本發(fā)明涉及能源利用設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱聲驅(qū)動機(jī)組、熱聲發(fā)動機(jī)及熱聲熱泵系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

熱聲發(fā)動機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)換為聲波形式的機(jī)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(yè)廢熱，燃燒熱等；熱聲熱泵則是將聲波形式的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)泵熱或者制冷的裝置，廣義的熱泵包括制冷機(jī)和供熱機(jī)，前者是獲得冷量，后者是為了獲得熱量。

在目前現(xiàn)有的熱聲發(fā)動機(jī)中，為了能實(shí)現(xiàn)能量逐級轉(zhuǎn)換，充分利用低品位熱能，通常將多組發(fā)動機(jī)組件首尾連接，形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，但是上述的這種結(jié)構(gòu)中，為了便于能量匹配，系統(tǒng)中相鄰兩級發(fā)動機(jī)組件的尺寸不同，通常在后一級的發(fā)動機(jī)組件的直徑大于在前一級的發(fā)動機(jī)組件的直徑，但由于每級發(fā)動機(jī)組件的長度基本保持不變，在熱聲發(fā)動機(jī)中，隨著多級發(fā)動機(jī)組件的增設(shè)，靠后的發(fā)動機(jī)組件將變成扁而粗的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對于保持發(fā)動機(jī)回?zé)崞鞯膬?nèi)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(yán)重降低發(fā)動機(jī)性能，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的工作效率下降；此外，各級發(fā)動機(jī)組件及各級熱泵組件的尺寸不同，會導(dǎo)致在工業(yè)生產(chǎn)中需要調(diào)配不同生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，極大的增加了制造成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種熱聲驅(qū)動機(jī)組、熱聲發(fā)動機(jī)及熱聲熱泵系統(tǒng)，通過并聯(lián)耦合優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確保發(fā)動機(jī)組件中的回?zé)崞鲀?nèi)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(fā)動機(jī)及熱聲熱泵系統(tǒng)的工作效率。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種熱聲驅(qū)動機(jī)組，包括多級發(fā)動機(jī)組件，多級所述發(fā)動機(jī)組件之間逐級并聯(lián)耦合，以逐級放大聲波能量。

進(jìn)一步的，每一級所述發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)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(lián)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(jìn)一步的，多級所述發(fā)動機(jī)組件中，第一級所述發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)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(jìn)一步的，每個所述能量放大單元均預(yù)設(shè)有能量放大比例，則任一級所述發(fā)動機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量滿足：

m＝A^(n-1)

其中，m為第n級所述發(fā)動機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量，A為所述能量放大比例。

進(jìn)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(fā)動機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間的發(fā)動機(jī)主水冷器、發(fā)動機(jī)回?zé)崞骱图訜崞鳌?/p>

進(jìn)一步的，所述能量放大單元還包括發(fā)動機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)，所述發(fā)動機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)設(shè)置于加熱器與發(fā)動機(jī)組件的能量輸出端之間。

進(jìn)一步的，各級所述發(fā)動機(jī)組件之間通過諧振子逐級并聯(lián)耦合，所述諧振子用于在各級所述發(fā)動機(jī)組件之間形成行波聲場。

進(jìn)一步的，所述諧振子包括活塞和支撐彈簧，所述支撐彈簧的一端固定，另一端與活塞連接，所述活塞沿聲波能量的流向設(shè)置，用于形成行波聲場。

本發(fā)明還提供了一種熱聲發(fā)動機(jī)，包括如上所述的熱聲驅(qū)動機(jī)組，所述熱聲驅(qū)動機(jī)組的能量輸入端和能量輸出端分別連接有壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)。

本發(fā)明還提供了一種熱聲熱泵系統(tǒng)，包括如上所述的熱聲發(fā)動機(jī)，所述熱聲驅(qū)動機(jī)組的能量輸出端和發(fā)電機(jī)之間連接有多級熱泵組件，多級所述熱泵組件之間逐級并聯(lián)耦合，且與多級所述發(fā)動機(jī)組件對應(yīng)設(shè)置。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有以下有益效果：

