專利名稱：行波熱聲驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱聲發(fā)電裝置，特別是涉及行波熱聲驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
行波熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有效率高、能源適應(yīng)性好、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)。利用行波型熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可高效地將各種熱源(包括廢熱)轉(zhuǎn)換成機(jī)械功，再加上直線發(fā)電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電功的轉(zhuǎn)換。
對(duì)于直線發(fā)電機(jī)，輸入發(fā)電機(jī)的聲功由以下方程來(lái)表明W=12Re[p~U*~]=12|p~U~|cosΦpu=Vω4|p~|·cosΦpu---(1)]]>(1)式中，Re[]表示對(duì)方括號(hào)中的復(fù)數(shù)取實(shí)部，*表示復(fù)數(shù)共軛，||表示對(duì)該符號(hào)中的復(fù)數(shù)取幅值， 及 分別表示壓力及體積流波動(dòng)，Φpu表示壓力波動(dòng)和體積速度波動(dòng)之間的相位夾角，V表示直線發(fā)電機(jī)活塞的掃氣容積，ω表示行波熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的工作角頻率。(1)式中，輸入系統(tǒng)的聲功不僅決定于壓力幅值與掃氣容積、角頻率的乘積，而且兩者間的相位差更是起著決定性的作用。然而，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)由于壓力波動(dòng)與體積流波動(dòng)間的相位差接近90°，所以輸入發(fā)電機(jī)的聲功很小，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的能力并沒(méi)有得到較好的利用。舉例來(lái)說(shuō)，cos80°＝0.1736，而cos60°＝0.5，可見(jiàn)在相位上的20°的提高獲得了聲功輸入上接近2倍的增長(zhǎng)，故對(duì)于相同頻率下吸收等量的聲功可以采用掃氣容積較小的直線發(fā)電機(jī)。由此可見(jiàn)，在行波型熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中調(diào)節(jié)壓力波與體積流波動(dòng)有著重要的意義。
現(xiàn)有行波型熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)主要有整體式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、分置式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(該發(fā)動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于行波熱聲制冷系統(tǒng)中)。在整體式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中的調(diào)相是通過(guò)曲柄連桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)完成的。其結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中，1為冷端換熱器，2為回?zé)崞鳎?為加熱器，6和18為連接管道，7為發(fā)電機(jī)活塞，17為調(diào)相活塞，21為曲柄連桿機(jī)構(gòu)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)21控制著熱端活塞與冷端活塞間的運(yùn)動(dòng)相位差，直線發(fā)電機(jī)可與兩活塞之一連接，也可與曲柄機(jī)械連接。整體式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是一方面，曲柄連桿機(jī)構(gòu)21的引入加劇了壓縮活塞(發(fā)電機(jī)活塞7)及排出器活塞(調(diào)相活塞17)與壁面的磨損，而且排出器與壓縮活塞的相位差針對(duì)不同的工況不具可調(diào)節(jié)性；此外，整體式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的排除器工作在高溫下，降低了使用壽命。