[發明專利]熱聲驅動機組、熱聲發動機及熱聲熱泵系統

有效

• 申請號: 201611154677.6
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106762495B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 胡劍英;羅二倉;陳燕燕;張麗敏;吳張華
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F03G7/06
• 分類號: F03G7/06
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 湯財寶

本發明涉及能源利用設備技術領域，尤其涉及一種熱聲驅動機組、熱聲發動機及熱聲熱泵系統。該熱聲驅動機組包括多級發動機組件，多級所述發動機組件之間逐級并聯耦合，以逐級放大聲波能量，從而確保發動機組件中的回熱器內橫截面上的能量流動均勻、溫度分布均勻，從而大幅提高熱聲發動機及熱聲熱泵系統的工作效率。該熱聲發動機利用壓縮機向熱聲驅動機組內輸送壓力波，以在熱聲驅動機組內形成聲波能量，并將聲波能量逐級放大后轉化為電能，從而實現高效回收并轉化低品位熱能，實現能源的回收利用。該熱聲熱泵系統通過將熱聲發動機與熱聲熱泵對應耦合連接，使得該系統既能有效利用低品位熱量，實現高效的制冷或供熱功能。

技術領域

本發明涉及能源利用設備技術領域，尤其涉及一種熱聲驅動機組、熱聲發動機及熱聲熱泵系統。

背景技術

熱聲發動機是將熱能轉換為聲波形式的機械能的新型動力裝置，熱能可以包括各種形式，例如太陽能，工業廢熱，燃燒熱等；熱聲熱泵則是將聲波形式的機械能轉化為熱能，實現泵熱或者制冷的裝置，廣義的熱泵包括制冷機和供熱機，前者是獲得冷量，后者是為了獲得熱量。

在目前現有的熱聲發動機中，為了能實現能量逐級轉換，充分利用低品位熱能，通常將多組發動機組件首尾連接，形成串聯結構，但是上述的這種結構中，為了便于能量匹配，系統中相鄰兩級發動機組件的尺寸不同，通常在后一級的發動機組件的直徑大于在前一級的發動機組件的直徑，但由于每級發動機組件的長度基本保持不變，在熱聲發動機中，隨著多級發動機組件的增設，靠后的發動機組件將變成扁而粗的結構，這種結構對于保持發動機回熱器的內橫截面上的能量流動均勻性和溫度分布均勻性來說，是非常困難的，能量流動不均勻和溫度分布不均勻均會嚴重降低發動機性能，從而導致系統的工作效率下降；此外，各級發動機組件及各級熱泵組件的尺寸不同，會導致在工業生產中需要調配不同生產線進行生產，極大的增加了制造成本。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是提供了一種熱聲驅動機組、熱聲發動機及熱聲熱泵系統，通過并聯耦合優化系統結構，確保發動機組件中的回熱器內橫截面上的能量流動均勻、溫度分布均勻，從而大幅提高熱聲發動機及熱聲熱泵系統的工作效率。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種熱聲驅動機組，包括多級發動機組件，多級所述發動機組件之間逐級并聯耦合，以逐級放大聲波能量。

進一步的，每一級所述發動機組件均包括至少一個能量放大單元；以及在相鄰的兩級所述發動機組件中，后一級的至少兩個所述能量放大單元的能量輸入端、分別并聯耦合在前一級的同一個所述能量放大單元的能量輸出端上。

進一步的，多級所述發動機組件中，第一級所述發動機組件的能量輸入端和能量輸出端之間連接有一個所述能量放大單元，其余各級所述發動機組件的能量輸入端和能量輸出端之間均連接有至少兩個所述能量放大單元。

進一步的，每個所述能量放大單元均預設有能量放大比例，則任一級所述發動機組件中的能量放大單元的數量滿足：

m＝A^(n-1)

其中，m為第n級所述發動機組件中的能量放大單元的數量，A為所述能量放大比例。

進一步的，其特征在于，所述能量放大單元包括：順次連接在所述發動機組件的能量輸入端和能量輸出端之間的發動機主水冷器、發動機回熱器和加熱器。

進一步的，所述能量放大單元還包括發動機調相機構，所述發動機調相機構設置于加熱器與發動機組件的能量輸出端之間。

進一步的，各級所述發動機組件之間通過諧振子逐級并聯耦合，所述諧振子用于在各級所述發動機組件之間形成行波聲場。