專利名稱：一種雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源動(dòng)力技術(shù)的熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)，特別涉及一種雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
壓縮機(jī)是提高氣體壓力的一種流體機(jī)械，在能源與動(dòng)力領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，是制冷機(jī)的心臟，為制冷循環(huán)提供動(dòng)力。壓縮機(jī)主要可分為兩大類:容積式壓縮機(jī)和速度式壓縮機(jī)。容積式壓縮機(jī)是較為常用的結(jié)構(gòu)形式，圖1所示為一種典型的容積式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。活塞10向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸11容積增大，內(nèi)部壓力降低，進(jìn)氣管路8上單向閥打開(排氣管路上的單向閥關(guān)閉)，低壓氣源的氣體進(jìn)入氣缸；活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸容積減小，內(nèi)部壓力升高，排氣管路上的單向閥打開(進(jìn)氣管路上單向閥關(guān)閉)，氣缸內(nèi)的氣體進(jìn)入高壓氣源。這種結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)工藝成熟，已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，但是這種壓縮機(jī)一般采用電能驅(qū)動(dòng)，在電能缺乏的場合受到了限制，同時(shí)其內(nèi)部有較多的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，使用壽命也是有限的。熱聲發(fā)電機(jī)是一種新型的能量轉(zhuǎn)換裝置，它利用熱聲效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)化為聲波形式的機(jī)械能，再利用直線發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為可方便使用的電能。熱聲發(fā)電機(jī)是以外熱源為驅(qū)動(dòng)，可以充分利用工業(yè)廢熱、太陽能等作為其驅(qū)動(dòng)熱源，在電能缺乏的場合有著廣闊的應(yīng)用前景。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一種雙作用熱聲發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。它主要由三個(gè)基本單元組成，每個(gè)基本單元包括依次連接的第一室溫?fù)Q熱器1，回?zé)崞?，高溫?fù)Q熱器3，熱緩沖管
4、第二室溫?fù)Q熱器5和直線發(fā)電機(jī)12。高溫?fù)Q熱器吸收外界熱量，在回?zé)崞鲀?nèi)將熱能轉(zhuǎn)換為聲波形式的機(jī)械能，推動(dòng)直線發(fā)電機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出。我們知道將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能存在一個(gè)轉(zhuǎn)換效率的問題，一般直線電機(jī)的轉(zhuǎn)換效率在80%左右，也就是說有20%左右的機(jī)械能被損失掉。另外直線電機(jī)的工藝要求非常嚴(yán)格，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能存在的轉(zhuǎn)換效率低和直線電機(jī)工藝要求非常嚴(yán)格及成本較高的缺陷，而提供一種能夠降低生產(chǎn)成本，提高使用壽命的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:本發(fā)明提供的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)，其具有至少三級基本單元，每級基本單元均由一個(gè)熱聲轉(zhuǎn)換裝置和一個(gè)壓縮管路系統(tǒng)組成，所述熱聲轉(zhuǎn)換裝置由依次連接的第一室溫?fù)Q熱器1、回?zé)崞?、高溫?fù)Q熱器3、熱緩沖管4、第二室溫?fù)Q熱器5和裝有液體的U型管6組成，該U型管6垂直管上部液體液面之上分別具有左空腔和右空腔，所述熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第二室溫?fù)Q熱器5通過所述左空腔與U型管6連接；上一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的右空腔與下一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第一室常溫?fù)Q熱器I相連，末一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的右空腔與首級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第一室常溫?fù)Q熱器I相連，以使至少三級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置依次首尾相連構(gòu)成一個(gè)環(huán)路；所述壓縮管路系統(tǒng)由一低壓氣源、一高壓氣源、進(jìn)氣管路8、排氣管路9及單向閥組成；所述低壓氣源通過進(jìn)氣管路8和單向閥分別與每一級基本單元的U型管6的左空腔相連通；所述高壓氣源通過排氣管路9和單向閥分別與每一級基本單元的U型管6的左空腔相連通。