在分置式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，采用排出器及做功活塞來(lái)控制兩者相位。分置式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中1為冷端換熱器，2為回?zé)崞鳎?為加熱器，6和18為連接管道，22為排出器，23為功輸出活塞。其缺點(diǎn)是一方面引入運(yùn)動(dòng)部件提高了系統(tǒng)的復(fù)雜度，另一方面排出器在會(huì)在高溫與低溫端間運(yùn)動(dòng)，這對(duì)于排出器的工作是不利的。在傳統(tǒng)的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)回路(如圖6所示)中，系統(tǒng)采用氣體活塞來(lái)代替排出器進(jìn)行調(diào)相，它雖然解決了運(yùn)動(dòng)部件問(wèn)題，但是其發(fā)電機(jī)活塞腔體內(nèi)壓力波和速度波的相位以駐波分量為主，需要較大的活塞容積才能實(shí)行有限的功輸出；此外，過(guò)大的活塞容積也需要更大、更重的電路和磁路材料，使聲電轉(zhuǎn)換體積和重量增加，并降低了效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效的無(wú)運(yùn)動(dòng)部件斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直線發(fā)電機(jī)的裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的行波熱聲驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)，包括依次相連并形成回路的冷端換熱器1，回?zé)崞?，加熱器3，熱緩沖管4，熱端換熱器5和環(huán)形連接管道，其特征在于，還包括一安裝在環(huán)形連接管道中的直線發(fā)電機(jī)；所述直線發(fā)電機(jī)包括一圓筒型氣缸23，該圓筒型氣缸23一端連通與冷端換熱器1相連的冷端管道18，另一端開(kāi)口，其開(kāi)口端安裝一套管24，所述套管24一端套裝在與熱端換熱器5相連的室溫管道6的外壁上并緊密配合，另一端設(shè)有圓形中心小孔；在圓筒型氣缸23與套管24之間的腔體內(nèi)固定安裝一帶有圓環(huán)形腔道111的雙環(huán)形導(dǎo)磁軟鐵11，所述雙環(huán)形導(dǎo)磁軟鐵11的外環(huán)磁鐵壁中鑲嵌一段等厚度的圓環(huán)形永磁體10；一桶壁上繞有線圈12的線圈支架14固定在所述圓筒型氣缸23的內(nèi)壁上，其繞有線圈12的部分插入雙環(huán)形導(dǎo)磁軟鐵11的圓環(huán)形腔道111內(nèi)；所述線圈支架14的中心處固定一穿過(guò)套管24上的圓形中心小孔的軸30；圓形中心小孔內(nèi)的軸30上安裝有直線滑動(dòng)軸承9；所述室溫管道6內(nèi)安裝一發(fā)電機(jī)彈性/質(zhì)量組件，該發(fā)電機(jī)彈性/質(zhì)量組件由彼此相連的發(fā)電機(jī)彈性元件8和質(zhì)量元件7組成，發(fā)電機(jī)彈性元件8與直線滑動(dòng)軸承9端面相連，質(zhì)量元件7安裝在管道6內(nèi)并隨發(fā)電機(jī)彈性元件8的彈性位移而在室溫管道6內(nèi)滑動(dòng)；所述冷端管道18內(nèi)安裝一調(diào)相彈性/質(zhì)量組件，該調(diào)相彈性/質(zhì)量組件由彼此相連的調(diào)相彈性元件17和質(zhì)量元件16組成，所述的調(diào)相彈性元件17與線圈支架14端面相連，所述質(zhì)量元件16安裝在冷端管道18內(nèi)并隨調(diào)相彈性元件17的彈性位移而在冷端管道18內(nèi)滑動(dòng)。
所述冷端管道18與圓筒型氣缸23之間連通一連通管26，連通管26上安裝一用于充放氣時(shí)平衡直線發(fā)電機(jī)內(nèi)外壓力的通氣閥門(mén)19。
所述發(fā)電機(jī)彈性-質(zhì)量組件可為彈簧-活塞組件，其彈簧為彈性元件，活塞為質(zhì)量元件；所述彈簧可為金屬材料盤(pán)旋而成的普通螺旋彈簧，或壓縮/拉伸時(shí)不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的在一段金屬管上切割而成的壓縮/拉伸彈簧。所述發(fā)電機(jī)彈性-質(zhì)量組件還可為波紋管-質(zhì)量塊組件，其波紋管為彈性元件，質(zhì)量塊為質(zhì)量元件；所述波紋管為幾層疊放焊接在一起的剛性成型波紋管，或?yàn)楸〔讳P鋼片在邊緣焊接在一起柔性波紋管。
