热声制冷技术
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放出热量Qh。
输入声波（声功W）--扬声器 或热声发动机 室温
需要的低温
实验证明，在板叠上产生ΔT的温差，在共振腔中产生压 力和速度的变化。
取一块板叠中的板，取气体中一个振动的微粒，声 波和系统固有频率相同，发生共振，，产生的压力波 使气体微粒受到周期性的压缩和膨胀，气体微粒沿板
来回振动而发生位移。
热声制冷技术
热声制冷原理
热声震荡
温度比α=Th/Tc＞10能产生热声震荡 温度比α=Th/Tc＜1.6热声震荡消失
管内气体自 发震荡
用手指堵住 此口Th
细管
封闭气体的细管
热源
Tc
液氦
气体膨胀—压缩力—气流运动—气团与管壁接触换热
气团急速运动
气团与管壁的换热不完全
传热边界层的粘滞性 在管内径向（同截面）温度不同 导致传热滞后
而导致右端温度降低。
板叠中的一块
综合性能系数
热声制冷机性能分析
冷端换热器有效负荷 热声制冷机的COP仅是商用制冷机
外界对系统的输入电功
的30%~40%。
性能不高的原因：
1、有害负荷，包括：声能的损耗引起的负荷、环境与系统间的换热、热端和冷端间的换热、声能转化 的热能。
2、流动效应和非线性效应，如工质流体中稳流的再循环效应、紊流效应等。
1. 磁力径向轴承 2. 电机
3. 磁力推力轴承 4. 2级离心叶轮 5. 压缩机冷却电磁阀
定位盘
Y轴定位 传感器
磁力轴承
叶轮
前轴承 传感器固定盘
后轴承 传感器固定盘
轴向轴承
永久磁铁
推力轴承
线圈 电磁体
地源热泵
地表浅层地热资源，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能 而蕴藏的低温位热能。其温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏 季比环境空气温度低，是热泵很好的供热热源和供冷冷源，这种温度特性使得 地源热泵比传统空调系统运行效率要高 40%，因此要节能和节省运行费用 40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定， 也保证了系统的高效性和经济性。系统全部为闭式循环，不抽取地下水,不会 造成地下水的污染以及地表下陷；热泵的运行没有任何污染，没有燃烧，也没 有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。
3、专用换热器效率有待提高。
4、设计上的简化和圆整等。
考虑到电能转化为声能、声能在共振腔中传播、在热声核心实现热声制冷、热量从冷端传递到热端 ，产生的损失有：电声转换损失、声波在共振腔中的损耗、声热转换中的不可逆损耗、换热器的效率。
可得评定热声制冷机的综合COP：
上式
空间用热声制
冷机，1992年1月 随“发现号”进入 太空。是1/4波长 的热声机，工作压 力1Mp，工质97% 氦、3%氩的混合
冷却器
温度300K
相对应
谐振管的要求
1、加热器、热声板叠、冷却器应置于压力和位移值的非零区。
2、加热器和冷却器由铜质翅片组成。
3、热叠板用高热容固体平板，依严格的板间距v组成。
4、板间距要求：
是重要指标、决定板叠壁与工质气团间的热接触性质、激发热震荡的重要条件 。
合适的板叠间距，可导致气团与固体壁具有不良的热接触，以形成传热温差的
WMC
(Water Cooled Magnetic Bearing Compressor
120-150冷吨 制冷机组
采用无油磁力悬浮 轴承压缩机 R134a制冷剂
MicroTech II™ 控 制器
MT II 机组控制 器
MT II 压缩机 控制 器
电子膨胀阀
#2 #1
VFD启动柜
电子膨胀阀
视液镜察看阀体 位置
物。板叠直径 38mm、长度 79mm。由顶部的 扬声器产生400Hz 的声波，获得3W 的冷量，冷端温度 50℃时热力完善度
16%。
第一台
磁悬浮离心机
磁悬浮超效离心机
效率更高
❖变频直接驱动----效率及部分负荷效率更高
无摩擦磁性悬浮轴承
❖二根径向/一根轴向磁性轴承
R134a环保冷媒 无油润滑，换热器传热表面无油粘附 超静噪音（150RT机组噪声低于60dBA）
总计6386级，控 制机组制冷量 12 vac电机
压缩机冷却
制冷剂冷却电机和 电子部件
电机温度过高将导 致电机轴消磁
系统不能为低温应 用。
干燥过滤器 电机冷却管路
