一種行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其由至少三臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、至少一臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)和直線電機(jī)及諧振單元組成；行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)通過諧振單元首尾相連構(gòu)成環(huán)路；行波熱聲制冷機(jī)一端旁接于諧振單元，另一端與直線發(fā)電機(jī)相連；系統(tǒng)通過行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化成聲功，行波熱聲制冷機(jī)利用一部分聲功實(shí)現(xiàn)制冷，直線發(fā)電機(jī)將制冷機(jī)出口聲功轉(zhuǎn)化為電能，并為行波熱聲制冷機(jī)提供適合的相位，提高制冷機(jī)性能；各冷卻機(jī)的冷卻水溫度升高用于生活供熱；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本系統(tǒng)可在一個(gè)裝置中實(shí)現(xiàn)冷能與電能的同時(shí)產(chǎn)出，系統(tǒng)復(fù)雜度降低，可靠性提高，具有效率高、功率靈活等優(yōu)點(diǎn)；可應(yīng)用于太陽(yáng)能、工業(yè)余熱、生物質(zhì)能等能源利用領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，特別是一種行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)生產(chǎn)及居民生活中的很多場(chǎng)合都同時(shí)需要冷、熱、電資源。能源領(lǐng)域多年前就提出了分布式的冷熱電聯(lián)供方案，可以同時(shí)提供電力、生活用冷能和熱能。現(xiàn)有的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)多以天然氣或液體燃料為一次能源，利用燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)或蒸汽輪機(jī)產(chǎn)生電能、再利用吸收式或吸附式制冷將上述系統(tǒng)的較高溫余熱轉(zhuǎn)化為冷能，流程中略高于環(huán)境溫度的余熱用于生活供熱。通過能源的梯級(jí)利用，一方面實(shí)現(xiàn)了冷熱電的同時(shí)輸出，另一方面也提高了一次能源的綜合利用率。但是，傳統(tǒng)的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)通常至少由一個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)和一個(gè)制冷子系統(tǒng)構(gòu)成,有時(shí)甚至由多個(gè)子系統(tǒng)I禹合在一起,系統(tǒng)復(fù)雜度較高。此外，由于制冷技術(shù)的限制，制冷溫度不能進(jìn)一步降低；而且小功率系統(tǒng)性能低下等問題，限制了在其它領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)基于熱聲熱機(jī)原理，在一個(gè)裝置中同時(shí)實(shí)現(xiàn)冷、熱、電的輸出。它利用行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化成聲功，具有能源適應(yīng)性好、可靠性高、功率靈活、效率高等顯著優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、工業(yè)余熱回收等領(lǐng)域。產(chǎn)生的機(jī)械能可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷機(jī)及直線發(fā)電機(jī)，分別實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到冷能和電能的轉(zhuǎn)化，具有很好的應(yīng)用前景。單級(jí)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī)和直線發(fā)電機(jī)的裝置已經(jīng)存在。通常將熱聲制冷機(jī)的一端旁接于行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的某一位置，另一端則連接針閥或慣性管及氣庫(kù)等方式消耗熱聲制冷機(jī)出口的膨脹功。理論上，制冷機(jī)冷端換熱器出口的聲功量大于獲得的制冷量。在溫度較低時(shí)，比如液氮溫度以下，由于膨脹功的量相對(duì)于熱聲制冷機(jī)入口聲功較小，可以不考慮回收。但在更高溫度時(shí)，由于膨脹功的量較大，不回收膨脹功將對(duì)制冷機(jī)性能產(chǎn)生很大影響，而且溫度越高影響越大。專利(申請(qǐng)?zhí)?200610049129)提供了一種可回收聲功式的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷機(jī)的裝置，行波熱聲制冷機(jī)的膨脹功被重新送到發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，這種方式使得制冷機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)間的耦合度大大增加，系統(tǒng)設(shè)計(jì)及制作難度都大幅增加。單級(jí)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直線發(fā)電機(jī)也已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證，直線發(fā)電機(jī)旁接于行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的諧振管入口或其它地方。通過調(diào)節(jié)直線發(fā)電機(jī)的聲阻抗，可以獲得較好整機(jī)性能。多個(gè)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)和發(fā)電機(jī)的構(gòu)想也已經(jīng)存在。專利(申請(qǐng)?zhí)?201110101971)公布一種雙作用行波熱聲發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)中采用了三個(gè)及三個(gè)以個(gè)的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，在兩個(gè)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)間串聯(lián)了一個(gè)直線發(fā)電機(jī)。該發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)熱能到電能的轉(zhuǎn)化，但存在發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)間耦合困難等問題。專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?201110103954)公布了一種雙作用行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷機(jī)系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)由至少三臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I和行波熱聲制冷機(jī)2組成。行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I包括發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02、熱端換熱器103、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管105及發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107。