所述調(diào)相彈性-質(zhì)量組件可為彈簧-活塞組件，其彈簧為彈性元件，活塞為質(zhì)量元件；所述彈簧為金屬材料盤(pán)旋而成的普通螺旋彈簧，或壓縮/拉伸時(shí)不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的在一段金屬管上切割而成的壓縮/拉伸彈簧；所述調(diào)相彈性-質(zhì)量組件還可為波紋管-質(zhì)量塊組件，其波紋管為彈性元件，質(zhì)量塊為質(zhì)量元件；所述波紋管-質(zhì)量塊組件中的波紋管為幾層疊放焊接在一起的剛性成型波紋管，或?yàn)楸〔讳P鋼片在邊緣焊接在一起柔性波紋管。
本發(fā)明提供的行波熱聲驅(qū)動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)與現(xiàn)有行波型熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)相比有如下優(yōu)點(diǎn)(1)將直線發(fā)電機(jī)置于行波型熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)回路中，減小了系統(tǒng)總的尺寸；(2)通過(guò)對(duì)壓力波與體積流波動(dòng)間相位差的調(diào)節(jié)，一方面使得輸入直線發(fā)電機(jī)的聲功增大，減小了系統(tǒng)總的尺寸，有利于微型化；另一方面反饋聲功實(shí)現(xiàn)了高效的斯特林循環(huán)，
(3)將直線發(fā)電機(jī)置于行波回路，徹底地抑制了回路的環(huán)流，提高了行波型熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的性能；(4)摒棄了傳統(tǒng)整體式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性。


圖1為本發(fā)明提供的新型行波熱聲驅(qū)動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的新型行波熱聲驅(qū)動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明提供的新型行波熱聲驅(qū)動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為整體式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為分置式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為傳統(tǒng)行波型熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)示意圖；圖7為兩自由度彈簧-阻尼器-質(zhì)量原理圖；圖8為(在金屬管壁上切割出徑向間隙，間隙間相互繞軸旋轉(zhuǎn)錯(cuò)開(kāi)一定角度的)新型機(jī)械彈簧。
圖面說(shuō)明冷端換熱器1 回?zé)崞? 加熱器3熱緩沖管4室溫?fù)Q熱器5 連接管路6發(fā)電機(jī)活塞7 支撐彈簧8直線軸承9永磁體10 導(dǎo)磁電工純鐵11 線圈12支撐彈簧13 動(dòng)子14 密封電接頭15連接彈簧16 調(diào)相活塞17 連接管路18通氣閥門(mén)19 波紋管20 曲柄連桿機(jī)構(gòu)21排出器22 功輸出活塞23 慣性管24彈簧剛度系數(shù)k1，k2，k3 阻尼系數(shù)c1，c2，c3 作用力F1，F(xiàn)具體實(shí)施方式
在敘述具體實(shí)施方式
前，首先對(duì)本發(fā)明的調(diào)相原理說(shuō)明如下
圖6是二自由度彈簧、阻尼器質(zhì)量系統(tǒng)原理圖，如圖所示，其中k1，k2，k3分別為彈簧的剛度系數(shù)，c1，c2，c3分別為線性阻尼器的阻尼系數(shù)，則兩自由度系統(tǒng)對(duì)簡(jiǎn)諧激勵(lì)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)表達(dá)式，由系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程得m1x··1=F1(t)-c1x·1+c2(x·2-x·1)-k1x1+k2(x2-x1)]]>m2x··2=F2(t)-c3x·2-c2(x·2-x·1)-k3x2-k2(x2-x1)]]>(2)設(shè)F1(t)＝F1eiωt，F(xiàn)2(t)