热声能量转换系统技术方案

本发明专利技术涉及一种热声能量转换系统，包括：封闭的圆周形外壳(104)，其填充有工作流体，在使用该系统时，声波能够沿传播方向穿过所述工作流体传播，以及，布置在所述外壳中的至少一个组件，该组件包括两个热交换器(102,103)和夹在二者之间的交流换热器(101)，其中至少一个所述组件大致平行于所述外壳的局部纵向轴线(106)布置。

Thermoacoustic energy conversion system

The invention relates to a thermoacoustic energy conversion system, including a closed circumferential shell (104) filled with a working fluid, and when the system is used, sound waves can propagate through the working fluid in the direction of propagation, and at least one group arranged in the shell, which includes two heat exchangers (102103). An alternating heat exchanger (101) sandwiched between the two, wherein at least one of the components is approximately parallel to the local longitudinal axis (106) of the housing.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热声能量转换系统
本专利技术涉及一种热声能量转换系统，包括：-封闭的圆周形外壳，其填充有工作流体，在使用该系统时，声波能够沿传播方向穿过工作流体传播，及-布置在所述外壳中的至少一个组件，该组件包括两个热交换器和夹在其中的交流换热器。
技术介绍
这样的系统例如从国际专利申请WO99/20957中已知。WO99/20957中的系统包括声学或机械-声学谐振器电路，和夹在两个热交换器之间的交流换热器。热交换器可连接至外部气体或液体回路，来向其供应热交换流体，通过这种方式，热量被提供给热交换器或者从热交换器中排出。上述系统可以被用作热泵或发动机。如果上述系统被用作热泵，则例如通过上述发动机、波纹管、自由活塞结构、赫姆霍兹谐振器或其他任何适合的装置，使工作流体振荡。通过工作流体的振荡，热量从一个热交换器转移到另一个热交换器，以使得系统可用于制冷或者加热。如果所述系统被用作发动机，则向一个热交换器供应热量，并在另一个热交换器处排出热量。这导致工作流体振荡，该振荡可以通过在一个热交换器处的持续热量供应和在另一个热交换器处的热排出来维持。振荡的工作流体例如可以用作用于热泵的所述振荡装置和/或例如被转化为电能。随着热交换流体流过各个热交换器，热交换流体在一个热交换器中冷却并在另一个热交换器中升温。这样，每个热交换器的入口侧的热交换流体的温度不同于每个热交换器的出口侧的热交换流体的温度。这种径向不均匀的温度梯度影响穿过热交换器行进的声波，并会在组件内引起不希望有的径向声波和热流，因此对组件的性能产生了负面影响。已经有过尝试来试图克服这一缺点，并且作为资料为人所知。然而，这些尝试，包括流向矫直装置和圆形(径向)热交换器，都还未成功。
技术实现思路