行波熱聲制冷機(jī)2包括制冷機(jī)主冷卻器201、制冷機(jī)回?zé)崞?02、冷端換熱器203、制冷機(jī)熱緩沖管205及制冷機(jī)次冷卻器207。多臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)通過相同數(shù)量的諧振單元首尾連接構(gòu)成環(huán)路，行波熱聲制冷機(jī)的兩端分別接旁接于發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器一端及諧振單元的另一端，可使得行波熱聲制冷機(jī)出口的膨脹功能返回到行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中。發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器103吸收熱量，發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101放出熱量，在發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02兩端構(gòu)建溫度差，使發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02內(nèi)形成溫度梯度。在該溫度梯度的作用下，發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02將熱能轉(zhuǎn)化成聲功。該行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功一部分經(jīng)諧振單兀向外輸出，一部分傳輸?shù)较乱徊叫胁崧暟l(fā)動(dòng)機(jī)的主冷卻器，另一部分進(jìn)入行波熱聲制冷機(jī)2中產(chǎn)生制冷，從行波熱聲制冷機(jī)2出口的聲功又回到發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路中，與另外一部分聲功一起進(jìn)入到下一級(jí)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中被該級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的回?zé)崞鞣糯?，如此循環(huán)構(gòu)成系統(tǒng)。實(shí)際上，將這里的諧振單元換成直線發(fā)電機(jī)，也可以產(chǎn)生電能，最終構(gòu)成冷熱電系統(tǒng)。然而，由于制冷機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)路上的接入點(diǎn)過多，系統(tǒng)中聲功分布極為復(fù)雜，很難進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作?？傊F(xiàn)有的發(fā)明還不能提供一種冷熱電聯(lián)供的簡(jiǎn)單、有效和高效技術(shù)途徑。
[0004]本申請(qǐng)正是基于以上冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中存在的問題，提出了一種新型的設(shè)計(jì)，可以滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率靈活、效率高的冷熱電聯(lián)供的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明提供的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其由至少三臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)1、至少一臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2、至少一臺(tái)直線電機(jī)3和諧振單元組成；所述的至少三臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I通過諧振單元首尾相連以構(gòu)成環(huán)形回路；
[0007]每一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I均包括:依次相連的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02、發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器103、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管105和發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107 ；
[0008]所述的行波熱聲制冷機(jī)2包括:依次相連的制冷機(jī)主冷卻器201、制冷機(jī)回?zé)崞?02、制冷機(jī)冷端換熱器203、制冷機(jī)熱緩沖管205和制冷機(jī)次冷卻器207 ;其特征在于:
[0009]所述的每一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I還包括連接于發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器103與發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管105間的熱端層流化元件104和連接于發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管105與發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107間的發(fā)動(dòng)機(jī)室溫端層流化元件106 ；
[0010]所述的行波熱聲制冷機(jī)2還包括連接于制冷機(jī)冷端換熱器203與制冷機(jī)熱緩沖管205間的冷端層流化元件204和連接于制冷機(jī)熱緩沖管205與制冷機(jī)次冷卻(207間的制冷機(jī)室溫端層流化元件206 ；
[0011]所述的行波熱聲制冷機(jī)2的一端旁接于所述的諧振單元的一端，另一端與所述的直線發(fā)電機(jī)3相連接；
[0012]所述的諧振單元二端分別連接第一變徑管108和第二變徑管110，所述第一變徑管108接于每一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107端，所述的第二變徑管110接于每一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101端；所述第二變徑管110內(nèi)部放置一直流抑制兀件111 ;
[0013]所述的直線發(fā)電機(jī)3由兩個(gè)對(duì)置放置的直線電機(jī)組成；所述的直線電機(jī)由活塞301、支撐單元302、定子線圈303、動(dòng)子磁體304及外殼305組成；所述的直線發(fā)電機(jī)3與所述的行波熱聲制冷機(jī)2相連；
