输出旋转动力的热声发动机制造技术

本发明专利技术涉及一种输出旋转动力的热声发动机，包括热端换热器、板叠或回热器、冷端换热器及谐振管，其特征在于还包括：自整流空气透平装置，用于将振荡气流的交变流动转换成为旋转运动，位于所述谐振管内。针对现有热声发动机产生的往复交变的振荡气流转换为旋转运动输出功方法中，由于采用活塞推动曲柄连杆机构，引起的磨损大、效率低、寿命短，以及活塞运动位移不可调的问题，提供的输出旋转动力的热声发动机，可以实现将热声发动机产生的往复交变的振荡气流转换为旋转运动，并输出功，以驱动负载，具有磨损小、效率高、使用寿命长，可控性好的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热声动力装置，特别是一种输出旋转动力的热声发动机。
技术介绍
现有技术中将热声发动机产生的交变流动转换为回转运动输出功是通过活塞推动连杆机构来实现的。如图11所示，为现有热声发动机的结构示意图，在热端换热器1中加入热量，板叠2上形成温度梯度；当温度梯度超过临界温度梯度时系统开始工作，产生压力波；在该压力波的推动下，活塞12往复运动，通过连杆13带动曲轴14转动，该转动的曲轴14可以与旋转负载相连，输出功。其存在的问题主要有①存在侧向力，活塞12与活塞腔间存在较大磨损，由于系统中不能有油存在，活塞12与活塞腔间的干摩擦会严重影响使用寿命；②活塞12位移固定，无法实现连续可调；③曲柄连杆机构存在运动死点，造成起动困难；④曲柄连杆与系统之间密封困难，系统要么将曲柄连杆机构一起包括到系统中造成体积庞大，要么只能工作在常压下，均会使系统的功率密度较低。自整流空气透平主要是指，在气体的双向流动(交变流动)情形下，能够始终按一个固定方向旋转的透平装置，通常可以分为冲击透平(impulseturbine)和威尔斯透平(Wells turbine)。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有热声发动机产生的往复交变的振荡气流转换为旋转运动输出功方法中，由于采用活塞推动曲柄连杆机构，引起的磨损大、 效率低、寿命短，以及活塞运动位移不可调的问题，提供一种输出旋转动力 的热声发动机，实现将热声发动机产生的往复交变的振荡气流转换为旋转运 动，并输出功，具有磨损小、效率高、可控性好。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种输出旋转动力的热声发动机，包括热端换热器、板叠或回热器、冷端换热器及谐振管，其特征在于还包括 自整流空气透平装置，用于将振荡气流的交变流动转换成为旋转运动，位于 所述谐振管内。所述自整流空气透平装置为沖击透平装置或威尔斯透平装置。 由以上技术方案可知，本专利技术提供的输出旋转动力的热声发动机，可以 实现将热声发动机产生的往复交变的振荡气流转换为旋转运动，并输出功， 以驱动负载，具有磨损小、效率高、使用寿命长，可控性好的特点。 下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。附图说明图1A为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例一的结构示意图； 图IB为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例一的沖击透平装置的 平面结构示意图1C为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例一的沖击透平装置的 立体结构示意图ID为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例一的冲击透平装置的 另一平面结构示意图2A为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例二的结构示意图2B为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例二的威尔斯透平装置 的平面结构示意图2C为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例二的威尔斯透平装置的另一平面结构示意图3为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例三的结构示意图； 图4为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例四的结构示意图； 图5为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例五的结构示意图； 图6为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例六的结构示意图7B为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例七的另 一结构示意图； 图8为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例八的结构示意图； 图9为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例九的结构示意图； 图10A为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例的谐振腔用弹性质量块代替的结构示意图10B为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例的谐振腔用弹性质量膜代替的结构示意图11为现有技术热声发动机的结构示意图。