＝F2eiωt，則可解得適合本發(fā)明的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為x1(t)=F1Z22(ω)-F2Z12(ω)Z11(ω)Z22(ω)-Z122(ω)·eiΩt]]>x2(t)=-F1Z21(ω)+F2Z11(ω)Z11(ω)Z22(ω)-Z122(ω)·eiωt]]>(3)其中c1+c2＝c11，-c2＝c12＝c21，c2+c3＝c21k1+k2＝k11，-k2＝k12＝k21，k2+k3＝k22Z11(ω)＝k11+iωc31-m1ω2Z12(ω)＝k12+iωc12Z21(ω)＝k21+iωc21Z22(ω)＝k22+iωc22-m2ω2上述式子中，x1與x2表示兩質(zhì)量塊的位移，F(xiàn)1與F2分別為作用在1、2兩個(gè)質(zhì)量塊上的外力，ω為外力的角頻率，c為阻尼系數(shù)，k為系統(tǒng)中彈簧的等效剛度，m為質(zhì)量塊的質(zhì)量大小。
(3)式中，可以認(rèn)為F1(t)為作用在副活塞上的力，F(xiàn)2(t)為線圈在磁場(chǎng)中所受的電磁力，x1與x2的幅值中包含了相位關(guān)系。若激勵(lì)為余弦，則取x1與x2的實(shí)部；本發(fā)明中，若激勵(lì)為正弦，則取x1與x2的虛部。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)x1與x2存在相位差，改變兩運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的大小及彈簧的剛度可改變x1與x2之間的相位差大小，這使得新型行波熱聲發(fā)電機(jī)的調(diào)相成為可能。
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述
實(shí)施例1實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括依次相連并形成回路的冷端換熱器1，回?zé)崞?，加熱器3，熱緩沖管4，熱端換熱器5和環(huán)形連接管道，還包括一安裝在環(huán)形連接管道中的直線發(fā)電機(jī)。本實(shí)施例中，直線發(fā)電機(jī)一端接由室溫?fù)Q熱器5導(dǎo)出的“U”形連接管道，將該連接管道稱為室溫管道6；直線發(fā)電機(jī)另一端接由冷端換熱器1導(dǎo)出的“U”形連接管道，將該連接管道稱為冷端管道18。當(dāng)熱量由加熱器3進(jìn)入系統(tǒng)，回?zé)崞?兩端出現(xiàn)溫度差，在回?zé)崞?軸向建立起溫度梯度。當(dāng)溫度梯度大于臨界溫度梯度時(shí)，行波型熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生自激振蕩，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再由直線發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
所述直線發(fā)電機(jī)包括一圓筒型氣缸23，該圓筒型氣缸23一端連通與冷端換熱器1相連的冷端管道18，另一端開(kāi)口，其開(kāi)口端安裝一套管24，所述套管24一端套裝在與熱端換熱器5相連的室溫管道6的外壁上并緊密配合，另一端設(shè)有圓形中心小孔；在圓筒型氣缸23與套管24之間的腔體內(nèi)固定安裝一帶有圓環(huán)形腔道111的雙環(huán)形導(dǎo)磁軟鐵11，所述雙環(huán)形導(dǎo)磁軟鐵11的外環(huán)磁鐵壁中鑲嵌一段等厚度的圓環(huán)形永磁體10；一桶壁上繞有線圈12的線圈支架14固定在所述圓筒型氣缸23的內(nèi)壁上，其繞有線圈12的部分插入雙環(huán)形導(dǎo)磁軟鐵11的圓環(huán)形腔道111內(nèi)；所述線圈支架14的中心處固定一穿過(guò)套管24上的圓形中心小孔的軸30；圓形中心小孔內(nèi)的軸30上安裝有直線滑動(dòng)軸承9；所述室溫管道6內(nèi)安裝一發(fā)電機(jī)彈性/質(zhì)量組件，該發(fā)電機(jī)彈性/質(zhì)量組件由彼此相連的發(fā)電機(jī)彈性元件8和質(zhì)量元件7組成，發(fā)電機(jī)彈性元件8與直線滑動(dòng)軸承9端面相連，質(zhì)量元件7安裝在管道6內(nèi)并隨發(fā)電機(jī)彈性元件8的彈性位移而在室溫管道6內(nèi)滑動(dòng)；所述冷端管道18內(nèi)安裝一調(diào)相彈性/質(zhì)量組件，該調(diào)相彈性/質(zhì)量組件由彼此相連的調(diào)相彈性元件17和質(zhì)量元件16組成，所述的調(diào)相彈性元件17與線圈支架14端面相連，所述質(zhì)量元件16安裝在冷端管道18內(nèi)并隨調(diào)相彈性元件17的彈性位移而在冷端管道18內(nèi)滑動(dòng)。