[0014]所述每臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的熱端換熱器103與一高于環(huán)境溫度的高溫?zé)嵩聪噙B以吸收該高溫?zé)嵩吹臒崃啃纬筛邷囟?；所述的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101和發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107分別與冷卻水相連，將熱量釋放給冷卻水，冷卻水溫度升高；在每臺(tái)所述的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02上形成溫度梯度，在該溫度梯度條件下，熱能轉(zhuǎn)化成聲功；上一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I傳遞過來(lái)的聲功在該臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02中得以放大，放大的聲功沿著溫度梯度的正方向傳播，依次經(jīng)過該臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的熱端換熱器103、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管105、發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107和第一變徑管108向諧振管109及行波熱聲制冷機(jī)2輸出；一部分聲功進(jìn)入行波熱聲制冷機(jī)2中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，熱量從冷端換熱器203輸送到制冷機(jī)主冷卻器201并釋放給冷卻水，冷卻水溫度升高；行波熱聲制冷機(jī)2的冷端換熱器203出口的聲功經(jīng)制冷機(jī)熱緩沖管205及制冷機(jī)次冷卻器207到達(dá)直線發(fā)電機(jī)3，驅(qū)動(dòng)直線發(fā)電機(jī)3的活塞301及動(dòng)子磁體304做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)子磁體304在定子線圈303中運(yùn)動(dòng)，造成定子線圈303中磁通量的變化；定子線圈303中將產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)電負(fù)載的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而完成聲功到電能的轉(zhuǎn)化；剩余聲功沿所述諧振管109傳播到下一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101，并在該下一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞鞯臏囟忍荻认路糯?；如此循環(huán)構(gòu)成行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
[0015]所述的諧振單元為諧振管109、固體諧振單元112或液體諧振單元113。
[0016]所述的行波熱聲制冷機(jī)2 —端旁接于所述諧振管109的端部或諧振管109上的任意位置處。
[0017]所述的固體諧振單元112由一個(gè)氣缸和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)于該氣缸中的一個(gè)固體活塞組成。
[0018]所述的液體諧振單元113為裝有液體的U型管。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:該行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以在同一裝置中實(shí)現(xiàn)冷、熱、電三種資源，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜度。同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)寬溫區(qū)的制冷。此外，該行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)具有很好的熱源適應(yīng)性，可以利用天然氣、各種液體固體燃料，也可以利用太陽(yáng)能。因此，本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)更具有實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為現(xiàn)有的雙作用行波熱聲制冷/發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實(shí)施例1)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實(shí)施例2)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實(shí)施例3)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實(shí)施例4)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實(shí)施例5)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖7為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實(shí)施例6)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以在同一裝置中實(shí)現(xiàn)冷、熱、電三種資源，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜度。同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)寬溫區(qū)的制冷。此外，該行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)具有很好的熱源適應(yīng)性，可以利用天然氣、各種液體固體燃料，也可以利用太陽(yáng)能；因此本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)更具有實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。[0028]下面通過附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
[0029]實(shí)施例1:
[0030]圖2為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實(shí)施例1)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本實(shí)施例的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)由三臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)1、三臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2、三臺(tái)直線電機(jī)3和諧振管109組成；
[0031]每臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I均包括依次相連的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02、發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器103、發(fā)動(dòng)機(jī)熱端層流化元件104、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管105、發(fā)動(dòng)機(jī)室溫端層流化元件106和發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107 ；
[0032]每臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2均包括依次相連的制冷機(jī)主冷卻器201、制冷機(jī)回?zé)崞?02、制冷機(jī)冷端換熱器203、制冷機(jī)冷端層流化元件204、制冷機(jī)熱緩沖管205、制冷機(jī)室溫端層流化元件206和制冷機(jī)次冷卻器207 ；
[0033]所述的三臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I通過諧振管109首尾相連以構(gòu)成環(huán)路回路；所述三臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2的制冷機(jī)主冷卻器201端分別旁接于諧振管109上，三臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2的另一端分別連接一直線發(fā)電機(jī)3 ；