TT 300型压缩机
60–100冷吨，R134a 无油，磁力轴承 两级离心压缩机 直接驱动 永磁同步电机 重量为 122公斤
TT 300型压缩机
压力波与温度波之间产生相位差—激发了气体的震荡
因此，气体运动与传热之间的相位差是产生热声震荡的必要条件。
热声驱动器（热声发动机或热声压缩机）
由于是接近管壁的气团参与换热，要产生高强度的热声震荡，采用比表面 积较大的狭道组成热声发生器最为有效。
被加热的工质在叠板中产生热声震荡，将一部分热 能变为机械能，产生声功W，其余热量Qc作为费热
k
滞后。分k析表明，平板之K-间气体的热距导离率，宜ρ大-气于体几平倍均热密度渗，透Cp-长气度体比值定，压热容，Fra bibliotekfc p
1δk-在
f
时间内热量通过气体扩散的距离（微米量级）
热声叠板的板间距与气体的热渗透长度有相当的数值。
热声板叠的应用，使热声总功率增大，因为与细管相 比增加了许多并行的气流通道，使得温度与压力产生更
大的滞后。
谐振管内的气体受声压的热作声用制冷机
，产生绝热压缩和膨胀。热声 板叠左端的气团受到驻波的压 缩，温度升高，向板叠放热。
在热声板叠的右端，由于驻波 低压相的绝热膨胀，气团的温 度低于当地板叠温度，气团从
板叠吸热。
在声波的每一个循环中，气团 将热量从热声板叠的右端向左 端传递，使两端的温差增大。 结果，热量Qc从冷端换热器（ Tc）输送到热端换热器（Th) 释
气体微粒的初温为T1被绝热压缩温度升高，气体微 粒在声源驻波的作用下向左移（压力最大值处），温 度变为T2，此时微粒的温度高于叠板温度，微粒向板 传热（dQh) ，这时微粒温度为T3，在驻波作用下，微 粒向右移动，回到初始位置的过程中，经历了绝热膨 胀，温度下降为T4，此时微粒的温度低于叠板，并将 热量传给微粒(dQc) ，使得微粒的温度又恢复到T1。从
通过冷却器释放到低温热源。
温度700~1000K （谐振管 ）
谐振管的温度分布
W=Qh-Qc，热效率η=W/Qh 热声驱动器的一个重要结构参数是谐振管的长度。
它和气体声速一起决定了热声震荡的频率。 设：ν-声速，λ-波长，f-频率 ν= λf的关系，f=1000/100=10m
以氦为工质的谐波管的典型长度0.1~10m. 谐振管长为1/2波长或1/4波长。
输入声波（声功W）--扬声器 或热声发动机 室温
需要的低温
实验证明，在板叠上产生ΔT的温差，在共振腔中产生压 力和速度的变化。
取一块板叠中的板，取气体中一个振动的微粒，声 波和系统固有频率相同，发生共振，，产生的压力波 使气体微粒受到周期性的压缩和膨胀，气体微粒沿板
来回振动而发生位移。
热声制冷技术
热声制冷原理
热声震荡
温度比α=Th/Tc＞10能产生热声震荡 温度比α=Th/Tc＜1.6热声震荡消失
管内气体自 发震荡
用手指堵住 此口Th
细管
封闭气体的细管
热源
Tc
液氦
气体膨胀—压缩力—气流运动—气团与管壁接触换热
气团急速运动
气团与管壁的换热不完全
传热边界层的粘滞性 在管内径向（同截面）温度不同 导致传热滞后
而导致右端温度降低。
板叠中的一块
综合性能系数
热声制冷机性能分析
冷端换热器有效负荷 热声制冷机的COP仅是商用制冷机
外界对系统的输入电功
的30%~40%。
性能不高的原因：
1、有害负荷，包括：声能的损耗引起的负荷、环境与系统间的换热、热端和冷端间的换热、声能转化 的热能。
2、流动效应和非线性效应，如工质流体中稳流的再循环效应、紊流效应等。
1. 磁力径向轴承 2. 电机
3. 磁力推力轴承 4. 2级离心叶轮 5. 压缩机冷却电磁阀
定位盘
Y轴定位 传感器
磁力轴承
叶轮
前轴承 传感器固定盘
后轴承 传感器固定盘
轴向轴承
永久磁铁
推力轴承
线圈 电磁体
地源热泵
地表浅层地热资源，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能 而蕴藏的低温位热能。其温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏 季比环境空气温度低，是热泵很好的供热热源和供冷冷源，这种温度特性使得 地源热泵比传统空调系统运行效率要高 40%，因此要节能和节省运行费用 40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定， 也保证了系统的高效性和经济性。系统全部为闭式循环，不抽取地下水,不会 造成地下水的污染以及地表下陷；热泵的运行没有任何污染，没有燃烧，也没 有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。