1、本發(fā)明的熱聲驅(qū)動機(jī)組包括多級發(fā)動機(jī)組件，多級發(fā)動機(jī)組件之間逐級并聯(lián)耦合，以逐級放大聲波能量，從而確保發(fā)動機(jī)組件中的回?zé)崞鲀?nèi)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(fā)動機(jī)及熱聲熱泵系統(tǒng)的工作效率。

2、本發(fā)明的熱聲驅(qū)動機(jī)組通過將多級發(fā)動機(jī)組件之間并聯(lián)耦合，使得各個能量放大單元的制造尺寸相同，有利于批量化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

3、本發(fā)明的熱聲驅(qū)動機(jī)組中，多級發(fā)動機(jī)組件之間通過諧振子并聯(lián)耦合，從而在多級發(fā)動機(jī)組件之間形成行波聲場，使得聲波能量的傳輸更加高效，大幅減少能量傳輸過程中的損失，提高系統(tǒng)工作效率。

4、本發(fā)明的熱聲驅(qū)動機(jī)組通過增設(shè)發(fā)動機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)，確保系統(tǒng)的工作溫度處于合理范圍內(nèi)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)工作的安全性和穩(wěn)定性。

5、本發(fā)明的熱聲發(fā)動機(jī)利用壓縮機(jī)向熱聲驅(qū)動機(jī)組內(nèi)輸送壓力波，以在熱聲驅(qū)動機(jī)組內(nèi)形成聲波能量，并將聲波能量逐級放大后轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)高效回收并轉(zhuǎn)化低品位熱能，實(shí)現(xiàn)能源的回收利用。

6、本發(fā)明的熱聲熱泵系統(tǒng)通過將熱聲發(fā)動機(jī)與熱聲熱泵對應(yīng)耦合連接，先通過熱聲發(fā)動機(jī)對來自壓縮機(jī)的聲波能量補(bǔ)充熱能，從而逐級放大聲波能量，然后通過熱聲熱泵將放大后的聲波能量逐級降低、以將聲波能量分別轉(zhuǎn)換為熱能和電能，使得該系統(tǒng)既能有效利用低品位熱量，實(shí)現(xiàn)高效的制冷或供熱功能，還能利用發(fā)電機(jī)與諧振子協(xié)同工作，將轉(zhuǎn)化的電能通過發(fā)電機(jī)對壓縮機(jī)電能進(jìn)行補(bǔ)充，從而有效提高系統(tǒng)的工作效率，減小系統(tǒng)能量損失。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的熱聲驅(qū)動機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的熱聲發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例三的熱聲熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例四的熱聲熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、發(fā)動機(jī)主水冷器；2、發(fā)動機(jī)回?zé)崞鳎?、加熱器；4、發(fā)動機(jī)熱緩沖管；5、次水冷器；9、制冷機(jī)主水冷器；10、制冷回?zé)崞鳎?1、冷頭；12、脈管；13、制冷機(jī)的層流化元件；18、壓縮機(jī)；19、發(fā)電機(jī)；16、25、27、活塞；17、26、28、支撐彈簧；21、主吸熱器；22、供熱回?zé)崞鳎?3、熱頭；24、供熱機(jī)熱緩沖管；25、供熱機(jī)的層流化元件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

實(shí)施例一

本實(shí)施例一提出了一種具有并聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)的熱聲驅(qū)動機(jī)組，如圖1所示，該熱聲驅(qū)動機(jī)組包括多級發(fā)動機(jī)組件，多級發(fā)動機(jī)組件之間逐級并聯(lián)耦合，以逐級放大聲波能量，從而確保發(fā)動機(jī)組件中的發(fā)動機(jī)回?zé)崞?內(nèi)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(fā)動機(jī)及熱聲熱泵系統(tǒng)的工作效率，此外，該熱聲驅(qū)動機(jī)組通過將多級發(fā)動機(jī)組件之間并聯(lián)耦合，還能使得各個能量放大單元的制造尺寸相同，有利于批量化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

