一种双作用单级行波热声系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双作用单级行波热声系统，具有至少三个基本单元，每个基本单元包括直线电机和热声转换装置，直线电机包括气缸和活塞，活塞能够在气缸内作直线往复运动，热声转换装置包括依次连通的第一换热器、回热器、第二换热器、热缓冲管和第三换热器；每个热声转换装置的第一换热器和第三换热器，分别与不同直线电机的气缸内腔连通，形成气体工质流动的环路结构。该双作用单级行波热声系统，具有热缓冲管和第三换热器，使得反馈至另一个直线电机气缸内腔中的气体工质的温度接近于室温因而可以保证活塞和气缸工作在室温环境下，从而减少双作用单级行波热声系统的生产制造成本，提高使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例涉及能源动力以及低温制冷技术，尤其是涉及一种双作用单级行波热声系统。
技术介绍
声波在气体中传播时，会使传播介质气体产生压力、位移和温度的波动。当该气体与固定边界相作用时，会引发声波能量与热能之间的转换，这就是热声效应。热声系统就是利用热声效应原理设计的一种能量转换系统，可以将热能转化为声波能量，或者将声波能量转换成热能，热声系统包括热声发动机和热声制冷机，其中，热声发动机包括行波热声发动机和斯特林发动机，热声制冷机包括行波热声制冷机、脉冲管制 冷机和斯特林制冷机。在上述热声系统中,行波热声发动机和制冷机,是以空气、氦气或氮气等惰性气体作为工作介质，具有高效、安全、使用寿命长的优点，因此获得了人们的广泛关注。目前采用行波热声发动机发电，以及采用行波热声制冷机实现低温制冷已经取得成功。参考图1，图I为现有的行波热声系统的结构示意图。如图I所示,该行波热声系统包括三个基本单元,每个基本单元包括直线电机Ia和热声转换装置2a。直线电机Ia包括气缸11a、活塞12a、活塞杆13a、电机外壳14a、静子15a、动子16a和板簧17a。静子15a与电机外壳14a的内壁固定连接，动子16a与静子15a间隙配合，活塞杆13a与动子16a固定连接，活塞杆13a与板簧17a固定连接，直线电机Ia工作时，动子16a通过活塞杆13a带动活塞12a在气缸Ila内作直线往复运动。热声转换装置2a包括依次连通的第一换热器21a、回热器22a和第二换热器23a。第一换热器21a与一个直线电机Ia的气缸内腔，即压缩腔18a连通,第二换热器23a与另一个直线电机Ia的气缸内腔，即膨胀腔19a连通,各热声转换装置2a与各直线电机Ia顺序相连，这样，该行波热声系统就组成了一个工质流动的环路。该行波热声系统作为制冷机工作时，接通直线电机Ia的电源，动子16a带动活塞12a在气缸Ila内往复运动,产生声波能量进入第一换热器21a,通过回热器22a,在回热器内声波能量被消耗掉大部分，产生制冷效应，使非常温换热器降温，剩余声波能量再从第二换热器23a出来，反馈给另一个直线电机Ia的膨胀腔19a，再传递给第二个直线电机Ia的活塞12a。该行波热声系统作为发动机工作时，声波在回热器22a和第二换热器23a内吸收热能转换为声波能量，声波能量被放大再从第二换热器23a出来，进入直线电机Ia的膨胀腔19a，推动活塞12a运动，声波能量在活塞12a处被分成两部分，一部分进入压缩腔18a，反馈进入另一个回热器22a，剩余部分通过直线电机Ia转换为输出电功。在进行本专利技术的研究过程中，专利技术人发现如下技术缺陷在该行波热声系统中，由于与回热器22a连通的第二换热器23a出来的气体工质的温度相对较高，反馈到膨胀腔19a的气体工质的温度较高，因此，气缸Ila和活塞12a工作在温度较高的环境下，对活塞12a的加工制造提出了很高的要求，因而会增加行波热声系统的生产制造成本，并且会减少直线电机Ia的使用寿命。另外，该热声系统的采用环路结构，容易造成气体工质在压缩腔18a和膨胀腔19a之间产生直流损失，能够造成能量损失，降低热声能量的转换效率，因而会降低该行波热声系统的工作性能。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种双作用单级行波热声系统，用以解决现有技术中的缺陷，能够提高热声能量的转换效率，并且降低生产成本，提高使用寿命。 本专利技术提供了一种双作用单级行波热声系统，具有至少三个基本单元，每个所述基本单元包括直线电机和热声转换装置，所述直线电机包括气缸和活塞，所述活塞能够在所述气缸内作直线往复运动，所述热声转换装置包括依次连通的第一换热器、回热器、第二换热器、热缓冲管和第三换热器；每个所述热声转换装置的第一换热器和第三换热器，分别与不同直线电机的气缸内腔连通,形成气体工质流动的环路结构。本专利技术提供的双作用单级行波热声系统，与现有技术相比，具有热缓冲管和第三换热器，使得反馈至另一个直线电机气缸内腔内的气体工质的温度接近于室温因而可以保证活塞和气缸工作在室温环境下，从而减少双作用单级行波热声系统的生产制造成本，提高使用寿命。