3、专用换热器效率有待提高。
4、设计上的简化和圆整等。
考虑到电能转化为声能、声能在共振腔中传播、在热声核心实现热声制冷、热量从冷端传递到热端 ，产生的损失有：电声转换损失、声波在共振腔中的损耗、声热转换中的不可逆损耗、换热器的效率。
可得评定热声制冷机的综合COP：
上式
空间用热声制
冷机，1992年1月 随“发现号”进入 太空。是1/4波长 的热声机，工作压 力1Mp，工质97% 氦、3%氩的混合
冷却器
温度300K
相对应
谐振管的要求
1、加热器、热声板叠、冷却器应置于压力和位移值的非零区。
2、加热器和冷却器由铜质翅片组成。
3、热叠板用高热容固体平板，依严格的板间距v组成。
4、板间距要求：
是重要指标、决定板叠壁与工质气团间的热接触性质、激发热震荡的重要条件 。
合适的板叠间距，可导致气团与固体壁具有不良的热接触，以形成传热温差的
WMC
(Water Cooled Magnetic Bearing Compressor
120-150冷吨 制冷机组
采用无油磁力悬浮 轴承压缩机 R134a制冷剂
MicroTech II™ 控 制器
MT II 机组控制 器
MT II 压缩机 控制 器
电子膨胀阀
#2 #1
VFD启动柜
电子膨胀阀
视液镜察看阀体 位置
物。板叠直径 38mm、长度 79mm。由顶部的 扬声器产生400Hz 的声波，获得3W 的冷量，冷端温度 50℃时热力完善度
16%。
第一台
磁悬浮离心机
磁悬浮超效离心机
效率更高
❖变频直接驱动----效率及部分负荷效率更高
无摩擦磁性悬浮轴承
❖二根径向/一根轴向磁性轴承
R134a环保冷媒 无油润滑，换热器传热表面无油粘附 超静噪音（150RT机组噪声低于60dBA）
总计6386级，控 制机组制冷量 12 vac电机
压缩机冷却
制冷剂冷却电机和 电子部件
电机温度过高将导 致电机轴消磁
系统不能为低温应 用。
干燥过滤器 电机冷却管路
TT 300型压缩机
60–100冷吨，R134a 无油，磁力轴承 两级离心压缩机 直接驱动 永磁同步电机 重量为 122公斤
TT 300型压缩机
压力波与温度波之间产生相位差—激发了气体的震荡
因此，气体运动与传热之间的相位差是产生热声震荡的必要条件。
热声驱动器（热声发动机或热声压缩机）
由于是接近管壁的气团参与换热，要产生高强度的热声震荡，采用比表面 积较大的狭道组成热声发生器最为有效。
被加热的工质在叠板中产生热声震荡，将一部分热 能变为机械能，产生声功W，其余热量Qc作为费热
k
滞后。分k析表明，平板之K-间气体的热距导离率，宜ρ大-气于体几平倍均热密度渗，透Cp-长气度体比值定，压热容，Fra bibliotekfc p
1δk-在
f
时间内热量通过气体扩散的距离（微米量级）
热声叠板的板间距与气体的热渗透长度有相当的数值。
热声板叠的应用，使热声总功率增大，因为与细管相 比增加了许多并行的气流通道，使得温度与压力产生更
大的滞后。
谐振管内的气体受声压的热作声用制冷机
，产生绝热压缩和膨胀。热声 板叠左端的气团受到驻波的压 缩，温度升高，向板叠放热。
在热声板叠的右端，由于驻波 低压相的绝热膨胀，气团的温 度低于当地板叠温度，气团从
板叠吸热。
在声波的每一个循环中，气团 将热量从热声板叠的右端向左 端传递，使两端的温差增大。 结果，热量Qc从冷端换热器（ Tc）输送到热端换热器（Th) 释
气体微粒的初温为T1被绝热压缩温度升高，气体微 粒在声源驻波的作用下向左移（压力最大值处），温 度变为T2，此时微粒的温度高于叠板温度，微粒向板 传热（dQh) ，这时微粒温度为T3，在驻波作用下，微 粒向右移动，回到初始位置的过程中，经历了绝热膨 胀，温度下降为T4，此时微粒的温度低于叠板，并将 热量传给微粒(dQc) ，使得微粒的温度又恢复到T1。从
通过冷却器释放到低温热源。
温度700~1000K （谐振管 ）
谐振管的温度分布
W=Qh-Qc，热效率η=W/Qh 热声驱动器的一个重要结构参数是谐振管的长度。
它和气体声速一起决定了热声震荡的频率。 设：ν-声速，λ-波长，f-频率 ν= λf的关系，f=1000/100=10m
以氦为工质的谐波管的典型长度0.1~10m. 谐振管长为1/2波长或1/4波长。