热声驱动机组、热声发动机及热声热泵系统技术方案

本发明专利技术涉及能源利用设备技术领域，尤其涉及一种热声驱动机组、热声发动机及热声热泵系统。该热声驱动机组包括多级发动机组件，多级所述发动机组件之间逐级并联耦合，以逐级放大声波能量，从而确保发动机组件中的回热器内横截面上的能量流动均匀、温度分布均匀，从而大幅提高热声发动机及热声热泵系统的工作效率。该热声发动机利用压缩机向热声驱动机组内输送压力波，以在热声驱动机组内形成声波能量，并将声波能量逐级放大后转化为电能，从而实现高效回收并转化低品位热能，实现能源的回收利用。该热声热泵系统通过将热声发动机与热声热泵对应耦合连接，使得该系统既能有效利用低品位热量，实现高效的制冷或供热功能。

Thermoacoustic driving unit, thermoacoustic engine and thermoacoustic heat pump system

The invention relates to the technical field of energy utilization equipment, in particular to a thermoacoustic driving unit, a thermoacoustic engine and a thermoacoustic heat pump system. The driving unit includes a multi-stage thermoacoustic engine component, the multistage parallel coupling between the engine components step by step, step by step to amplify the wave energy, so as to ensure the return energy flow cross-section heat exchanger on a uniform, uniform temperature distribution of engine components, thereby significantly improving the thermoacoustic engine and a thermoacoustic heat pump system efficiency. The thermoacoustic engine uses the compressor unit in conveying pressure wave to thermoacoustic driven by thermoacoustic drive in acoustic energy forming units, and will gradually amplified acoustic energy into electrical energy, so as to realize the efficient recovery and transformation of low grade energy, to achieve energy recovery. The thermoacoustic heat pump system combines the thermoacoustic engine with the thermoacoustic heat pump to make the system effectively utilize low grade heat and achieve high efficiency of cooling and heating.