具体实施例方式本专利技术涉及的输出旋转动力的热声发动机，除了包括有常规热声发动机 具有的热端换热器、板叠或回热器、冷端换热器及谐振管，还在其谐振管内 设置有一自整流空气透平装置，该自整流空气透平装置用于将振荡气流的交 变流动转换成为旋转运动，以驱动旋转式负载。利用该自整流空气透平装置 产生旋转动力，比现有技术中采用曲柄连杆结构产生旋转动力，并输出功具 有磨损小、效率高、可控性好等优良特性，并具有广泛的适应性。下面通过 在各种热声发动机上安装该自整流空气透平装置，详细介绍输出旋转动力的热声发动机的结构。如图1A所示，为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例一的结构示意 图。该热声发动机为半波长驻波热声发动机，包括热端换热器l、板叠2、冷端换热器3及谐振管4，在谐振管4内置有冲击透平装置5。该沖击透平装置 5的结构如图1B和图1C所示，图1B为该冲击透平装置5的平面结构示意图， 图1C为该冲击透平装置5的立体结构示意图。冲击透平装置5包括第一动 叶轮51,中心固定于旋转轴53上，旋转轴53的方向与谐振管的长度方向一 致；第一导流静叶52，位于第一动叶轮51的两侧，不可旋转，位置固定。 第一动叶轮51的形状如图1B与图1C所示，第一导流静叶52的角度与第一 动叶轮51的入射角一致。其工作原理为首先在该半波长驻波热声发动机的热端换热器1与冷端 换热器3之间建立起温度梯度，当温度梯度超过临近温度梯度时，热声发动 机开始工作，将收集到的热能转换成波动形式的声能，振动的空气形成的交 变流体的运动从第一导流静叶52的缝隙进出，推动第一动叶轮51按照固定 方向旋转，旋转的第一动叶轮51通过其旋转轴53带动旋转负载6工作。即 当气流从一侧流经冲击透平的第一导流静叶52后，以一定的角度进入第一动 叶轮51;气流与第一动叶轮51相互作用，气流将自身动能传递给第一动叶 轮51，从而带动第一动叶轮51及与第一动叶轮51相连的负载旋转；当气流 从另一侧相反方向运动时，由于透平结构的限制，第一动叶轮51将仍然按原 来方向运动；随着气流的不断运动，其动能也源源不断地传递给第一动叶轮 51,从而实现第一动叶轮51的连续转动。在该沖击透平的两侧还可以分别配置一个整流罩54，该整流罩54用于 调整透平位置气体的流动，可以使交变流体的运动更加规律，更好的推动第 一动叶轮51旋转。如图1D所示，置于图1A谐振管4内的冲击透平中的第一动叶轮51可为 并排固定于旋转轴53上的多个相同的第一动叶轮51机构，图1D中为反向放 置的两个第一动叶轮51，由于要保持第一导流静叶52的角度与第一动叶轮 51的入射角一致，所以两侧的第一导流静叶52的方向是不同的。不论采用上述图1C与图1D的哪种沖击透平装置，该沖击透平均可置于谐振管4内的任何位置，但其较佳位置为热声发动机流速较大的位置，图1A所示的半波长驻波热声发动机即为谐振管的中间位置。本实施例中在半波长驻波热声发动机上设置沖击透平装置，可以实现将 热声发动机产生的往复交变的振荡气流转换为旋转运动，并输出功，以驱动 负载，具有磨损小、效率高、使用寿命长，可控性好的特点。如图2A所示，为本专利技术输出旋转动力的热声发动机实施例二的结构示意 图。该热声发动机也为半波长驻波热声发动机，包括热端换热器l、板叠2、 冷端换热器3及谐振管4，所不同的是，在谐振管4内置有威尔斯透平装置7。 该威尔斯透平装置7的结构如图2B,图2B为该威尔斯透平装置7的平面结 构示意图。威尔斯透平装置7包括第二动叶轮71,中心固定于旋转轴73 上，旋转轴73的方向与谐振管的长度方向一致；第二导流静叶72,位于第 二动叶轮71的两侧，不可旋转，位置固定。第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输出旋转动力的热声发动机，包括热端换热器、板叠或回热器、冷端换热器及谐振管，其特征在于还包括：自整流空气透平装置，用于将振荡气流的交变流动转换成为旋转运动，位于所述谐振管内。

【技术特征摘要】
1、一种输出旋转动力的热声发动机，包括热端换热器、板叠或回热器、冷端换热器及谐振管，其特征在于还包括自整流空气透平装置，用于将振荡气流的交变流动转换成为旋转运动，位于所述谐振管内。2、 根据权利要求1所述的输出旋转动力的热声发动机，其特征在于，所 述自整流空气透平装置为冲击透平装置或威尔斯透平装置。3、 根据权利要求2所述的输出旋转动力的热声发动机，其特征在于，所 述冲击透平装置包括中心固定于旋转轴上的第一动叶轮。4、 根据权利要求3所述的输出旋转动力的热声发动机，其特征在于，所 述冲击透平装置还包括位于所述第一动叶轮两侧的第一导流静叶，所述第 一导流静叶的角度与第一动叶轮的入射角 一致。5、 根据权利要求3或4所述的输出旋转动力的热声发动机，其特征在于， 所述第 一动叶轮为多个并排固定于旋转轴上。6、 根据权利要求5所述的输出旋转动力的热声发动机，其特征在于，所 述冲击透平装置还包括有整流罩，位于所述第一导流静叶的外侧。7、 根据权利要求2所述的输出旋转动力的热声发动机，其特征在于，所 述威尔斯透平装置包括中心固定于旋转轴上的第二动叶轮。8、 根据权利要求7所述的输出旋转动力的热声发动机，其特征在于，所 述威尔斯透平装置还包括位于所述第二动叶轮两侧的第二导流...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗二仓，李海冰，吴张华，戴巍，姜琳，
申请(专利权)人：深圳市中科力函热声技术工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]