本专利技术的一个目的，是至少部分地克服上述的缺点和/或改善在WO99/20957中公开的系统。此目的已通过与本专利技术相对应的、根据前序所述的系统而实现，此系统有这样的特点：所述至少一个组件大致平行于所述外壳的局部纵向轴线布置。通过将组件平行于所述外壳的局部纵向轴线布置，而不是如WO99/20957中所公开的系统那样正交，声波沿组件的速率、尤其是声阻抗，与沿组件的纵向不均匀的温度分布相匹配，从而提供了沿组件或多或少均匀的功率密度，因此阻止或至少增小了组件内不希望有的径向声功率和热流。特别地，如在声波的传播方向上看到的那样，声波的速率和声阻抗从组件的上游端向下游端分别增大和减小，并且跨交流换热器上的温度梯度从组件的所述上游端到所述下游端减小，这将沿组件产生或多或少恒定的功率密度。需要注意的是，所述声波在传播方向上沿所述外壳的局部纵向方向传播。所述组件因此布置为与声波的传播方向平行。进一步需要注意的是，所述外壳呈大致周向或环状形式，使得外壳的纵向轴线的方向在外壳的长度上变化。该组件布置成使得它大致平行于所述外壳的局部纵向轴线布置。特别地，上述工作流体可以是气体。优选地，上述气体是具有在恒压热容和恒容热容之间相对较高的比率γ的气体。优选地，该比率γ至少为1.4。例如，空气或者氮气都是具有比率γ约为1.4的合适气体。空气，作为上述气体，还具有额外的优点，即它易于使用。比率γ甚至更优选地为约1.6，这包括所有的惰性气体，比如氦气、氢气或氩气。此交流换热器可以是任何已知的交流换热器，而且通常是由具有良好热交换性能的多孔材料制成的。在根据本专利技术的热声能量转换系统的一个实施例中，所述系统包括布置在所述外壳中的第一阻挡装置，用于阻挡如在所述传播方向上看到的所述组件的上游的外壳的横截面区域的第一部分；还包括布置在所述外壳中的第二阻挡装置，用于阻挡如在所述传播方向上看到的所述组件的下游的外壳的横截面区域的第二、相对的部分，其中，所述第一和第二阻挡装置布置为阻止所述声波绕过所述组件，并且指引声波沿指引方向通过两个热交换器中的第一热交换器，然后经由交流换热器再通过两个热交换器中的第二热交换器。依照本专利技术，此组件平行于所述外壳的局部纵向轴线布置。然而，由于这种布置，声波可能会绕过此组件。第一和第二阻挡装置阻止了声波的这种绕行并且以这样的方式指引声波：使其先通过第一热交换器，然后经由交流换热器再通过第二热交换器。优选地，第一阻挡装置直接布置在所述组件的上游。优选地，第二阻挡装置直接布置在所述组件的下游。在根据本专利技术的热声能量转换系统的另一个实施例中，所述第一阻挡装置沿传播方向自外壳的内壁逐渐升高，从而在所述指引方向上引导所述声波。在指引方向上引导声波会产生相对较高的系统效率。在根据本专利技术的热声能量转换系统的另一个实施例中，所述第二阻挡装置沿传播方向朝外壳的内壁逐渐降低，从而在传播方向上引导所述声波。沿传播方向引导离开组件的声波会产生相对较高的系统效率。在根据本专利技术的热声能量转换系统的另一个实施例中，所述外壳在所述组件的区域中具有相对于所述外壳的其他部分而言的增大的横截面尺寸，其中在如在所述传播方向上看到的所述组件的上游处，外壳的横截面尺寸逐渐增大至所述增大的尺寸，并且其中在如在传播方向上看到的所述组件的下游处，外壳的横截面尺寸逐渐减小至其在所述其他部分的尺寸，其中所述第一阻挡装置和/或第二阻挡装置布置在所述外壳的分别逐渐增大/减小的部分，其中所述第一阻挡装置和/或所述第二阻挡装置以这样的方式分别逐渐升高/降低：在所述分别增大/减小部分处的所述外壳的通流区域的横截面在第一阻挡装置和/或第二阻挡装置的长度上是大致恒定的，并且大致等于外壳的其他部分中的通流区域的横截面。在阻挡装置的长度上穿过通流区域为大致恒定，并大致等于外壳的其他部分中的通流区域的横截面，这么做的一个优点是，基本没有能够影响声波的、穿过通流区域的变化。在根据本专利技术的热声能量转换系统的另一个实施例中，所述外壳在所述组件区域具有相对于所述外壳的(所述)其他部分增大的横截面尺寸，其中，在如在所述传播方向上看到的所述组件的上游，外壳的横截面尺寸逐渐增大至所述增大的尺寸；并且在如在所述传播方向上看到的所述组件的下游，外壳的横截面尺寸逐渐减小至与其在其他部分的尺寸，并且在外壳的内壁与第一热交换器之间和/或外壳的内壁与第二热交换器之间所界定的通流区域的横截面大致等于外壳的其他部分中的通流区域的横截面。