一種同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其包括熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和依次連接于第一室溫?fù)Q熱器和回?zé)崞髦g的第一熱緩沖管和冷端換熱器；熱端換熱器與熱源相連形成高溫端；冷端換熱器與冷源相連形成低溫端，在回?zé)崞魃闲纬蓽囟忍荻?；回?zé)崞髟谠摐囟忍荻葪l件下將熱能轉(zhuǎn)化成聲功，聲功沿溫度梯度正方向先傳遞到第二熱緩沖管和第二室溫?fù)Q熱器，然后到達(dá)三通管處分流，一部分聲功流向反饋管，并通過環(huán)路傳遞到第一室溫?fù)Q熱器和第一熱緩沖管，通過回?zé)崞鞣糯?；另一部分聲功流向諧振管并存在其中，以使本系統(tǒng)在平衡態(tài)的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行；本發(fā)明同時(shí)利用熱、冷源，增大回?zé)崞鳒囟忍荻?，大幅提高發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生聲功的能力；減少環(huán)路中冷能損失，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，特別是一種同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)上常常存在多余冷能和多余熱能的情況。冷能方面，如工業(yè)副產(chǎn)品液氮、液化天然氣等；熱能方面，諸多低品位的熱能，如太陽能、工業(yè)余熱、煙氣廢熱等，這些冷能或熱能都無法單獨(dú)得到充分有效的利用。而現(xiàn)有技術(shù)在單臺(tái)設(shè)備上同時(shí)實(shí)現(xiàn)冷、熱能的高效利用尚存在較大的困難。目前來看，熱聲技術(shù)將是一個(gè)很好的選擇。
[0003]熱聲技術(shù)是指利用熱聲效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能和聲能(即機(jī)械能)之間相互轉(zhuǎn)換的技術(shù)，基于熱聲技術(shù)運(yùn)行的系統(tǒng)被稱為熱聲裝置。熱聲裝置一般由空管段、回?zé)崞骱蛽Q熱器組成，由于系統(tǒng)內(nèi)無任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，使用壽命很長(zhǎng)；另外，熱聲裝置一般以氦氣、氮?dú)狻鍤獾拳h(huán)保氣體作為工作介質(zhì)，對(duì)環(huán)境友好。熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)按照內(nèi)部聲場(chǎng)的不同特性，可以分為駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)于駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)而言，盡管由于回?zé)崞鲀?nèi)的熱交換過程基于不可逆過程、熱效率略低，但是具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)；行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞鲀?nèi)的熱交換基于可逆的斯特林循環(huán)，因此內(nèi)稟效率較高，用途更為廣泛。
[0004]傳統(tǒng)的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)只考慮了一種熱源，即高溫?zé)嵩?。圖1為傳統(tǒng)的駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖，該系統(tǒng)包括熱腔11、熱端換熱器5、回?zé)崞?、第一室溫?fù)Q熱器I和諧振管10，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。通過熱端換熱器5吸收熱量，第一室溫?fù)Q熱器I放出熱量，在回?zé)崞?的兩端形成溫差。根據(jù)熱聲效應(yīng)原理，當(dāng)溫差大到一定程度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自激起振，從而完成熱能向聲能的轉(zhuǎn)化。通?？稍谥C振管的兩端外接負(fù)載，實(shí)現(xiàn)聲能與其他形式能量間的轉(zhuǎn)化。在圖1所示的傳統(tǒng)駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中，無法簡(jiǎn)單通過第一室溫?fù)Q熱器I與低溫冷源熱交換來實(shí)現(xiàn)冷能利用，因?yàn)檫@樣會(huì)造成大量的冷能損失。圖2為傳統(tǒng)的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括第一室溫?fù)Q熱器1、回?zé)崞?、熱端換熱器5、第二熱緩沖管6、第二室溫?fù)Q熱器7、反饋管8、三通管9和諧振管10。熱端換熱器5吸收熱源的熱量形成高溫端，第一室溫?fù)Q熱器I放出熱量形成室溫端，這樣在回?zé)崞?的兩端形成了溫差，根據(jù)熱聲效應(yīng)，當(dāng)溫差大到一定程度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自激起振，從而實(shí)現(xiàn)熱能向聲能的轉(zhuǎn)化。通?？稍谥C振管的兩端外接負(fù)載，實(shí)現(xiàn)聲能與其他形式能量間的轉(zhuǎn)化。在圖2所示的傳統(tǒng)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中，同樣無法簡(jiǎn)單通過第一室溫?fù)Q熱器I與低溫冷源熱交換來實(shí)現(xiàn)冷能利用，因?yàn)檫@樣會(huì)造成大量的冷能損失。由此可以看出，對(duì)于傳統(tǒng)的駐波和行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)而言，目前的結(jié)構(gòu)無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)冷源與熱源的高效利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:針對(duì)現(xiàn)有熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)無法同時(shí)利用冷源與熱源的問題，而提供一種同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)；本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，由于冷、熱源的同時(shí)存在，熱端利用低品位的熱源，冷端利用多余冷能，可提高能源的利用率。同時(shí)，由于回?zé)崞鲀啥私^對(duì)溫度之比的大幅提高，使得在基本不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的基礎(chǔ)上大幅提聞了熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明提供的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，如圖3所示，其包括:熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，還包括依次連接于熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的第一室溫?fù)Q熱器I的第一熱緩沖管2和冷端換熱器3，所述冷端換熱器3與熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的回?zé)崞?相連，以構(gòu)成同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)；