[0034]相鄰二行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I之間諧振管109的近發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107端連接第一變徑管108，相鄰二行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I之間諧振管109的另一端連接第二變徑管110 ;第二變徑管110內(nèi)部還放置有一直流抑制元件111 ;
[0035]每一直線發(fā)電機(jī)3均由兩個(gè)對(duì)置放置的直線電機(jī)組成；每一直線電機(jī)均由活塞301、支撐單元302、定子線圈303、動(dòng)子磁體304及外殼305組成；
[0036]每臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器103與一高于環(huán)境溫度的高溫?zé)嵩聪噙B以吸收該高溫?zé)嵩吹臒崃啃纬筛邷囟?；每臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101和發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107分別與裝有冷卻水的水冷器相連，將熱量釋放給水冷器的冷卻水；如此，在每臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02上形成溫度梯度，在該溫度梯度條件下，熱能轉(zhuǎn)化成聲功；上一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I傳遞過來(lái)的聲功在該臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02中得以放大，放大的聲功沿著溫度梯度的正方向傳播，依次經(jīng)過該臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器103、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管(105)、發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107和第一變徑管108向諧振管(109)及行波熱聲制冷機(jī)2輸出；一部分聲功進(jìn)入行波熱聲制冷機(jī)2中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，熱量從制冷機(jī)冷端換熱器203輸送到制冷機(jī)主冷卻器201并釋放給水冷器的冷卻水，冷卻水溫度升高；行波熱聲制冷機(jī)2的制冷機(jī)冷端換熱器203出口的聲功經(jīng)制冷機(jī)熱緩沖管205及制冷機(jī)次冷卻器207到達(dá)直線發(fā)電機(jī)3，并驅(qū)動(dòng)直線發(fā)電機(jī)3的活塞301及動(dòng)子磁體304做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)子磁體304在定子線圈303中運(yùn)動(dòng)，造成定子線圈303中磁通量的變化；定子線圈303中將產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)電負(fù)載的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而完成聲功到電能的轉(zhuǎn)化；剩余聲功沿諧振管109傳播到下一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101，并在該下一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞鞯臏囟忍荻认略俜糯?；如此循環(huán)構(gòu)成行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
[0037]由此，在各行波熱聲制冷機(jī)的制冷機(jī)冷端換熱器203處獲得制冷量；各直線發(fā)電機(jī)輸出電功、流出各冷卻器的冷卻水吸收熱量后溫度上升，再在所需場(chǎng)合對(duì)外供熱，以構(gòu)成本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的實(shí)施例1。
[0038]實(shí)施例2:[0039]圖3為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實(shí)施例2)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本實(shí)施例的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)其由三臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)1、一臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2、一臺(tái)直線電機(jī)3和諧振管109組成；
[0040]每臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I均包括依次相連的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02、發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器103、發(fā)動(dòng)機(jī)熱端層流化元件104、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管105、發(fā)動(dòng)機(jī)室溫端層流化元件106和發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107 ；
[0041]本實(shí)施例就只有一臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2，該臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2包括依次相連的制冷機(jī)主冷卻器201、制冷機(jī)回?zé)崞?02、制冷機(jī)冷端換熱器203、制冷機(jī)冷端層流化元件204、制冷機(jī)熱緩沖管205、制冷機(jī)室溫端層流化元件206和制冷機(jī)次冷卻器207 ；
[0042]本實(shí)施例的三臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I通過諧振管109首尾相連以構(gòu)成環(huán)路回路；
[0043]該臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2的制冷機(jī)主冷卻器201端旁接于一諧振管109上，該臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2的另一端連接直線發(fā)電機(jī)3 ；
[0044]相鄰二行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I之間的諧振管109的近發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107端連接第一變徑管108，相鄰二行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I之間的諧振管109的另一端連接第二變徑管110 ;第二變徑管110內(nèi)部還放置有一直流抑制元件111 ;
[0045]直線發(fā)電機(jī)3由兩個(gè)對(duì)置放置的直線電機(jī)組成；每一直線電機(jī)均由活塞301、支撐單元302、定子線圈303、動(dòng)子磁體304及外殼305組成；
