120连接至发动机次室温换热器1340进而依次通过高温换热器1210和回热器1220，并与回热器1220产生的声功混合，起到增大声功的作用，且循环利用了热声发动机10、谐振机构20以及脉管制冷机30之间流通的声功。

请参照图4和图5，图4是本申请另一实施例的热声驱动制冷装置的机构示意图，图5是图4中A处的放大结构示意图。在另一实施例中，热声发动机10、谐振机构20以及脉管制冷机30的数量为两组，且任一组中的热声发动机10和脉管制冷机30分别与另一组中的脉管制冷机30和热声发动机10对应连接。也即两组的热声驱动制冷装置首尾相连接，进而整体为循环封闭设置，也对应第一组中的热声发动机10和第二组中的脉管制冷机30相连接，而第一组中的脉管制冷机30与第二组中的热声发动机10相连接。且第一组以及第二组中的谐振机构20位于热声发动机10和脉管制冷机30之间。如此设置，热声发动机10、谐振机构20以及脉管制冷机30的设置为紧凑设置，可以节省热声驱动制冷装置的空间排布，节省使用空间。

请继续参照图1和图2，脉管制冷机30包括制冷管310，制冷管310内设置的制冷单元320包括依次连接的是热端换热单元3210、回热单元3220以及冷端换热单元3230，热端换热单元3210用于接收热量，冷端换热单元3230将回热单元3220传导处理后的温度降低。可以理解的是，热端换热单元3210的温度值与发动机室温换热器1230传输的温度值相对应。该温度经回热单元3220以及冷端换热单元3230的传输进而实现降温的效果。

在本申请一实施例中，脉管制冷机30包括三级制冷单元320，分别为依次连接的第一制冷单元3240、第二制冷单元3250以及第三制冷单元3260，第一制冷单元3240接收的温度与冷端换热单元3230传导的温度相对应。还包括气库330和惯性管340，气库330和惯性管340与脉管制冷机30相连接，起到调相的作用。

第一制冷单元3240包括依次叠加的制冷机室温换热器3241、一级回热器3242以及一级冷端换热器3243；第二制冷单元3250包括与一级冷端换热器3243相连接的二级回热器3251、套设于二级回热器3251内的二级脉管3252以及设于二级回热器3251远离一级冷端换热器3243一侧的二级冷端换热器3253；第三制冷单元3260包括与二级冷端换热器3253相连接的三级回热器3261、套设于三级回热器3261内的三级脉管3262以及设于三级回热器3261远离二级冷端换热器3253的三级冷端换热器3263。需要说明的是，在本申请一实施例中，一级冷端换热器3243接收的温度、二级冷端换热器3253接收的温度以及三级冷端换热器3263接收的温度依次递减。也即在本发明一实施例中，通过第一制冷单元3240后，在一级冷端换热器3243可以达到的最低温度可以为80K，而经过二级冷端换热器3253可以达到的最低温度可以为20K，进而经过三级冷端换热器3263可以达到的温度可以为4K。如此可以突破现有技术中脉管制冷机30可以达到的18.1K的最低制冷温度。且本申请中的三级制冷单元320可以外接三种不同的应用场景。例如可以分别适应要求为最低温度为80K的工作环境需求、要求为最低温度20K的工作环境需求以及要求为最低温度4K的工作环境需求。

在申请一实施例中，气液谐振管210可以为U型管，但是在其他实施例中，气液谐振管210也可以为其他形状，例如圆弧形等，在此不对此进行限定。因为热声发动机10、谐振机构20以及脉管制冷机30为连通状态，所以在热声发动机10、谐振机构20以及制冷结构中通入的工作气体为氦气。而U型管中还包括液柱220，液柱220中的液体可以为室温离子液体等，在此不做限定。进一步地，谐振机构20设于脉管制冷机30远离热声发动机10的一侧，且限位膜230设于液柱220靠近脉管制冷机30的一侧，以分隔开液柱220与脉管制冷机30。对于不同的实施例，对应谐振机构20的不同放置位置，而不同的放置位置，限位膜230的位置也可以对应进行调整。限位膜230的数量和位置均不作限定，只要可以保证液柱220中的液体不会进入脉管制冷机30即可。限位膜230可以为浮子结构，进而可以防止液柱220中的液体流入至脉管制冷机30中。相比于气体谐振子，气液谐振子使得谐振管的长度大大缩小，进而可以节省整个装置内的可使用空间，大大减小了谐振管中的能量损失。而相比于液体谐振子，液体容易进入脉管制冷机30中，对脉管制冷机30中的各个机构造成损害，大大缩小了脉管制冷机30的可使用寿命，且液柱220的相对两端如果想避免液体进入脉管制冷机30，则均需留出安全空间，也即增长管体的长度，如此还会使得整个装置的体积较大。

需要说明的是，本申请采用的为气液谐振子，相比于现有的气体谐振子可以进行调相，也即对应提高压力波的幅值以及同时降低系统的谐振频率。可以理解的是，提高压力波幅值是为了提高热声驱动装置的驱动力，而降低谐振频率是为了降低热声驱动装置中的能量损失。以下以电声类比进行阐述：在热声驱动脉管制冷的过程中，对提高制冷性能参数分为压力波幅值和工作频率。而压力波幅值正比于而谐振频率其中，L为总声感，C为总声容。对于气体谐振子：L_GR＝∑ΔL_g、C_GR＝∑ΔC_g；其中，A为谐振管的横截面积；ρ_g为气体密度、l_g为气体段谐振管长度、L_g为气体声感、L_GR为气体谐振子总声感、γ为绝热指数、P_m为平均压力、C_g为气体声容、C_GR为气体谐振子总声容。而本申请中的气液谐振子：L_GLR＝L_l+∑ΔL_g、C_GLR＝C_l+∑ΔC_g。其中，ρ_l为液体密度、l_l为液体段谐振管长度、L_l为液体声感、L_GLR为气液谐振子总声感、C_l为液体声容、C_GLR为气液谐振子总声容。因为液体的密度大于气体，所以气液谐振子与气体谐振子相比，采用相同直径的管路实现等量的声感，气液谐振管210的长度远小于气体谐振管。而同时，采用气液谐振管210，声感和声容虽然都会变大，但是液体的密度远大于气体密度，所以对于液体部分增加的液体声容部分相比增加的声感的量可以忽略不计，参照上述压力波幅值的公式可以得出，声感变化的量大于声容变化的量，所以压力波幅值整体值还会变大。对于谐振频率，因为气液谐振子的声感和声容均变大，参照上述谐振频率的公式可以得出，气液谐振子的谐振频率远小于气体谐振子的谐振频率，进而可以降低热声驱动装置中的能量损失。本申请采用气液谐振管210可以利用液体的高声感和气体的高可压缩声容，便于脉管制冷机30获得更低的温度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。