[0008]所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端換熱器5與一熱源相連，以吸收熱源的熱量而形成高溫端；所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端換熱器3與一冷源相連，以吸收冷源的冷量而形成低溫端，在回?zé)崞?上形成溫度梯度；回?zé)崞?在該溫度梯度條件下將熱能轉(zhuǎn)化成聲功，聲功的方向沿著溫度梯度的正方向，先傳遞到熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的第二熱緩沖管6和第二室溫?fù)Q熱器7，然后到達(dá)三通管9處分流，一部分聲功流向熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的反饋管8，并通過環(huán)路傳遞到第一室溫?fù)Q熱器I和第一熱緩沖管2，然后通過回?zé)崞?放大；另一部分聲功流向熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的諧振管10，并儲(chǔ)存在其中，以使同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。
[0009]所述的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)為駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)。所述駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的與熱端換熱器5相連的諧振管10遠(yuǎn)端連通一諧振腔12。
[0010]所述的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)為行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)。所述行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的與第一室溫?fù)Q熱器I相連的諧振管10遠(yuǎn)端連通一諧振腔12。
[0011]本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，可至少3臺(tái)以上的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)首尾通過諧振部件13連接形成環(huán)形的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組；所述諧振部件13為液體振子或彈簧振子。
[0012]本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其熱端換熱器5吸收熱源的熱量形成高溫端，冷端換熱器3吸收冷源的冷量形成低溫端，這樣在回?zé)崞?上形成了溫度梯度；根據(jù)熱聲效應(yīng)，回?zé)崞?在一定溫度梯度的條件下，可以將熱能轉(zhuǎn)化成聲功，聲功的方向則是沿著溫度梯度的正方向，即先傳遞到第二熱緩沖管6和第二室溫?fù)Q熱器7，然后到達(dá)三通管9處分流，一部分聲功流向反饋管8，并通過環(huán)路傳遞到第一室溫?fù)Q熱器I和第一熱緩沖管2，然后通過回?zé)崞?放大；另一部分聲功流向諧振管10，并儲(chǔ)存在其中，使發(fā)動(dòng)機(jī)可以達(dá)到平衡的狀態(tài)，以便長(zhǎng)時(shí)間安全穩(wěn)定地運(yùn)行；當(dāng)在諧振管10 —端外接負(fù)載時(shí)，儲(chǔ)存的聲功可以用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載、轉(zhuǎn)化成其他形式的能量；環(huán)路的結(jié)構(gòu)具有調(diào)相作用，使回?zé)崞?可以工作在比較理想的行波聲場(chǎng)下，具有較高的熱聲轉(zhuǎn)換效率；第一室溫?fù)Q熱器I和第一熱緩沖管2將冷端換熱器3和反饋管8隔開，減少冷能的損失；第二室溫?fù)Q熱器7和第二熱緩沖管6將熱端換熱器5和三通管9隔開，減少熱量的損失。
[0013]本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:可同時(shí)利用冷源和熱兩種溫源，增大了回?zé)崞鞲叩蜏囟说臏乇?，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生聲功的能力；并通過增加一級(jí)室溫?fù)Q熱器和熱緩沖管，減少了冷能的損失，從而提高了效率；與傳統(tǒng)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)相比，一方面可以利用多余的冷能，提高能源的利用率，并增大回?zé)崞鞲叩蜏囟说臏乇?，提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能；另一方面可以減少冷能的損失，在基本不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的基礎(chǔ)上大幅提聞熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為傳統(tǒng)的駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為傳統(tǒng)的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例1)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例2)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5為本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例3)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0019]圖6為本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例4)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖7為本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例5)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021]圖8為本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例6)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明在充分利用一些場(chǎng)合多余冷源的基礎(chǔ)上，又解決了低品位熱源的利用問題，而冷源和熱源的同時(shí)利用可以增大回?zé)崞鞲叩蜏囟说臏乇?，提高發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生聲功的能力，并通過新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少了冷能的損失，大大提高了熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，具有廣闊的應(yīng)用前景；