所述冷端管道18與圓筒型氣缸23之間連通一連通管26，連通管26上安裝一用于充放氣時(shí)平衡直線發(fā)電機(jī)內(nèi)外壓力的通氣閥門(mén)19。
在本實(shí)施例的直線發(fā)動(dòng)機(jī)中，線圈支架14與質(zhì)量元件7(發(fā)電機(jī)活塞)通過(guò)軸30相互固連，組成直線發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)子，其徑向通過(guò)直線滑動(dòng)軸承9定位。工作時(shí)，直線發(fā)電機(jī)活塞吸收聲功后自身產(chǎn)生振蕩，從而也帶動(dòng)線圈12經(jīng)發(fā)電機(jī)彈性元件8(壓縮彈簧)和彈性元件13(壓縮彈簧)的作用下、在由永磁體10與導(dǎo)磁軟鐵11聚集成的強(qiáng)磁場(chǎng)中產(chǎn)生切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換。兩個(gè)壓縮彈簧一端固定不動(dòng)，另一端分別與動(dòng)子及直線發(fā)電機(jī)活塞相連。動(dòng)子帶動(dòng)活塞-彈簧調(diào)相機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，將部分經(jīng)調(diào)相以后的聲功反饋回回?zé)崞鳌Ｋ镁€圈12可由黃銅及鋁導(dǎo)線等金屬漆包線繞制膠合固化而成，所產(chǎn)生的交流電經(jīng)密封電接頭接出線圈，可接各種電負(fù)載。由于彈性元件傳遞運(yùn)動(dòng)存在相位差，可以完成兩運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的調(diào)相。在冷端管道18與直線發(fā)電機(jī)之間有一旁通管路(即帶有通氣閥門(mén)19的連通管26)，用以充放氣時(shí)平衡壓力波發(fā)生器內(nèi)外的平均壓力。兩個(gè)活塞均采用活塞環(huán)形式密封。制作本實(shí)施例中的壓縮彈簧可采用普通的碳鋼、50鉻礬等材料螺旋成型，也可采用特殊彈簧(如圖8所示)作為彈簧，其制做方式是在金屬管壁上切割出徑向間隙，間隙間相互繞軸旋轉(zhuǎn)錯(cuò)開(kāi)一定角度，其優(yōu)點(diǎn)在于提供與傳統(tǒng)螺旋彈簧相同的作用的同時(shí)，在拉伸壓縮時(shí)不會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例中通過(guò)改變活塞的質(zhì)量大小、橫截面積以及彈簧的剛度可以實(shí)現(xiàn)不同程度的調(diào)相。
在傳統(tǒng)行波型熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)回路(包括1個(gè)加熱器1個(gè)冷端換熱器，一段不銹鋼或黃銅絲網(wǎng)填充的回?zé)崞鳎?個(gè)室溫?fù)Q熱器，一些連接管路)的慣性管位置放入直線發(fā)電機(jī)及活塞-彈簧調(diào)相組件。當(dāng)熱量出加熱器3進(jìn)入系統(tǒng)，回?zé)崞鲀啥顺霈F(xiàn)溫度差，在回?zé)崞鬏S向建立起溫度梯度。當(dāng)溫度梯度大于臨界溫度梯度時(shí)，行波型熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生自激振蕩，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。直線發(fā)電機(jī)活塞7吸收聲功自身產(chǎn)生振蕩，從而也帶動(dòng)線圈10經(jīng)機(jī)械支撐彈簧6、11的作用下、在由永磁體8與導(dǎo)磁軟鐵聚集成的強(qiáng)磁場(chǎng)中產(chǎn)生切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換。兩個(gè)支撐彈簧一端固定不動(dòng)，另一端分別與動(dòng)子14及直線發(fā)電機(jī)活塞5相連接。動(dòng)子帶動(dòng)活塞-彈簧調(diào)相機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，將部分經(jīng)調(diào)相以后的聲功反饋回回?zé)崞鳌Ｋ镁€圈12可由黃銅及鋁導(dǎo)線等金屬漆包線繞制膠合固化而成，所產(chǎn)生的交流電經(jīng)密封電接頭13接出線圈，可接各種電負(fù)載。由于彈性元件傳遞運(yùn)動(dòng)存在相位差，可以完成兩運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的調(diào)相。在連接管路18與直線發(fā)電機(jī)之間有一帶通氣閥門(mén)19的旁通管路，用以充放氣時(shí)平衡直線發(fā)電機(jī)內(nèi)外的平均壓力。兩個(gè)活塞均采用活塞環(huán)形式密封。