所述通流区域的横截面大致等于外壳的其他部分中的通流区域的横截面，其优点是，基本没有能够影响声波的、穿过通流区域中的变化。在根据本专利技术的热声能量转换系统的另一个实施例中，用于向第一热交换器供应热交换流体的入口布置在如在传播方向上看到的第一热交换器的上游端，其中用于从第一热交换器排出该热交换流体的出口布置在如在传播方向上看到的第一热交换器的下游端。在第一热交换器中热交换流体吸收热量，使得热交换流体的温度在入口处低于在出口处。通过将入口布置在第一热交换器的上游端同时将出口布置在下游端，温度梯度在入口出大于在出口处，如此温度梯度与上述声阻抗相匹配。在根据本专利技术的热声能量转换系统的另一个实施例中，用于向第二热交换器供应热交换流体的入口布置在如在传播方向上看到的第二热交换器的上游端，其中用于从第二热交换器中排出该热交换流体的出口布置在如在传播方向上看到的第二热交换器的下游端。在此实施例中，此组件用作发动机。在根据本专利技术的热声能量转换系统的另一个实施例中，用于向第二热交换器供应热交换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热声能量转换系统，包括：封闭的圆周形外壳，其填充有工作流体，在使用该系统时，声波能够沿传播方向穿过所述工作流体传播，及布置在所述外壳中的至少一个组件，该组件包括两个热交换器和夹在其中的交流换热器，其特征在于：至少一个所述组件大致平行于所述外壳的局部纵向轴线布置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热声能量转换系统，包括：封闭的圆周形外壳，其填充有工作流体，在使用该系统时，声波能够沿传播方向穿过所述工作流体传播，及布置在所述外壳中的至少一个组件，该组件包括两个热交换器和夹在其中的交流换热器，其特征在于：至少一个所述组件大致平行于所述外壳的局部纵向轴线布置。2.根据权利要求1所述的热声能量转换系统，包括布置在所述外壳中的第一阻挡装置，用于阻挡如在所述传播方向上看到的所述组件的上游的外壳的横截面区域的第一部分，还包括布置在所述外壳中的第二阻挡装置，用于阻挡如在所述传播方向上看到的所述组件的下游的外壳的横截面区域的第二、相对的部分，其中，所述第一和第二阻挡装置布置为阻止所述声波绕过所述组件，并且指引声波沿指引方向通过两个热交换器中的第一热交换器，然后经由交流换热器再通过两个热交换器中的第二热交换器。3.根据权利要求2所述的热声能量转换系统，其特征在于，所述第一阻挡装置沿传播方向自外壳的内壁逐渐升高，从而在所述引导方向上引导所述声波。4.根据权利要求2或3所述的能量转换系统，其特征在于，所述第二阻挡装置沿传播方向朝外壳的内壁逐渐降低，从而在传播方向上引导所述声波。5.根据权利要求3或4所述的热声能量转换系统，其特征在于，所述外壳在所述组件的区域中具有相对于所述外壳的其他部分而言的增大的横截面尺寸，其中在如在所述传播方向上看到的所述组件的上游处，外壳的横截面尺寸逐渐增大至所述增大的尺寸，并且其中在如在传播方向上看到的所述组件的下游处，外壳的横截面尺寸逐渐减小至其在所述其他部分的尺寸，其中所述第一阻挡装置和/或第二阻挡装置布置在所述外壳的分别逐渐增大/减小的部分，其中所述第一阻挡装置和/或所述第二阻挡装置以这样的方式分别逐渐升高/降低：在所述分别增大/减小的部分处的所述外壳的通流区域的横截面在第一阻挡装置和/或第二阻挡装置的长度上是大致恒定的，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：科内利斯·玛丽亚·德·布洛克，
申请(专利权)人：声能私人有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL