[發明專利]一種雙作用單級行波熱聲系統

有效

• 申請號: 201110101971.1
• 申請日: 2011-04-22
• 公開（公告）號: CN102734098A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 羅二倉;戴巍;胡劍英;吳張華;余國瑤;李海冰
• 申請（專利權）人: 中科力函（深圳）熱聲技術有限公司
• 主分類號: F03G7/00
• 分類號: F03G7/00;F25B9/00
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 李勇

技術領域

本發明實施例涉及能源動力以及低溫制冷技術，尤其是涉及一種雙作用單級行波熱聲系統。

背景技術

聲波在氣體中傳播時，會使傳播介質氣體產生壓力、位移和溫度的波動。當該氣體與固定邊界相作用時，會引發聲波能量與熱能之間的轉換，這就是熱聲效應。

熱聲系統就是利用熱聲效應原理設計的一種能量轉換系統，可以將熱能轉化為聲波能量，或者將聲波能量轉換成熱能，熱聲系統包括熱聲發動機和熱聲制冷機，其中，熱聲發動機包括行波熱聲發動機和斯特林發動機，熱聲制冷機包括行波熱聲制冷機、脈沖管制冷機和斯特林制冷機。

在上述熱聲系統中，行波熱聲發動機和制冷機，是以空氣、氦氣或氮氣等惰性氣體作為工作介質，具有高效、安全、使用壽命長的優點，因此獲得了人們的廣泛關注。目前采用行波熱聲發動機發電，以及采用行波熱聲制冷機實現低溫制冷已經取得成功。

參考圖1，圖1為現有的行波熱聲系統的結構示意圖。

如圖1所示，該行波熱聲系統包括三個基本單元，每個基本單元包括直線電機1a和熱聲轉換裝置2a。

直線電機1a包括氣缸11a、活塞12a、活塞桿13a、電機外殼14a、靜子15a、動子16a和板簧17a。

靜子15a與電機外殼14a的內壁固定連接，動子16a與靜子15a間隙配合，活塞桿13a與動子16a固定連接，活塞桿13a與板簧17a固定連接，直線電機1a工作時，動子16a通過活塞桿13a帶動活塞12a在氣缸11a內作直線往復運動。

熱聲轉換裝置2a包括依次連通的第一換熱器21a、回熱器22a和第二換熱器23a。第一換熱器21a與一個直線電機1a的氣缸內腔，即壓縮腔18a連通，第二換熱器23a與另一個直線電機1a的氣缸內腔，即膨脹腔19a連通，各熱聲轉換裝置2a與各直線電機1a順序相連，這樣，該行波熱聲系統就組成了一個工質流動的環路。

該行波熱聲系統作為制冷機工作時，接通直線電機1a的電源，動子16a帶動活塞12a在氣缸11a內往復運動，產生聲波能量進入第一換熱器21a，通過回熱器22a，在回熱器內聲波能量被消耗掉大部分，產生制冷效應，使非常溫換熱器降溫，剩余聲波能量再從第二換熱器23a出來，反饋給另一個直線電機1a的膨脹腔19a，再傳遞給第二個直線電機1a的活塞12a。

該行波熱聲系統作為發動機工作時，聲波在回熱器22a和第二換熱器23a內吸收熱能轉換為聲波能量，聲波能量被放大再從第二換熱器23a出來，進入直線電機1a的膨脹腔19a，推動活塞12a運動，聲波能量在活塞12a處被分成兩部分，一部分進入壓縮腔18a，反饋進入另一個回熱器22a，剩余部分通過直線電機1a轉換為輸出電功。

在進行本發明的研究過程中，發明人發現如下技術缺陷：在該行波熱聲系統中，由于與回熱器22a連通的第二換熱器23a出來的氣體工質的溫度相對較高，反饋到膨脹腔19a的氣體工質的溫度較高，因此，氣缸11a和活塞12a工作在溫度較高的環境下，對活塞12a的加工制造提出了很高的要求，因而會增加行波熱聲系統的生產制造成本，并且會減少直線電機1a的使用壽命。

另外，該熱聲系統的采用環路結構，容易造成氣體工質在壓縮腔18a和膨脹腔19a之間產生直流損失，能夠造成能量損失，降低熱聲能量的轉換效率，因而會降低該行波熱聲系統的工作性能。

發明內容

本發明實施例提供了一種雙作用單級行波熱聲系統，用以解決現有技術中的缺陷，能夠提高熱聲能量的轉換效率，并且降低生產成本，提高使用壽命。

本發明提供了一種雙作用單級行波熱聲系統，具有至少三個基本單元，每個所述基本單元包括直線電機和熱聲轉換裝置，所述直線電機包括氣缸和活塞，所述活塞能夠在所述氣缸內作直線往復運動，所述熱聲轉換裝置包括依次連通的第一換熱器、回熱器、第二換熱器、熱緩沖管和第三換熱器；

每個所述熱聲轉換裝置的第一換熱器和第三換熱器，分別與不同直線電機的氣缸內腔連通，形成氣體工質流動的環路結構。

本發明提供的雙作用單級行波熱聲系統，與現有技術相比，具有熱緩沖管和第三換熱器，使得反饋至另一個直線電機氣缸內腔內的氣體工質的溫度接近于室溫因而可以保證活塞和氣缸工作在室溫環境下，從而減少雙作用單級行波熱聲系統的生產制造成本，提高使用壽命。

并且，本發明提供的雙作用單級行波熱聲系統優選是在環路結構中安裝直流抑制器，通過該直流抑制器可以避免環路結構中氣體工質產生直流損失，能夠提高該雙作用單級行波熱聲系統的高熱聲能量的轉換效率，提高工作性能。

附圖說明