[0046]每臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器103與一高于環(huán)境溫度的高溫?zé)嵩聪噙B以吸收該高溫?zé)嵩吹臒崃啃纬筛邷囟耍幻颗_(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101和發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107分別與裝有冷卻水的水冷器相連，將熱量釋放給冷卻水，冷卻水溫度升高；在每臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02上形成溫度梯度，在該溫度梯度條件下，熱能轉(zhuǎn)化成聲功；上一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I傳遞過來(lái)的聲功在該臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02中得以放大，放大的聲功沿著溫度梯度的正方向傳播，依次經(jīng)過該臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器103、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管105、發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107和第一變徑管108向諧振管109輸出；若諧振管109旁接有行波熱聲制冷機(jī)2及直線發(fā)電機(jī)3時(shí)，一部分聲功進(jìn)入該行波熱聲制冷機(jī)2中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，熱量從制冷機(jī)冷端換熱器203輸送到制冷機(jī)主冷卻器201并釋放給水冷器的冷卻水，冷卻水溫度升高；該行波熱聲制冷機(jī)2的制冷機(jī)冷端換熱器203出口的聲功經(jīng)制冷機(jī)熱緩沖管205及制冷機(jī)次冷卻器207到達(dá)直線發(fā)電機(jī)3，以驅(qū)動(dòng)直線發(fā)電機(jī)3的活塞301及動(dòng)子磁體304做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)子磁體304在定子線圈303中運(yùn)動(dòng)，造成定子線圈303中磁通量的變化；定子線圈303中將產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)電負(fù)載的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而完成聲功到電能的轉(zhuǎn)化；剩余聲功沿諧振管109傳播到下一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101 ;若諧振管109未旁接行波熱聲制冷機(jī)及直線發(fā)電機(jī)，則所有聲功經(jīng)諧振管109傳播到下一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101 ;該進(jìn)入下一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101的聲功在該行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02的溫度梯度下放大；如此循環(huán)構(gòu)成行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)；
[0047]由此，在行波熱聲制冷機(jī)的制冷機(jī)冷端換熱器203處獲得了制冷量；在各直線發(fā)電機(jī)輸出了電功；流出各冷卻器的冷卻水吸收了熱量后溫度上升，再在所需場(chǎng)合對(duì)外供熱；由此構(gòu)成了一個(gè)行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的實(shí)施例2。
[0048]容易得出:本實(shí)施例系統(tǒng)也可以有兩臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)及直線發(fā)電機(jī)，即三個(gè)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2及兩臺(tái)直線發(fā)電機(jī)3工作；這樣，使得系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)需求來(lái)調(diào)整行波熱聲制冷機(jī)及直線發(fā)電機(jī)的運(yùn)行數(shù)量。
[0049]實(shí)施例3:
[0050]圖4為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實(shí)施例3)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本實(shí)施例包含有四個(gè)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)1、四臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2、四臺(tái)直線發(fā)電機(jī)3及四段諧振管109組成；該四臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I通過諧振管109首尾相連以構(gòu)成環(huán)路回路；且在每一個(gè)諧振管109上均旁接一臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2及直線發(fā)電機(jī)3。實(shí)際上，行波熱聲制冷機(jī)2及直線發(fā)電機(jī)3可以分別旁接于諧振管109端部或諧振管109上的任意位置處。
[0051]實(shí)施例4:
[0052]圖5為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實(shí)施例4)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，本實(shí)施例的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)由六臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)1、六臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2、六臺(tái)直線電機(jī)3及六段諧振管109組成；該六臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I通過諧振管109首尾相連以構(gòu)成環(huán)路回路；且在每一個(gè)諧振管上均旁接一臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2及直線發(fā)電機(jī)3 ;同樣的，行波熱聲制冷機(jī)2及直線發(fā)電機(jī)3可以分別旁接于諧振管109端部或諧振管109上的任意位置處。
[0053]理論上，可以將任意多個(gè)且在每一個(gè)諧振管上均旁接一臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)及直線發(fā)電機(jī)后串聯(lián)組成環(huán)路，實(shí)際情況下需要結(jié)合回?zé)崞魈幍穆晥?chǎng)相位和系統(tǒng)的功率密度等條件，選擇合適的臺(tái)數(shù)。
[0054]實(shí)施例5:
[0055]圖6為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實(shí)施例5)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，本實(shí)施例種行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其由三臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)1、三臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2、三臺(tái)直線電機(jī)3和固體諧振單元112組成；所述的三臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I通過固體諧振單元112首尾相連以構(gòu)成環(huán)路回路；所述每臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)2的一端旁接于固體諧振單元112的一端上，另一端與所述的直線發(fā)電機(jī)3相連接。
[0056]每臺(tái)所述的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I均包括:依次相連的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02、發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器103、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管105、發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107以及連接于熱端換熱器103與發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管105間的熱端層流化元件104和連接于發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管105與發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107間的發(fā)動(dòng)機(jī)室溫端層流化元件106 ;所述的固體諧振單元112 二端分別連接第一變徑管108和第二變徑管110，所述第一變徑管108接于每一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107端，第二變徑管110接于每一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101端；第二變徑管110內(nèi)部還放置一直流抑制元件111。
[0057]所述的行波熱聲制冷機(jī)2包括:依次相連的制冷機(jī)主冷卻器201、制冷機(jī)回?zé)崞?02、冷端換熱器203、制冷機(jī)熱緩沖管205、制冷機(jī)次冷卻器207以及連接于冷端換熱器203與制冷機(jī)熱緩沖管205間的冷端層流化元件204和連接于制冷機(jī)熱緩沖管205與制冷機(jī)次冷卻器207間的制冷機(jī)室溫端層流化元件206。
[0058]所述的直線發(fā)電機(jī)3由兩個(gè)對(duì)置放置的直線電機(jī)組成；所述的直線電機(jī)由活塞301、支撐單元302、定子線圈303、動(dòng)子磁體304及外殼305組成；所述的直線發(fā)電機(jī)3與所述的行波熱聲制冷機(jī)2相連；
[0059]所述每臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器103與一高于環(huán)境溫度的高溫?zé)嵩聪噙B以吸收該高溫?zé)嵩吹臒崃啃纬筛邷囟?；所述的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101和發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107分別與水冷器相連，將熱量釋放給其中的冷卻水，冷卻水溫度升高；在每臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02上形成溫度梯度，在該溫度梯度條件下，熱能轉(zhuǎn)化成聲功；上一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I傳遞過來(lái)的聲功在該臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?02中得以放大，放大的聲功沿著溫度梯度的正方向傳播，依次經(jīng)過該臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器103、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管105、發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器107和第一變徑管108向固體諧振單元112及行波熱聲制冷機(jī)2輸出；一部分聲功進(jìn)入行波熱聲制冷機(jī)2中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，熱量從制冷劑冷端換熱器203輸送到制冷機(jī)主冷卻器201并釋放給冷卻水，冷卻水溫度升高；行波熱聲制冷機(jī)2的制冷機(jī)冷端換熱器203出口的聲功經(jīng)制冷機(jī)熱緩沖管205及制冷機(jī)次冷卻器207到達(dá)直線發(fā)電機(jī)3，以驅(qū)動(dòng)直線發(fā)電機(jī)3的活塞301及動(dòng)子磁體304做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)子磁體304在定子線圈303中運(yùn)動(dòng)，造成定子線圈303中磁通量的變化；定子線圈303中將產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)電負(fù)載的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而完成聲功到電能的轉(zhuǎn)化；剩余聲功被所述固體諧振單元112傳播到下一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器101，并在該下一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞鞯臏囟忍荻认路糯螅蝗绱搜h(huán)構(gòu)成行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
[0060]由此，在各行波熱聲制冷機(jī)的冷端換熱器獲得了制冷量；在各直線發(fā)電機(jī)輸出了電功；流出各冷卻器的冷卻水吸收了熱量后溫度上升，再在所需場(chǎng)合對(duì)外供熱。構(gòu)成了本發(fā)明行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的實(shí)施例5。
[0061]本實(shí)施例的固體諧振單元112由一個(gè)活塞及氣缸組成，活塞可在氣缸內(nèi)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0062]實(shí)施例6:
[0063]圖7為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實(shí)施例6)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7 (圖7的二端相連，整個(gè)系統(tǒng)為環(huán)形結(jié)構(gòu))所示，與實(shí)施例5不同，本實(shí)施例采用液體諧振單元113替代固體諧振單元或諧振管來(lái)連接行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)I構(gòu)成環(huán)路；行波熱聲制冷機(jī)2及直線發(fā)電機(jī)3旁接于液體諧振單元113的兩端之一；液體諧振單元113的液體放置于U型管中；所述液體可以為任意液體。