[0023]下面通過附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
[0024]實(shí)施例1:
[0025]圖3為本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例1)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括:依次相連的第一室溫?fù)Q熱器
1、第一熱緩沖管2、冷端換熱器3、回?zé)崞?、熱端換熱器5、第二熱緩沖管6和第二室溫?fù)Q熱器7 ;反饋管8 一端與第一室溫?fù)Q熱器I相連通，反饋管8另一端通過三通管9和諧振管10相連通。
[0026]本實(shí)施例的同時(shí)利用冷源和熱源的(行波)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其包括熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括依次連接于熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的第一室溫?fù)Q熱器I的第一熱緩沖管2和冷端換熱器3，所述冷端換熱器3與熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的回?zé)崞?相連，以構(gòu)成同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)；
[0027]所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端換熱器5與一熱源相連，以吸收熱源的熱量而形成高溫端；所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端換熱器3與一冷源相連，以吸收冷源的冷量而形成低溫端，在回?zé)崞?上形成溫度梯度；回?zé)崞?在該溫度梯度條件下將熱能轉(zhuǎn)化成聲功，聲功的方向沿著溫度梯度的正方向，先傳遞到熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的第二熱緩沖管6和第二室溫?fù)Q熱器7，然后到達(dá)三通管9處分流，一部分聲功流向熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的反饋管8，并通過環(huán)路傳遞到第一室溫?fù)Q熱器I和第一熱緩沖管2，然后通過回?zé)崞?放大；另一部分聲功流向熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的諧振管10，并儲(chǔ)存在其中，以使同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。
[0028]該同時(shí)利用冷源和熱源的(行波)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，熱端換熱器5與熱源相連吸收熱源的熱能形成高溫端，冷端換熱器3與冷源相連吸收冷源的冷能形成低溫端，這樣在回?zé)崞?的兩端形成了溫差；根據(jù)熱聲效應(yīng)，當(dāng)溫差大到一定程度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自激起振，將熱能轉(zhuǎn)化成聲功；行波系統(tǒng)中聲功的方向是沿著溫度梯度的正方向，即先傳遞到第二熱緩沖管6和第二室溫?fù)Q熱器7，然后到達(dá)三通管9處分流，小部分聲功流向反饋管8，并通過環(huán)路傳遞到第一室溫?fù)Q熱器I和第一熱緩沖管2，然后通過回?zé)崞?放大，大部分聲功流向諧振管10，并儲(chǔ)存在其中，使發(fā)動(dòng)機(jī)可以達(dá)到平衡的狀態(tài)，以便長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地運(yùn)行；當(dāng)在諧振管的任意一端外接負(fù)載時(shí)，儲(chǔ)存的聲功可以用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載、轉(zhuǎn)化成其他形式的能量；
[0029]第一室溫?fù)Q熱器I通過循環(huán)水進(jìn)行冷卻保持在室溫溫度，和第一熱緩沖管2 —并將冷端換熱器3和反饋管8隔開，這樣最大程度地解決了冷能因?yàn)榄h(huán)路結(jié)構(gòu)通過反饋管8流失的問題，對(duì)于冷能的充分利用和發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高都有重要幫助；
[0030]第二室溫?fù)Q熱器7也通過循環(huán)水進(jìn)行冷卻保持在室溫溫度，和第二熱緩沖管6 —并將熱端換熱器5和三通管9隔開，這樣最大程度地解決了熱能通過三通管9流失的問題，對(duì)于熱能的充分利用和發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高都有重要幫助；
[0031]本發(fā)明同時(shí)利用熱源和冷源的能量，可以增大回?zé)崞鞲叩蜏囟说臏乇龋岣甙l(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生聲功的能力，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和熱聲轉(zhuǎn)換效率，所以本發(fā)明的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0032]實(shí)施例2:
[0033]圖4為本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的(駐波)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例2)結(jié)構(gòu)示意圖；如圖4所示，該同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括:依次相連的熱腔11、熱端換熱器5、回?zé)崞?、冷端換熱器3、第一熱緩沖管2、第一室溫?fù)Q熱器I和諧振管10 ；
[0034]本實(shí)施例的同時(shí)利用冷源和熱源駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，通過熱端換熱器5吸收熱量，冷端換熱器3吸收冷量，在回?zé)崞?的兩端形成較大溫差，根據(jù)熱聲效應(yīng)，當(dāng)溫差大到一定程度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自激起振，將熱能轉(zhuǎn)化成了聲功，并依此傳遞到第一熱緩沖管2和第一室溫?fù)Q熱器I，最后這些聲功都儲(chǔ)存在諧振管10內(nèi)，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)可以達(dá)到平衡的狀態(tài)，以便長(zhǎng)時(shí)間安全穩(wěn)定地運(yùn)行。當(dāng)在諧振管的任意一端外接負(fù)載時(shí)，儲(chǔ)存的聲功可以用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載、轉(zhuǎn)化成其他形式的能量；