一方面，每一級發(fā)動機(jī)組件均包括至少一個能量放大單元，能量放大單元包括順次連接在發(fā)動機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間的發(fā)動機(jī)主水冷器1、發(fā)動機(jī)回?zé)崞?和加熱器3，該能量放大單元在工作時，首先利用加熱器3對熱聲發(fā)動機(jī)內(nèi)部進(jìn)行加熱，以使溫度升高，然后壓縮機(jī)18通過運(yùn)動向熱聲發(fā)動機(jī)內(nèi)輸入機(jī)械能，由于發(fā)動機(jī)回?zé)峁艿囊欢诉B接加熱器3，另一端連接發(fā)動機(jī)主水冷器1，使得發(fā)動機(jī)回?zé)峁艿膬啥诵纬删哂袦囟忍荻鹊臒崮軋?，?dāng)來自壓縮機(jī)18的機(jī)械能進(jìn)入回?zé)峁軙r，受到熱能場的影響，產(chǎn)生自激的聲波震蕩，從而使聲波能量受到熱能補(bǔ)充，具體表現(xiàn)在：與從熱聲發(fā)動機(jī)的能量輸入端進(jìn)入的能量相比，從熱聲發(fā)動機(jī)的能量輸出端輸出的聲波能量放大了一定比例；同時，加熱器3可以充分回收利用低品位余熱，將其補(bǔ)充入聲波能量中，從而實(shí)現(xiàn)低品位余熱的回收，轉(zhuǎn)化為高品位能量再次利用。

在上述的能量放大單元中還包括發(fā)動機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)，以對經(jīng)過熱能補(bǔ)充放大的聲波能量進(jìn)行溫控補(bǔ)償，本實(shí)施例一的發(fā)動機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)優(yōu)選包括發(fā)動機(jī)熱緩沖管和次水冷器4，發(fā)動機(jī)熱緩沖管和次水冷器4順次連接在加熱器3和發(fā)動機(jī)組件能量輸出端之間，確保在加熱器3與諧振子之間形成溫度緩沖，避免熱聲發(fā)動機(jī)的加熱器3與諧振子過近，造成加熱器3的工作溫度過高，進(jìn)而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。

另一方面，在相鄰的兩級發(fā)動機(jī)組件中，后一級的至少兩個能量放大單元的能量輸入端、分別并聯(lián)耦合在前一級的同一個能量放大單元的能量輸出端上，從而形成逐級并聯(lián)耦合的連接結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步優(yōu)選的，第一級發(fā)動機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間連接有一個能量放大單元，其余各級發(fā)動機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間均連接有至少兩個能量放大單元；在相鄰兩級發(fā)動機(jī)組件中，后一級的至少兩個能量放大單元的能量輸入端分別通過諧振子、對應(yīng)并聯(lián)耦合在前一級的任一能量放大單元的能量輸出端上。

上述結(jié)構(gòu)熱聲發(fā)動機(jī)中，采用并聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)使得每一級能量放大單元的能量輸入端的能量輸入量相等，從而保證所有的發(fā)動機(jī)組件可以采用相同的尺寸設(shè)計(jì)，避免級數(shù)靠后的發(fā)動機(jī)組件尺寸過大而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降的情況，同時有效降低了批量生產(chǎn)的生產(chǎn)成本，具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

為了保證多級發(fā)動機(jī)組件的等比放大，優(yōu)選的，每個能量放大單元均預(yù)設(shè)有能量放大比例，則任一級發(fā)動機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量滿足：

m＝A^(n-1)