[0064]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其由至少三臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(1)、至少一臺(tái)行波熱聲制冷機(jī)(2)、至少一臺(tái)直線電機(jī)(3)和諧振單元組成；所述的至少三臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(1)通過諧振單元首尾相連以構(gòu)成環(huán)形回路； 每一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(I)均包括:依次相連的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器(101)、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?102)、發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器(103)、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管(105)和發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器(107); 所述的行波熱聲制冷機(jī)(2)包括:依次相連的制冷機(jī)主冷卻器(201)、制冷機(jī)回?zé)崞?202)、制冷機(jī)冷端換熱器(203)、制冷機(jī)熱緩沖管(205)和制冷機(jī)次冷卻器(207);其特征在于: 所述的每一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(1)還包括連接于發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器(103)與發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管(105)間的熱端層流化元件(104)和連接于發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管(105)與發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器(107)間的發(fā)動(dòng)機(jī)室溫端層流化元件(106)； 所述的行波熱聲制冷機(jī)(2)還包括連接于制冷機(jī)冷端換熱器(203)與制冷機(jī)熱緩沖管(205)間的冷端層流化元件(204)和連接于制冷機(jī)熱緩沖管(205)與制冷機(jī)次冷卻器(207)間的制冷機(jī)室溫端層流化元件(206)； 所述的行波熱聲制冷機(jī)(2)的一端旁接于所述的諧振單元的一端，另一端與所述的直線發(fā)電機(jī)(3)相連接； 所述的諧振單元二端分別連接第一變徑管(108)和第二變徑管(110)，所述第一變徑管(108)接于每一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(I)的發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器(107)端，所述的第二變徑管(110)接于每一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(I)的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器(101)端；所述第二變徑管(110)內(nèi)部放直一直流抑制兀件(111)； 所述的直線發(fā)電機(jī)(3)由兩個(gè)對(duì)置放置的直線電機(jī)組成；所述的直線電機(jī)由活塞(301)、支撐單元(302)、定子線圈(303)、動(dòng)子磁體(304)及外殼(305)組成；所述的直線發(fā)電機(jī)(3)與所述的行波熱聲制冷機(jī)(2)相連； 所述每臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的熱端換熱器(103)與一高于環(huán)境溫度的高溫?zé)嵩聪噙B以吸收該高溫?zé)嵩吹臒崃啃纬筛邷囟?；所述的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器(101)和發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器(107)分別與冷卻水相連，將熱量釋放給冷卻水，冷卻水溫度升高；在每臺(tái)所述的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(I)的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?102)上形成溫度梯度，在該溫度梯度條件下，熱能轉(zhuǎn)化成聲功；上一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(1)傳遞過來(lái)的聲功在該臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?102)中得以放大，放大的聲功沿著溫度梯度的正方向傳播，依次經(jīng)過該臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(I)的熱端換熱器(103)、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管(105)、發(fā)動(dòng)機(jī)次冷卻器(107)和第一變徑管(108)向諧振管(109)及行波熱聲制冷機(jī)(2)輸出；一部分聲功進(jìn)入行波熱聲制冷機(jī)(2)中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，熱量從冷端換熱器(203)輸送到制冷機(jī)主冷卻器(201)并釋放給冷卻水，冷卻水溫度升高；行波熱聲制冷機(jī)(2)的冷端換熱器(203)出口的聲功經(jīng)制冷機(jī)熱緩沖管(205)及制冷機(jī)次冷卻器(207)到達(dá)直線發(fā)電機(jī)(3)，驅(qū)動(dòng)直線發(fā)電機(jī)(3)的活塞(301)及動(dòng)子磁體(304 )做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)子磁體(304 )在定子線圈(303 )中運(yùn)動(dòng)，造成定子線圈(303 )中磁通量的變化；定子線圈(303)中將產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)電負(fù)載的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而完成聲功到電能的轉(zhuǎn)化；剩余聲 功沿所述諧振管(109)傳播到下一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(I)的發(fā)動(dòng)機(jī)主冷卻器(101)，并在該下一臺(tái)行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)(I)的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞鞯臏囟忍荻认路糯?；如此循環(huán)構(gòu)成行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
2.按權(quán)利要求書I所述的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的諧振單元為諧振管(109 )、固體諧振單元(112)或液體諧振單元(113)。
3.按權(quán)利要求書2所述的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的行波熱聲制冷機(jī)(2) —端旁接于所述諧振管(109)的端部或諧振管(109)上的任意位置處。
4.按權(quán)利要求書2所述的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的固體諧振單元(112)由一個(gè)氣缸和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)于該氣缸中的一個(gè)固體活塞組成。
5.按權(quán)利要求書2所述的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的液體諧振單元(113)為裝有液 體的U型管。
【文檔編號(hào)】F03G7/00GK103835903SQ201410095342
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】吳張華, 羅二倉(cāng), 張麗敏, 陳燕燕, 戴巍, 李東輝, 畢天驕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所