并且，本专利技术提供的双作用单级行波热声系统优选是在环路结构中安装直流抑制器，通过该直流抑制器可以避免环路结构中气体工质产生直流损失，能够提高该双作用单级行波热声系统的高热声能量的转换效率，提高工作性能。附图说明图I为现有的行波热声系统的结构示意图；图2为本专利技术第一实施例提供的双作用单级行波热声系统的结构示意图。图3为本专利技术第二实施例提供的双作用单级行波热声系统的结构示意图；图4为本专利技术第三实施例提供的双作用单级行波热声系统的结构示意图；图5为本专利技术第四实施例提供的双作用单级行波热声系统的结构示意图。附图标记I-直线电机 11-气缸12-活塞13-活塞杆 14-电机外壳 15-静子16-动子17-板簧18-压缩腔19-膨胀腔 2-热声转换装置21-第一换热器22-回热器 23-第二换热器 24-热缓冲管25-第三换热器189-压缩膨胀腔3-直流抑制器具体实施例方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种双作用单级行波热声系统，具有至少三个基本单元，每个所述基本单元包括直线电机和热声转换装置，所述直线电机包括气缸和活塞，所述活塞能够在所述气缸内作直线往复运动，所述热声转换装置包括依次连通的第一换热器、回热器、第二换热器、热缓冲管和第三换热器；每个所述热声转换装置的第一换热器和第三换热器，分别与不同直线电机的气缸内腔连通，形成气体工质流动的环路结构。该双作用单级行波热声系统，由于热声转换装置具有热缓冲管和第三换热器，使得反馈至直线电机气缸内腔内的气体工质的温度接近于室温，因而可以保证活塞和气缸工作在室温环境下，能够提高热声能量的转换效率，并且能够降低生产制造成本，提高使用寿 命。在上述技术方案的基础上，优选在环路结构的连接管路上安装有至少一个直流抑制器。通过该直流抑制器可以避免环路结构中气体工质产生直流损失，能够提高该双作用单级行波热声系统的热声能量的转换效率，提高工作性能。直流抑制器可安装在第一换热器与气缸内腔的连接管路上，或也可以安装在第三换热器与气缸内腔的连接管路上。直流抑制器优选采用喷射泵或弹性膜盒。直线电机气缸内腔的设计形式按照相对位置的不同可以有多种，热声转换装置中第一换热器和第三换热器与直线电机气缸内腔的连接方式多样，能够形成路径不同的多种环路结构。例如每个直线电机可以包括两个气缸内腔，两个气缸内腔按照其所连接的换热器不同而分别记为压缩腔和膨胀腔，压缩腔与第一换热器连通，膨胀腔与第三换热器连通。实现两个气缸内腔的手段可以为直线电机的活塞数量为一个，两个气缸内腔形成在活塞的两侧。或者，直线电机的活塞数量为一个，气缸和活塞的形状为相互匹配的阶梯结构；两个气缸内腔形成在活塞同侧的不同阶梯层处。再或者，直线电机的活塞数量为两个，两个活塞分别设置在直线电机的两端，两个气缸内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双作用单级行波热声系统，具有至少三个基本单元，每个所述基本单元包括直线电机和热声转换装置，所述直线电机包括气缸和活塞，所述活塞能够在所述气缸内作直线往复运动，其特征在于，所述热声转换装置包括依次连通的第一换热器、回热器、第二换热器、热缓冲管和第三换热器；每个所述热声转换装置的第一换热器和第三换热器，分别与不同直线电机的气缸内腔连通，形成气体工质流动的环路结构。

【技术特征摘要】
2011.04.01 CN 201110082230.31.一种双作用单级行波热声系统，具有至少三个基本单元，每个所述基本单元包括直线电机和热声转换装置，所述直线电机包括气缸和活塞，所述活塞能够在所述气缸内作直线往复运动，其特征在于，所述热声转换装置包括依次连通的第一换热器、回热器、第二换热器、热缓冲管和第三换热器； 每个所述热声转换装置的第一换热器和第三换热器，分别与不同直线电机的气缸内腔连通，形成气体工质流动的环路结构。2.根据权利要求I所述的双作用单级行波热声系统，其特征在于在所述环路结构的连接管路上安装有至少一个直流抑制器。3.根据权利要求I所述的双作用单级行波热声系统，其特征在于每个所述直线电机包括两个气缸内腔，所述两个气缸内腔为压缩腔和膨胀腔，所述压缩腔与所述第一换热器连通，所述膨胀腔与所述第三换热器连通。4.根据权利要求3所述的双作用单级行波热声系统，其特征在于所述直线电机的活塞数量为一个，所述两个气缸内腔形成在所述活塞的两侧。5.根据权利要求3所述的双作用单级行波热声系统，其特征在于所述直线电机的活塞数量为一个，所述气缸和活塞的形状为相互匹配的阶梯结构；所述两个气缸内腔形成在所述活塞同侧的不同阶梯层处。6.根据权利要求3所述的双作用单级行波热声系统，其特征在于所述直线电机的活塞数量为两个，所述两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗二仓，戴巍，胡剑英，吴张华，余国瑶，李海冰，
申请(专利权)人：中科力函深圳热声技术有限公司，
类型：发明
国别省市：