其中，m為第n級發(fā)動機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量，A為能量放大比例。

例如圖1所示的熱聲驅(qū)動機(jī)構(gòu)中，每個能量放大單元的能量放大比例為2，則第二級發(fā)動機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量為2個，第三級發(fā)動機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量為4個，以此類推，第四級發(fā)動機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量為8個；其中，每個能量放大單元的輸入能量和輸出能量均相等，從而一方面避免出現(xiàn)發(fā)動機(jī)組件級數(shù)過高后，最后幾級發(fā)動機(jī)組件尺寸過于龐大，而造成發(fā)動機(jī)組件的回?zé)崞?內(nèi)橫截面上的流動均勻性不佳，溫度分布不均勻，從而避免發(fā)動機(jī)效率降低，另一方面可以優(yōu)化熱聲發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)批量化流水線生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

一般地，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，能量放大比例A的選取與加熱器3的加熱溫度有關(guān)：當(dāng)加熱溫度在450℃～700℃之間時，能量放大比例A＝2，當(dāng)加熱溫度在700℃～1000℃之間時，能量放大比例A＝3；受到材料的限制，加熱溫度一般不能超過1000℃；此外，當(dāng)加熱溫度在450℃以下時，能量放大比例A＝1。

本實(shí)施例一中，為了提高各級發(fā)動機(jī)組件之間的并聯(lián)耦合效率，簡化結(jié)構(gòu)，優(yōu)選諧振子包括活塞25和支撐彈簧26，支撐彈簧26的一端固定，另一端與活塞25連接，活塞25沿聲波能量的流向設(shè)置，用于形成行波聲場。

具體的，支撐彈簧26的軸線沿聲波能量的流向設(shè)置，支撐彈簧26的一端固定在聲波能量來源端，即各級發(fā)動機(jī)組件的能量輸出端，支撐彈簧26的另一端固定在活塞25背面，活塞25的正面朝向熱聲熱泵的能量輸入端，活塞25在支撐彈簧26的彈力作用下，在各級發(fā)動機(jī)組件之間發(fā)生諧振作用，從而形成行波聲場，以促進(jìn)聲波能量的傳遞效率，有效降低能量輸送時的能量損耗。

需要說明的是，設(shè)置在熱聲發(fā)動機(jī)和熱聲熱泵之間的諧振子的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)支撐彈簧26沿聲波能量的流向設(shè)置時，活塞25的正面朝向行波聲場的能量輸出端，其背面朝向行波聲場的能量輸入端，利用支撐彈簧26的伸縮帶動活塞25諧振運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)聲波能量在行波聲場中的高效流動；除此之外，還可以設(shè)置旁通通道，將支撐彈簧26的一端固定在旁通通道的末端，另一端連接在活塞25的背面，使活塞25在行波聲場中通過支撐彈簧26的帶動而運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)聲波能量在行波聲場中的高效流動。

實(shí)施例二

本實(shí)施例二提出了一種熱聲發(fā)動機(jī)，該熱聲發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)是在實(shí)施例一的熱聲驅(qū)動機(jī)組的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做的改進(jìn)，故而對該熱聲發(fā)動機(jī)與實(shí)施例一的熱聲驅(qū)動機(jī)組中相同部分不再贅述，不同之處在于：熱聲驅(qū)動機(jī)組的能量輸入端和能量輸出端分別連接有壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)，利用壓縮機(jī)向熱聲驅(qū)動機(jī)組內(nèi)輸送壓力波，以在熱聲驅(qū)動機(jī)組內(nèi)形成聲波能量，并將聲波能量逐級放大后轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)高效回收并轉(zhuǎn)化低品位熱能，實(shí)現(xiàn)能源的回收利用。

具體的，如圖2所示，在熱聲驅(qū)動機(jī)組的第一級發(fā)動機(jī)組件中，能量放大單元的能量輸入端與壓縮機(jī)的活塞連接，利用壓縮機(jī)活塞運(yùn)動時產(chǎn)生的壓力波輸入到第一級發(fā)動機(jī)組件中，從而形成最初的聲波能量；而最后一級發(fā)動機(jī)組件中，各個能量放大單元的能量輸出端分別并聯(lián)在發(fā)電機(jī)的活塞上，從而利用各個能量放大單元的能量輸出端將逐級放大后的聲波能量輸送到發(fā)電機(jī)中，以推動發(fā)動機(jī)的活塞運(yùn)動，從而高效驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。