本實(shí)施例中的直線發(fā)電機(jī)采用的是動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)，容易理解，直線發(fā)電機(jī)也可以采用動(dòng)磁式結(jié)構(gòu)。不同點(diǎn)是動(dòng)圈式體積較大但磁場(chǎng)利用較充分，動(dòng)磁式體積小但磁場(chǎng)利用較差。
本實(shí)施例中動(dòng)子采用直線軸承9徑向支撐，容易理解動(dòng)子也可以采用板簧徑向支撐的方式。
實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，采用金屬波紋管20代替實(shí)施例1中的機(jī)械彈簧17、采用一質(zhì)量塊29代替實(shí)施例1的調(diào)相活塞16；同時(shí)，采用了直線滑動(dòng)軸承或者板簧來(lái)支撐該質(zhì)量塊29；在線圈支架14的端面上增加了氣體通道，使得副波紋管在振動(dòng)時(shí)內(nèi)部氣體振動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生太大的壓力波動(dòng)而損害波紋管。本實(shí)施例的金屬波紋管可采用普通的不銹鋼304或鈹青銅材料。制作方式通常是液壓成型或者焊接而成。通常，液壓成型的波紋管比較焊接波紋管在剛度上要更大，所以穩(wěn)定性比較好。
工作時(shí)，金屬波紋管20起到實(shí)施例1中機(jī)械彈簧17的作用，質(zhì)量塊29起到實(shí)施例1中調(diào)相活塞16的作用，其它部件所起的作用及工作過(guò)程均與實(shí)施例1相同，因此不再?gòu)?fù)述。在本實(shí)施例中，出于采用波紋管20和質(zhì)量塊29，調(diào)相部件不必進(jìn)行活塞環(huán)密封，從而減小了摩擦。
實(shí)施例3本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它是在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上改造而成。本實(shí)施例以波紋管-質(zhì)量塊組件代替了實(shí)施例2中的彈簧-活塞組件作為發(fā)電機(jī)彈性-質(zhì)量組件，其余零部件的材料和制作工藝及其連接方式均與實(shí)施例2相同。該波紋管-質(zhì)量塊組件由金屬波紋管28與質(zhì)量塊27組成，直線滑動(dòng)軸承9與質(zhì)量塊27固連，起到支撐作用。
權(quán)利要求
1.一種行波熱聲驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)，包括依次相連并形成回路的冷端換熱器(1)，回?zé)崞?2)，加熱器(3)，熱緩沖管(4)，熱端換熱器(5)和環(huán)形連接管道，其特征在于，還包括一安裝在環(huán)形連接管道中的直線發(fā)電機(jī)；所述直線發(fā)電機(jī)包括一圓筒型氣缸(23)，該圓筒型氣缸(23)一端連通與冷端換熱器(1)相連的冷端管道(18)，另一端開(kāi)口，其開(kāi)口端安裝一套管(24)，所述套管(24)一端套裝在與熱端換熱器(5)相連的室溫管道(6)的外壁上并緊密配合，另一端設(shè)有圓形中心小孔；在圓筒型氣缸(23)與套管(24)之間的腔體內(nèi)固定安裝一帶有圓環(huán)形腔道(111)的雙環(huán)形導(dǎo)磁軟鐵(11)，所述雙環(huán)形導(dǎo)磁軟鐵(11)的外環(huán)磁鐵壁中鑲嵌一段等厚度的圓環(huán)形永磁體(10)；一桶壁上繞有線圈(12)的線圈支架(14)固定在所述圓筒型氣缸(23)的內(nèi)壁上，其繞有線圈(12)的部分插入雙環(huán)形導(dǎo)磁軟鐵(11)的圓環(huán)形腔道(111)內(nèi)；所述線圈支架(14)的中心處固定一穿過(guò)套管(24)上的圓形中心小孔的軸(30)；圓形中心小孔內(nèi)的軸(30)上安裝有直線滑動(dòng)軸承(9)；所述室溫管道(6)內(nèi)安裝一發(fā)電機(jī)彈性/質(zhì)量組件，該發(fā)電機(jī)彈性/質(zhì)量組件由彼此相連的發(fā)電機(jī)彈性元件(8)和質(zhì)量元件(7)組成，發(fā)電機(jī)彈性元件(8)與直線滑動(dòng)軸承(9)端面相連，質(zhì)量元件(7)安裝在管道(6)內(nèi)并隨發(fā)電機(jī)彈性元件(8)的彈性位移而在室溫管道(6)內(nèi)滑動(dòng)；所述冷端管道(18)內(nèi)安裝一調(diào)相彈性/質(zhì)量組件，該調(diào)相彈性/質(zhì)量組件由彼此相連的調(diào)相彈性元件(17)和質(zhì)量元件(16)組成，所述的調(diào)相彈性元件(17)與線圈支架(14)端面相連，所述質(zhì)量元件(16)安裝在冷端管道(18)內(nèi)并隨調(diào)相彈性元件(17)的彈性位移而在冷端管道(18)內(nèi)滑動(dòng)。