本發(fā)明提供的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)，其具有至少三級基本單元，每級基本單元均由一個(gè)熱聲轉(zhuǎn)換裝置和一個(gè)壓縮管路系統(tǒng)組成，所述熱聲轉(zhuǎn)換裝置由依次連接的第一室常溫?fù)Q熱器1、回?zé)崞?、高溫?fù)Q熱器3、熱緩沖管4、第二室溫?fù)Q熱器5和裝有液體的雙U型管61組成，該雙U型管61的垂直管上部液體液面之上分別設(shè)有左空腔、中空腔和右空腔，所述第二室溫?fù)Q熱器5通過所述左空腔與所述雙U型管6連接；上一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的右空腔與下一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第一室常溫?fù)Q熱器I相連，末一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的右空腔與首級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第一室常溫?fù)Q熱器I相連，以構(gòu)成所述至少三級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置依次首尾相連構(gòu)成一個(gè)環(huán)路；所述壓縮管路系統(tǒng)由一低壓氣源、一高壓氣源、進(jìn)氣管路8、排氣管路9及單向閥組成；所述低壓氣源通過進(jìn)氣管路8和單向閥分別與每一級基本單元的雙U型管液柱6的中空腔相連通；所述高壓氣源通過排氣管路9和單向閥分別與所述每一級基本單元的雙U型管6的中空腔相連通。所述的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)為多級串聯(lián)的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng):即通過上一級雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的高壓氣源與下一級雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的低壓氣源相連通而形成雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的多級串聯(lián)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:本發(fā)明采用液柱替代了傳統(tǒng)類似結(jié)構(gòu)中的直線發(fā)電機(jī)，直接利用系統(tǒng)轉(zhuǎn)換出的機(jī)械能，結(jié)構(gòu)更加簡單實(shí)用，大大降低了系統(tǒng)加工制造成本，也提高了系統(tǒng)的可靠性。


圖1為現(xiàn)有的一種容積式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有的一種雙作用熱聲發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的一種雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例1)的結(jié)構(gòu)不意圖；圖4為單向閥的開啟與關(guān)閉示意圖；圖5為本發(fā)明的一種雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例2)的結(jié)構(gòu)不意圖；圖6為本發(fā)明的一種雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例3)的結(jié)構(gòu)不意圖；其中I為第一室溫?fù)Q熱器，2為回?zé)崞鳎?為高溫?fù)Q熱器，4為熱緩沖管，5為第二室溫?fù)Q熱器，6為U型管，61為雙U型管，7為單向閥，8為進(jìn)氣管路，9為排氣管路，10為活塞，11為氣缸,12為直線發(fā)電機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。實(shí)施例1:圖3為本發(fā)明雙作用熱聲壓縮機(jī)的第一實(shí)施例的示意圖，其具有至少三級基本單元，每級基本單元均由一個(gè)熱聲轉(zhuǎn)換裝置和一個(gè)壓縮管路系統(tǒng)組成，所述熱聲轉(zhuǎn)換裝置由依次連接的第一室溫?fù)Q熱器1、回?zé)崞?、高溫?fù)Q熱器3、熱緩沖管4、第二室溫?fù)Q熱器5和裝有液體的U型管6組成，該U型管6垂直管上部液體液面之上分別具有左空腔和右空腔，所述熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第二室溫?fù)Q熱器5通過所述左空腔與U型管6連接；上一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的右空腔與下一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第一室常溫?fù)Q熱器I相連，末一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的右空腔與首級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第一室常溫?fù)Q熱器I相連，以構(gòu)成所述至少三級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置依次首尾相連構(gòu)成一個(gè)環(huán)路；所述壓縮管路系統(tǒng)由一低壓氣源、一高壓氣源、進(jìn)氣管路8、排氣管路9及單向閥組成；所述低壓氣源通過進(jìn)氣管路8和單向閥分別與每一級基本單元的U型管6的左空腔相連通；所述高壓氣源通過排氣管路9和單向閥分別與每一級基本單元的U型管6的左空腔相連通。