[0035]第一室溫?fù)Q熱器I通過循環(huán)水的冷卻保持在室溫溫度，和第一熱緩沖管2 —并將冷端換熱器3和諧振管10隔開，這樣防止冷能傳遞到諧振管10內(nèi)引起大量損失，對(duì)于冷能的充分利用和發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高都有重要幫助。
[0036]同時(shí)利用熱源和冷源可以增大回?zé)崞鞲叩蜏囟说臏乇龋岣甙l(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生聲功的能力，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和熱聲轉(zhuǎn)換效率，所以新型的駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在一些場(chǎng)合具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0037]實(shí)施例3:
[0038]圖5為本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的(行波)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例3)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，該同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括:依次相連的第一室溫?fù)Q熱器1、第一熱緩沖管2、冷端換熱器3、回?zé)崞?、熱端換熱器5、第二熱緩沖管6和第二室溫?fù)Q熱器7 ;反饋管8 一端與第一室溫?fù)Q熱器I相連通，反饋管8另一端通過三通管9和諧振管10相連通，諧振管10外端與一諧振管10相連通；
[0039]本實(shí)施例是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上改進(jìn)的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，對(duì)于熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)來說，當(dāng)只有諧振管的情況時(shí)，諧振管的長(zhǎng)度是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)聲場(chǎng)聲波的半波長(zhǎng)，尺寸較長(zhǎng)；而當(dāng)采用諧振管加諧振腔的設(shè)計(jì)時(shí)，諧振管和諧振腔的總長(zhǎng)度是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)聲場(chǎng)聲波的1/4波長(zhǎng)，這樣可以大大減少發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向尺寸，同時(shí)對(duì)于環(huán)路部分和發(fā)動(dòng)機(jī)的性能沒有任何影響，使新型的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，有利于其進(jìn)一步地應(yīng)用。
[0040]實(shí)施例4:
[0041]圖6為本發(fā)明一種新型的同時(shí)利用冷源和熱源的(駐波)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例
4)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，該同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括:依次相連的熱腔11、熱端換熱器5、回?zé)崞?、冷端換熱器3、第一熱緩沖管2、第一室溫?fù)Q熱器I和諧振管10，諧振管10外端與一諧振管10相連通；
[0042]本實(shí)施例是在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上改進(jìn)的駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，將實(shí)施例2中的諧振管10外端連接了一個(gè)諧振腔12，這樣諧振管和諧振腔的總長(zhǎng)度是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)聲場(chǎng)聲波的I /4波長(zhǎng),可以大大減少發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向尺寸,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能沒有任何影響,使新型的駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，有利于其進(jìn)一步地應(yīng)用。
[0043]實(shí)施例5:
[0044]圖7為本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例5)結(jié)構(gòu)不意圖。如圖7所示，將三臺(tái)相同的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)首尾通過諧振部件13串聯(lián)成環(huán)路，諧振部件13可以是液體振子或彈簧振子；該結(jié)構(gòu)可大幅減小系統(tǒng)尺寸；
[0045]本實(shí)施例的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端換熱器5吸收熱量，冷端換熱器3吸收冷量，在回?zé)崞?的兩端形成較大溫差，根據(jù)熱聲效應(yīng)，系統(tǒng)會(huì)自激起振，將熱能轉(zhuǎn)化成聲功，先傳遞到本臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的第二熱緩沖管6和第二室溫?fù)Q熱器7，再傳遞到諧振部件13，其可以是液體振子或彈簧振子，并將一部分聲功儲(chǔ)存在其中，然后將剩余的聲功傳遞到下一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的第一室溫?fù)Q熱器I和第一熱緩沖管2，并通過回?zé)崞?繼續(xù)產(chǎn)生和放大聲功；當(dāng)在每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)位置外接相同負(fù)載時(shí)，儲(chǔ)存的聲功便可以用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載、轉(zhuǎn)化成其他形式的能量；由于環(huán)路的相互作用，在有無負(fù)載的情況下，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出口的壓力波和體積流的相位差均為120°，這樣每個(gè)回?zé)崞鞫伎梢怨ぷ髟诒容^理想的行波聲場(chǎng)下；雙作用體現(xiàn)在諧振部件13對(duì)前一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)起到膨脹活塞的作用，對(duì)后一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)起到壓縮活塞的作用，而環(huán)路的結(jié)構(gòu)使得每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都可以回收上一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的部分聲功，有利于提高效率；同時(shí)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向尺寸大大減小，使得結(jié)構(gòu)更緊湊，功率密度大幅提聞。