【技术实现步骤摘要】
热声驱动机组、热声发动机及热声热泵系统
本专利技术涉及能源利用设备
，尤其涉及一种热声驱动机组、热声发动机及热声热泵系统。
技术介绍
热声发动机是将热能转换为声波形式的机械能的新型动力装置，热能可以包括各种形式，例如太阳能，工业废热，燃烧热等；热声热泵则是将声波形式的机械能转化为热能，实现泵热或者制冷的装置，广义的热泵包括制冷机和供热机，前者是获得冷量，后者是为了获得热量。在目前现有的热声发动机中，为了能实现能量逐级转换，充分利用低品位热能，通常将多组发动机组件首尾连接，形成串联结构，但是上述的这种结构中，为了便于能量匹配，系统中相邻两级发动机组件的尺寸不同，通常在后一级的发动机组件的直径大于在前一级的发动机组件的直径，但由于每级发动机组件的长度基本保持不变，在热声发动机中，随着多级发动机组件的增设，靠后的发动机组件将变成扁而粗的结构，这种结构对于保持发动机回热器的内横截面上的能量流动均匀性和温度分布均匀性来说，是非常困难的，能量流动不均匀和温度分布不均匀均会严重降低发动机性能，从而导致系统的工作效率下降；此外，各级发动机组件及各级热泵组件的尺寸不同，会导致在工业生产中需要调配不同生产线进行生产，极大的增加了制造成本。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是提供了一种热声驱动机组、热声发动机及热声热泵系统，通过并联耦合优化系统结构，确保发动机组件中的回热器内横截面上的能量流动均匀、温度分布均匀，从而大幅提高热声发动机及热声热泵系统的工作效率。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种热声驱动机组，包括多级发动机组件，多级所述发动机组件之间逐级并联耦合，以逐级放大声波能量。进一步的，每一级所述发动机组件均包括至少一个能量放大单元；以及在相邻的两级所述发动机组件中，后一级的至少两个所述能量放大单元的能量输入端、分别并联耦合在前一级的同一个所述能量放大单元的能量输出端上。进一步的，多级所述发动机组件中，第一级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个所述能量放大单元，其余各级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少两个所述能量放大单元。进一步的，每个所述能量放大单元均预设有能量放大比例，则任一级所述发动机组件中的能量放大单元的数量满足：m＝A(n-1)其中，m为第n级所述发动机组件中的能量放大单元的数量，A为所述能量放大比例。进一步的，其特征在于，所述能量放大单元包括：顺次连接在所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间的发动机主水冷器、发动机回热器和加热器。进一步的，所述能量放大单元还包括发动机调相机构，所述发动机调相机构设置于加热器与发动机组件的能量输出端之间。进一步的，各级所述发动机组件之间通过谐振子逐级并联耦合，所述谐振子用于在各级所述发动机组件之间形成行波声场。进一步的，所述谐振子包括活塞和支撑弹簧，所述支撑弹簧的一端固定，另一端与活塞连接，所述活塞沿声波能量的流向设置，用于形成行波声场。本专利技术还提供了一种热声发动机，包括如上所述的热声驱动机组，所述热声驱动机组的能量输入端和能量输出端分别连接有压缩机和发电机。本专利技术还提供了一种热声热泵系统，包括如上所述的热声发动机，所述热声驱动机组的能量输出端和发电机之间连接有多级热泵组件，多级所述热泵组件之间逐级并联耦合，且与多级所述发动机组件对应设置。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有以下有益效果：1、本专利技术的热声驱动机组包括多级发动机组件，多级发动机组件之间逐级并联耦合，以逐级放大声波能量，从而确保发动机组件中的回热器内横截面上的能量流动均匀、温度分布均匀，从而大幅提高热声发动机及热声热泵系统的工作效率。2、本专利技术的热声驱动机组通过将多级发动机组件之间并联耦合，使得各个能量放大单元的制造尺寸相同，有利于批量化生产，降低生产成本。3、本专利技术的热声驱动机组中，多级发动机组件之间通过谐振子并联耦合，从而在多级发动机组件之间形成行波声场，使得声波能量的传输更加高效，大幅减少能量传输过程中的损失，提高系统工作效率。4、本专利技术的热声驱动机组通过增设发动机调相机构，确保系统的工作温度处于合理范围内，进一步提高系统工作的安全性和稳定性。5、本专利技术的热声发动机利用压缩机向热声驱动机组内输送压力波，以在热声驱动机组内形成声波能量，并将声波能量逐级放大后转化为电能，从而实现高效回收并转化低品位热能，实现能源的回收利用。6、本专利技术的热声热泵系统通过将热声发动机与热声热泵对应耦合连接，先通过热声发动机对来自压缩机的声波能量补充热能，从而逐级放大声波能量，然后通过热声热泵将放大后的声波能量逐级降低、以将声波能量分别转换为热能和电能，使得该系统既能有效利用低品位热量，实现高效的制冷或供热功能，还能利用发电机与谐振子协同工作，将转化的电能通过发电机对压缩机电能进行补充，从而有效提高系统的工作效率，减小系统能量损失。附图说明图1为本专利技术实施例一的热声驱动机组的结构示意图；图2为本专利技术实施例二的热声发动机的结构示意图；图3为本专利技术实施例三的热声热泵系统的结构示意图；图4为本专利技术实施例四的热声热泵系统的结构示意图。其中，1、发动机主水冷器；2、发动机回热器；3、加热器；4、发动机热缓冲管；5、次水冷器；9、制冷机主水冷器；10、制冷回热器；11、冷头；12、脉管；13、制冷机的层流化元件；18、压缩机；19、发电机；16、25、27、活塞；17、26、28、支撑弹簧；21、主吸热器；22、供热回热器；23、热头；24、供热机热缓冲管；25、供热机的层流化元件。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不能用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。实施例一本实施例一提出了一种具有并联耦合结构的热声驱动机组，如图1所示，该热声驱动机组包括多级发动机组件，多级发动机组件之间逐级并联耦合，以逐级放大声波能量，从而确保发动机组件中的发动机回热器2内横截面上的能量流动均匀、温度分布均匀，从而大幅提高热声发动机及热声热泵系统的工作效率，此外，该热声驱动机组通过将多级发动机组件之间并联耦合，还能使得各个能量放大单元的制造尺寸相同，有利于批量化生产，降低生产成本。一方面，每一级发动机组件均包括至少一个能量放大单元，能量放大单元包括顺次连接在发动机组件的能量输入端和能量输出端之间的发动机主水冷器1、发动机回热器2和加热器3，该能量放大单元在工作时，首先利用加热器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热声驱动机组，其特征在于，包括多级发动机组件，多级所述发动机组件之间逐级并联耦合，以逐级放大声波能量。

【技术特征摘要】
1.一种热声驱动机组，其特征在于，包括多级发动机组件，多级所述发动机组件之间逐级并联耦合，以逐级放大声波能量。2.根据权利要求1所述的热声驱动机组，其特征在于，每一级所述发动机组件均包括至少一个能量放大单元；以及在相邻的两级所述发动机组件中，后一级的至少两个所述能量放大单元的能量输入端、分别并联耦合在前一级的同一个所述能量放大单元的能量输出端上。3.根据权利要求2所述的热声驱动机组，其特征在于，多级所述发动机组件中，第一级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个所述能量放大单元，其余各级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少两个所述能量放大单元。4.根据权利要求2所述的热声驱动机组，其特征在于，每个所述能量放大单元均预设有能量放大比例，则任一级所述发动机组件中的能量放大单元的数量满足：m＝A(n-1)其中，m为第n级所述发动机组件中的能量放大单元的数量，A为所述能量放大比例。5.根据权利要求2-4任一项所述的热声驱动机组，其特征在于，所述能量放大单元包括：顺次连...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡剑英，罗二仓，陈燕燕，张丽敏，吴张华，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11