[發(fā)明專利]具有傳輸管道的熱聲換能器裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380060258.4
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN104797816B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設計）人: 托馬斯·沃爾特·斯坦納;布里亞克·梅達爾·德沙爾東;克斯真·托德·崞特瑞;羅納德·格雷戈里·克洛普弗
• 申請（專利權）人: 埃塔里姆有限公司
• 主分類號: F03G7/06
• 分類號: F03G7/06
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產(chǎn)權代理有限公司11205
• 代理人: 馬爽,臧建明

技術領域

本發(fā)明涉及一種熱聲換能器，更具體地，涉及一種用于在熱能和機械能之間進行轉換的熱聲換能器。

背景技術

熱聲換能器(transducer)可以配置為作為接收熱能的熱機而運行，并且換能器將熱能轉化為機械能，例如用以驅動發(fā)電機。此外，熱聲換能器配置為作為接收機械能的熱泵而運行，并且換能器將機械能轉化為熱能，從較低溫度至較高溫度轉變。

熱聲換能器可以使用可移位的隔板以產(chǎn)生可用的能量密度和運行效率以實現(xiàn)斯特林循環(huán)(Stirling cycle)。當其配置為熱機時，可通過增加換能器的熱側和冷側之間的溫差以實現(xiàn)效率的增加。但是，這樣的溫度升高可能需要構建更復雜的結構體系和/或使用特殊的高溫材料。

發(fā)明內容

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種熱聲換能器裝置。所述裝置包括含機械轉換器，用于在聲能和機械能之間進行可操作的能量轉換。所述機械轉換器包括至少一個用于在機械轉換器中內確定壓縮室和膨脹室的隔板，所述至少一個隔板具有隔板表面積。所述裝置還包括具有流路的熱轉換器，該流路包括經(jīng)熱耦合的回熱器部，用以在聲能和熱能之間進行能量轉換，所述回熱器部具有回熱器流動面積。所述機械轉換器，通過傳輸管道分別在壓縮室和流路之間延伸，以及在膨脹室和流路之間延伸，與熱轉換器中的流路進行流體連通。所述傳輸管道分別在壓縮室和流路間以及在膨脹室和流路間延伸，所述傳輸管道通過在壓縮室和膨脹室之間的流路完成聲能循環(huán)。所述聲能循環(huán)具有包含工作氣體的工作提及，并且可操作的用以于輔助在該壓縮室和該膨脹室之間的聲能流動的工作。所述傳輸管道的截面面積小于所述回熱器流動面積。所述回熱器流動面積小于所述隔板表面積。所述至少一個隔板可操作地承受彈性位移從而引起工作體積內的壓力振蕩，并且其中所述聲能循環(huán)用于使沿著該聲能循環(huán)的至少一個位置上的壓力振蕩與機械轉換器中的壓力振蕩具有反相位關系。

所述的熱轉換器的流路包括多個用于平行流動的回熱器部，并且所述回熱器流動面積包括與多個回熱器部相關的總面積。

所述機械轉換器包括多個平行配置的機械轉換器，并且所述隔板表面積包括與多個所述機械轉換器相關的隔板的總的隔板表面積。

所述傳輸管道的第一截面面積小于隔板表面積至少約10倍。

在所述壓縮室和所述流路之間的傳輸管道包括第一截面面積，并且在所述膨脹室和所述流路之間的傳輸管道包括第二截面面積，且所述第一截面面積小于所述第二截面面積。

選擇所述各傳輸管道的長度從而引起在壓縮室中的壓力振蕩和膨脹室中的壓力振蕩之間的約360度的相變。

選擇所述各傳輸管道的長度從而引起在壓縮室中的壓力振蕩和膨脹室中的壓力振蕩之間約360度的初始相變；以及在壓縮室中的壓力振蕩和膨脹室中的壓力振蕩之間有至少一個額外的約360度的相變，以至于通過聲能循環(huán)的總體相變與初始相變具有相同的效果。

所述裝置還包括連接至所述至少一個隔板的機械彈簧，并且在共振頻率上發(fā)生所述彈性位移，所述共振頻率部分取決于作用在所述至少一個隔板上的總剛度，該總剛度包括至少一個隔板剛度、一個由于工作氣體作用于所述至少一個隔板上的氣體剛度、以及與所述機械彈簧相關的機械彈簧剛度，并且對與機械彈簧剛度相關的所述總剛度的貢獻包括總剛度的至少一半。

所述傳輸管道中的溫度變化會導致聲能循環(huán)中與聲能流動相關聯(lián)的聲速的改變，并且傳輸管道各自的長度被配置為以使氣體剛度和機械彈簧剛度各自在總剛度中的比例使得由聲速的改變至少部分地被相應的共振頻率的改變所抵消，以至于由聲速改變而引起的在壓縮室中的壓力振蕩和膨脹室中的壓力振蕩之間的相變至少部分地被補償。

所述機械轉換器封裝在壓力容器中，并且所述至少一個隔板連接至外部能源系統(tǒng)用于在外部能源系統(tǒng)和所述至少一個隔板之間傳遞機械能，所述外部能源系統(tǒng)置于壓力容器的外部，并且所述共振頻率還取決于至少包括至少一個隔板的質量以及與外部能源系統(tǒng)的連接相關的外部質量的總質量，并且所述外部質量大于所述隔板質量。

所述外部能源系統(tǒng)包括以下其中之一，發(fā)電機和原動機。

所述機械彈簧包括連接在所述至少一個隔板和所述壓縮室，以及所述膨脹室之一的腔室壁之間的彈性壁部，所述彈性壁部是可操作的密封所述腔室中的工作氣體，同時輔助所述至少一個隔板的彈性位移。

所述彈性壁部包括在所述至少一個隔片和腔室壁之間延伸的圓柱形管，所述管用于大致沿所述管的圓柱軸的方向發(fā)生彈性變形。