實(shí)施例三

本實(shí)施例三提出了一種熱聲熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是在實(shí)施例二的熱聲發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做的改進(jìn)，故而對該系統(tǒng)與實(shí)施例二的熱聲發(fā)動機(jī)中相同部分不再贅述，不同之處在于：本實(shí)施例三的系統(tǒng)如圖3所示，熱聲驅(qū)動機(jī)組的能量輸出端和發(fā)電機(jī)之間連接有多級熱泵組件，多級熱泵組件之間逐級并聯(lián)耦合，且與多級所述發(fā)動機(jī)組件對應(yīng)設(shè)置。

為了保證能量傳輸?shù)钠ヅ湫?，多級熱泵組件的并聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)與熱聲發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)對應(yīng)，在多級熱泵組件中，最后一級熱泵組件的能量輸入端和能量輸出端之間連接有一個能量轉(zhuǎn)換單元，其余各級熱泵組件的能量輸入端和能量輸出端之間均連接有至少兩個能量轉(zhuǎn)換單元；在相鄰兩級發(fā)動機(jī)組件中，前一級的至少兩個能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸出端同時通過諧振子、并聯(lián)耦合在后一級的一個能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸入端上。

其中，能量轉(zhuǎn)換單元包括：作為調(diào)溫機(jī)構(gòu)的制冷機(jī)主水冷器9、作為熱泵回?zé)崞鞯闹评浠責(zé)崞?0和作為恒溫頭的冷頭11，當(dāng)熱聲熱泵為制冷機(jī)時，能量轉(zhuǎn)換單元用于制冷，此時制冷機(jī)主水冷器9、制冷回?zé)崞?0和冷頭11順次連接在熱泵組件的能量輸入端和能量輸出端之間，聲波能量經(jīng)過諧振子作用進(jìn)入制冷機(jī)后，一部分聲波能量被用來將冷頭11內(nèi)的熱量經(jīng)由制冷回?zé)崞?0泵送到制冷機(jī)主水冷器9，從而產(chǎn)生制冷作用，另一部分聲波能量通過推動發(fā)電機(jī)19運(yùn)動而轉(zhuǎn)化為電能，從而可以利用發(fā)電機(jī)19為壓縮機(jī)18供電，使系統(tǒng)得到能量的閉環(huán)補(bǔ)充，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，減少系統(tǒng)能量損失；同時，由于部分能量在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)利用，從而使得系統(tǒng)的工作頻率由壓縮機(jī)18決定，僅控制壓縮機(jī)18即可控制系統(tǒng)的工作頻率，使得系統(tǒng)的控制更為簡單。

在上述的能量轉(zhuǎn)換單元中還包括熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)，以對聲波能量轉(zhuǎn)化為熱能的過程進(jìn)行溫控補(bǔ)償，由于本實(shí)施力三的多級熱泵組件用于制冷，因此熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)設(shè)置于恒溫頭與熱泵組件的能量輸出端之間，優(yōu)選該熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)包括脈管12和制冷機(jī)的層流化元件13，脈管12和制冷機(jī)的層流化元件13順次連接在冷頭11和熱泵組件的能量輸出端之間，確保在冷頭11與能量輸出端之間形成溫度緩沖，避免制冷機(jī)因冷頭11與發(fā)電機(jī)19或諧振子過近，造成冷頭11溫度過高，進(jìn)而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。

具體的，以下以系統(tǒng)采用兩級并聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)，且熱聲熱泵為制冷機(jī)為例，對該系統(tǒng)的各級結(jié)構(gòu)和能量傳輸進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖3所示，系統(tǒng)采用兩級并聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)，熱聲發(fā)動機(jī)和制冷機(jī)分別設(shè)有兩級發(fā)動機(jī)組件和兩級熱泵組件，兩級發(fā)動機(jī)組件之間、第二級發(fā)動機(jī)組件和第一級熱泵組件之間、以及兩級熱泵組件之間分別通過諧振子產(chǎn)生行波聲道，從而實(shí)現(xiàn)聲波能量的高效傳輸。