[0046]實(shí)施例6:
[0047]圖8為本發(fā)明的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例6)結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例是在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，將三臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)變?yōu)樗呐_(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)串聯(lián)成環(huán)路，構(gòu)成雙作用系統(tǒng)；
[0048]由于環(huán)路的相互作用，在有無負(fù)載的情況下，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出口的壓力波和體積流的相位差均為90°，這樣每個(gè)回?zé)崞鞫伎梢怨ぷ髟诒容^理想的行波聲場(chǎng)下。雙作用體現(xiàn)在諧振部件13對(duì)前一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)起到膨脹活塞的作用，對(duì)后一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)起到壓縮活塞的作用，而環(huán)路的結(jié)構(gòu)使得每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都可以回收上一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的部分聲功，有利于提高效率；同時(shí)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向尺寸大大減小，使得結(jié)構(gòu)更緊湊，功率密度大幅提高。
[0049]同樣，我們可以將4臺(tái)以上相同的發(fā)動(dòng)機(jī)串聯(lián)成環(huán)路，不過需要考慮回?zé)崞魈幍穆晥?chǎng)相位和系統(tǒng)的功率密度等條件，從而選擇合適的臺(tái)數(shù)。
[0050]以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其包括:熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，還包括依次連接于熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的第一室溫?fù)Q熱器(I)的第一熱緩沖管(2)和冷端換熱器(3)，所述冷端換熱器(3)與熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的回?zé)崞?4)相連，以構(gòu)成同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)； 所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端換熱器(5)與一熱源相連，以吸收熱源的熱量而形成高溫端；所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端換熱器(3)與一冷源相連，以吸收冷源的冷量而形成低溫端，在回?zé)崞?4 )上形成溫度梯度；回?zé)崞?4 )在該溫度梯度條件下將熱能轉(zhuǎn)化成聲功，聲功的方向沿著溫度梯度的正方向，先傳遞到熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的第二熱緩沖管(6)和第二室溫?fù)Q熱器(7)，然后到達(dá)三通管(9)處分流，一部分聲功流向熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的反饋管(8)，并通過環(huán)路傳遞到第一室溫?fù)Q熱器(I)和第一熱緩沖管(2)，然后通過回?zé)崞?4)放大；另一部分聲功流向熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的諧振管(10)，并儲(chǔ)存在其中，以使同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。
2.按權(quán)利要求1所述的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)為駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)。
3.按權(quán)利要求2所述的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的與熱端換熱器(5)相連的諧振管(10)遠(yuǎn)端連通一諧振腔(12)。
4.按權(quán)利要求1所述的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)為行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)。
5.按權(quán)利要求4所述的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的與第一室溫?fù)Q熱器(I)相連的諧振管(10)遠(yuǎn)端連通一諧振腔(12)。
6.按權(quán)利要求1所述的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，至少3臺(tái)以上的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)首尾通過諧振部件(13)連接形成環(huán)形的同時(shí)利用冷源和熱源的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組；所述諧振部件(13)為液體振子或彈簧振子。
【文檔編號(hào)】F03G7/00GK103670976SQ201310675805
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】吳張華, 戴巍, 羅二倉, 胡劍英, 李東輝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所