2.按權(quán)利要求1所述的行波熱聲驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述冷端管道(18)與圓筒型氣缸(23)之間連通一連通管(26)，連通管(26)上安裝一用于充放氣時(shí)平衡直線發(fā)電機(jī)內(nèi)外壓力的通氣閥門(mén)(19)。
3.按權(quán)利要求1所述的行波熱聲驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)彈性-質(zhì)量組件為彈簧-活塞組件，其彈簧為彈性元件，活塞為質(zhì)量元件。
4.按權(quán)利要求1所述的行波熱聲驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)彈性-質(zhì)量組件為波紋管-質(zhì)量塊組件，其波紋管為彈性元件，質(zhì)量塊為質(zhì)量元件。
5.按權(quán)利要求1所述的行波熱聲驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)相彈性-質(zhì)量組件為彈簧-活塞組件，其彈簧為彈性元件，活塞為質(zhì)量元件。
6.按權(quán)利要求1所述的行波熱聲驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)相彈性-質(zhì)量組件為波紋管-質(zhì)量塊組件，其波紋管為彈性元件，質(zhì)量塊為質(zhì)量元件。
7.按權(quán)利要求3或5所述的新型行波熱聲驅(qū)動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述彈簧-活塞組件中的彈簧為金屬材料盤(pán)旋而成的普通螺旋彈簧，或壓縮/拉伸時(shí)不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的在一段金屬管上切割而成的壓縮/拉伸彈簧或板彈簧。
8.按權(quán)利要求4或6所述的新型行波熱聲驅(qū)動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述波紋管-質(zhì)量塊組件中的波紋管為幾層疊放焊接在一起的剛性成型波紋管，或?yàn)楸〔讳P鋼片在邊緣焊接在一起柔性波紋管。
全文摘要
本行波熱聲驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)，包括依次相連并成回路的冷端換熱器，回?zé)崞?，加熱器，熱緩沖管，熱端換熱器、環(huán)形連接管道及位于管道中的直線發(fā)電機(jī)；發(fā)電機(jī)有一氣缸，其內(nèi)的套管一端套在管道上，另一端裝有直線滑動(dòng)軸承；氣缸與套管之間的腔體內(nèi)固定一帶有圓環(huán)形腔道的雙環(huán)形導(dǎo)磁軟鐵，其外環(huán)磁壁中嵌有永磁體；桶壁上繞線圈的線圈支架固定在氣缸內(nèi)壁上，線圈部分插入圓環(huán)形腔道內(nèi)；熱端管道內(nèi)裝有彈性/質(zhì)量組件，其質(zhì)量元件裝在熱端管道內(nèi)并隨彈性元件的位移滑動(dòng)；室溫管道內(nèi)安裝有調(diào)相彈性/質(zhì)量組件，其質(zhì)量元件裝在管道內(nèi)并隨調(diào)相彈性元件的位移滑動(dòng)?？赏ㄟ^(guò)對(duì)壓力波動(dòng)與體積流波動(dòng)間相位差的調(diào)節(jié)，增大聲功，利于微型化，反饋聲功實(shí)現(xiàn)高效斯特林循環(huán)，可抑制回路的環(huán)流，減小熱損失，提高整機(jī)性能。
文檔編號(hào)F03G7/00GK1766314SQ20041008658
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月26日
發(fā)明者羅二倉(cāng), 戴巍, 吳張華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所