其中，第一級發(fā)動機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間連接有一個能量放大單元，聲波能量經(jīng)過第一級發(fā)動機(jī)組件后被放大兩倍，對應(yīng)的，第二級發(fā)動機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間并聯(lián)連接兩個能量放大單元，第二級的兩個能量放大單元的能量輸入端分別通過諧振子、對應(yīng)并聯(lián)耦合在第一級的能量放大單元的能量輸出端上，則放大兩倍后的聲波能量被平均分配到第二級發(fā)動機(jī)組件的兩個能量放大單元中，分別進(jìn)行二次放大。

對應(yīng)的，制冷機(jī)設(shè)有兩級熱泵組件，熱泵組件用于制冷，其中，第二級熱泵組件的能量輸入端和能量輸出端之間連接有一個能量轉(zhuǎn)換單元，而第一級熱泵組件的能量輸入端和能量輸出端之間并聯(lián)連接有兩個能量轉(zhuǎn)換單元，聲波能量經(jīng)過第一級熱泵組件后通過制冷耗能，降為輸入能量的1/2，第一級的兩個能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸出端同時通過一個諧振子、并聯(lián)耦合在第二級的一個能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸入端上；第一級的兩個能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸入端各自通過一個諧振子、與兩級發(fā)動機(jī)組件的兩個能量放大單元的能量輸出端串聯(lián)耦合，從而確保能量傳輸?shù)目煽科ヅ洌瑒t被上一級熱泵組件降低后的聲波能量被平均分配到第二級熱泵組件的兩個能量放大單元中，分別進(jìn)行二次制冷耗能，以進(jìn)一步降低能量。

該熱聲熱泵系統(tǒng)通過將熱聲發(fā)動機(jī)與熱聲熱泵對應(yīng)耦合連接，先通過熱聲發(fā)動機(jī)對來自壓縮機(jī)的聲波能量補(bǔ)充熱能，從而逐級放大聲波能量，然后通過熱聲熱泵將放大后的聲波能量逐級降低、以將聲波能量分別轉(zhuǎn)換為熱能和電能，使得該系統(tǒng)既能有效利用低品位熱量，實(shí)現(xiàn)高效的制冷或供熱功能，還能利用發(fā)電機(jī)與諧振子協(xié)同工作，將轉(zhuǎn)化的電能通過發(fā)電機(jī)對壓縮機(jī)電能進(jìn)行補(bǔ)充，從而有效提高系統(tǒng)的工作效率，減小系統(tǒng)能量損失。

需要說明的是，可以預(yù)設(shè)發(fā)動機(jī)組件的能量放大比例，對應(yīng)預(yù)設(shè)熱泵組件的能量剩余比例，使能量放大比例與能量剩余比例相對應(yīng)，且能量放大單元的個數(shù)和能量轉(zhuǎn)換單元個數(shù)，均對應(yīng)按能量放大比例設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的等比放大和等比轉(zhuǎn)換。比如能量放大比例為3時，則在相鄰兩級發(fā)動機(jī)組件中，將后一級發(fā)動機(jī)組件的3個能量放大單元的能量輸入端并聯(lián)耦合在前一級的能量放大單元的能量輸出端上，即可實(shí)現(xiàn)等比放大；對應(yīng)的，能量剩余比例為1/3，且在相鄰兩級熱泵組件中，將前一級熱泵組件的3個能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸出端并聯(lián)耦合在后一級的能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸入端上，即可實(shí)現(xiàn)等比轉(zhuǎn)換。

本實(shí)施例三的熱聲發(fā)動機(jī)中，設(shè)置在發(fā)動機(jī)組件與熱泵組件之間的活塞16和支撐彈簧17、以及設(shè)置在多級熱泵組件之間的活塞27和支撐彈簧28的結(jié)構(gòu)設(shè)置，均可以按照如實(shí)施例一所述的兩種諧振子的結(jié)構(gòu)中的一種設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)聲波能量在行波聲場中的高效流動，進(jìn)而促進(jìn)系統(tǒng)性能的提高。

實(shí)施例四

本實(shí)施例四提出了一種熱聲熱泵系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)分別與實(shí)施例一、實(shí)施例二和實(shí)施例三基本相同，相同之處不再贅述，不同之處在于：本實(shí)施例四的系統(tǒng)中，多級熱泵組件用于供熱，即各個能量轉(zhuǎn)換單元均用于供熱。

其中，如圖4所示，該能量轉(zhuǎn)換單元包括：作為調(diào)溫機(jī)構(gòu)的主吸熱器21、作為熱泵回?zé)崞鞯墓峄責(zé)崞?2和作為恒溫頭的熱頭23，此時主吸熱器21、供熱回?zé)崞?2和熱頭23順次連接在熱泵組件的能量輸出端和能量輸入端之間，聲波能量經(jīng)過諧振子作用進(jìn)入供熱機(jī)后，一部分聲波能量在主吸熱器21吸收熱量，經(jīng)由供熱回?zé)崞?2泵送到熱頭23，從而產(chǎn)生供熱作用，另一部分聲波能量通過推動發(fā)電機(jī)19運(yùn)動而轉(zhuǎn)化為電能，在此過程中，聲波能量因轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鸺墱p小，最終剩余的聲波能量轉(zhuǎn)化為電能輸入發(fā)電機(jī)19中。該熱聲熱泵在供熱時可以完成作為供熱機(jī)取暖、作為加熱裝置加熱特殊部件、實(shí)現(xiàn)低品位余熱的回收等工作。

在上述的供熱機(jī)中，每一個能量轉(zhuǎn)換單元中還包括熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)，以對聲波能量轉(zhuǎn)化為熱能的過程進(jìn)行溫控補(bǔ)償，由于本實(shí)施例四的熱聲熱泵為供熱機(jī)，因此熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)設(shè)置于恒溫頭與熱泵組件的能量輸入端之間；優(yōu)選該熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)包括供熱機(jī)熱緩沖管24和供熱機(jī)的層流化元件25，供熱機(jī)熱緩沖管24和供熱機(jī)的層流化元件25順次連接在熱頭23和熱泵組件的能量輸入端之間，確保在熱頭23與能量輸入端之間形成溫度緩沖，避免供熱機(jī)因熱頭23與諧振子或壓縮機(jī)18過近，造成溫度過高，進(jìn)而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。

實(shí)施例五

本實(shí)施例五提出了一種熱聲驅(qū)動組件、熱聲發(fā)動機(jī)和熱聲熱泵系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)分別與實(shí)施例一、實(shí)施例二、實(shí)施例三和實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)對應(yīng)相比基本相同，相同之處不再贅述，不同之處在于，本實(shí)施例五中，分別在上述四個實(shí)施例所述的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，卸除發(fā)動機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)，即將每個能量放大單元的加熱器3均直接與能量輸出端連接，從而減少發(fā)動機(jī)中的能量流動的損失，提高系統(tǒng)效率。

或者分別在上述四個實(shí)施例所述的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，卸除熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)。具體為：當(dāng)能量轉(zhuǎn)換單元用于制冷時，將每個能量轉(zhuǎn)換單元的恒溫頭均直接與能量輸出端連接，當(dāng)能量轉(zhuǎn)換單元用于供熱時，將每個能量轉(zhuǎn)換單元的恒溫頭均直接與能量輸入端連接，從而減少熱聲熱泵內(nèi)的能量流動損失，提高系統(tǒng)效率。

或者分別在上述四個實(shí)施例所述的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，按照上述兩種方式同時卸除發(fā)動機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)和熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)，從而同時減少熱聲發(fā)動機(jī)和熱聲熱泵內(nèi)的能量流動損失，進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率。

本發(fā)明所述的所有實(shí)施例均是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。