在傳統(tǒng)的雙作用熱聲發(fā)電機(jī)中，直線發(fā)電機(jī)除了將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能外，同時(shí)還起到控制系統(tǒng)工作頻率的作用；在本實(shí)施例中，使用裝有液體的U型管6替代直線電機(jī)，利用U型管6內(nèi)液體的慣性來控制系統(tǒng)的工作頻率，使得系統(tǒng)更加簡單，成本更低。系統(tǒng)工作時(shí)，向高溫?fù)Q熱器3內(nèi)加入熱量，將其溫度升高，回?zé)崞?內(nèi)就會建立一定的溫度梯度，當(dāng)該溫度梯度增大到一定值時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)就會產(chǎn)生自激振蕩的壓力波，壓力波在回?zé)崞?內(nèi)將熱能轉(zhuǎn)換為聲波形式的機(jī)械能進(jìn)入熱緩沖管4、第二室溫?fù)Q熱器5，在第二室溫?fù)Q熱器5與U型管液柱6之間機(jī)械能的一部分用來壓縮氣體，另一部分推動(dòng)U型管6內(nèi)液體柱做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過U型管6內(nèi)液體柱反饋給另一個(gè)基本單元中的第一室溫?fù)Q熱器I。氣體的壓縮過程可參考圖4:熱聲轉(zhuǎn)換裝置工作時(shí)，內(nèi)部會產(chǎn)生壓力波，壓力波的平均壓力位PO，波動(dòng)壓力幅值為Pl ;假設(shè)低壓氣源的壓力為P0-P2，高壓氣源的壓力為P0+P2 ；當(dāng)熱聲轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的壓力高于P0-P2而低于P0+P2時(shí)，進(jìn)氣管、排氣管路上的單向閥都是關(guān)閉；當(dāng)熱聲轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的壓力低于P0-P2時(shí)，進(jìn)氣管路上的單向閥就會打開(同時(shí)排氣管路上的單向閥是關(guān)閉的)，低壓氣源的氣體就會進(jìn)入熱聲轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)；當(dāng)熱聲轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的壓力高于P0+P2時(shí)，排氣管路上的單向閥就會打開(同時(shí)進(jìn)氣管路上的單向閥是關(guān)閉的)，熱聲轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的氣體就會進(jìn)入高壓氣源。這樣通過單向閥門的有序開關(guān)，低壓氣源的氣體就會被壓縮而進(jìn)入高壓氣源。實(shí)施例2:圖5為本發(fā)明雙作用熱聲壓縮機(jī)的第二實(shí)施例的示意圖，它與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相比較，不同之處在于采用雙U型管61，該雙U型管61的垂直管上部液體液面之上分別設(shè)有左空腔、中空腔和右空腔，所述第二室溫?fù)Q熱器5通過所述的左空腔與所述雙U型管61連接；上一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的右空腔與下一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第一室常溫?fù)Q熱器I相連，末一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的右空腔與首級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第一室常溫?fù)Q熱器I相連，以構(gòu)成所述至少三級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置依次首尾相連構(gòu)成一個(gè)環(huán)路；所述壓縮管路系統(tǒng)由一低壓氣源、一高壓氣源、進(jìn)氣管路
8、排氣管路9及單向閥組成；所述低壓氣源通過進(jìn)氣管路8和單向閥分別與每一級基本單元的雙U型管液柱61的中空腔相連通；所述高壓氣源通過排氣管路9和單向閥分別與所述每一級基本單元的雙U型管61的中空腔相連通。熱聲轉(zhuǎn)換裝置工作時(shí)，聲功在中空腔處分為兩部分，一部分用來將低壓氣源的氣體壓縮進(jìn)入高壓氣源，另一部分通過液柱反饋給另一個(gè)基本單元。在實(shí)施例1中，被壓縮氣體與熱聲轉(zhuǎn)換裝置中的工質(zhì)必須是同一種類型的氣體，但適合作為熱聲轉(zhuǎn)換裝置工質(zhì)的氣體一般為氦氣，如果需要對其他種類的氣體進(jìn)行壓縮時(shí)，該結(jié)構(gòu)則不再適用。在本實(shí)施例中，采用了雙U型管結(jié)構(gòu)，通過雙U型管內(nèi)的兩段液柱把被壓縮氣體與熱聲轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的工質(zhì)分離開來，這樣該系統(tǒng)就可以壓縮不同種類的氣體了。實(shí)施例3:圖6為本發(fā)明雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的第三實(shí)施例的示意圖。在該系統(tǒng)中包含有兩套與第一實(shí)施例類似的子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)中的基本單元級數(shù)為4。因?yàn)閱蝹€(gè)雙作用熱聲壓縮機(jī)所產(chǎn)生的壓力提升是有限，本實(shí)施例將雙作用熱聲壓縮機(jī)設(shè)計(jì)成了兩級結(jié)構(gòu)，第一級雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)先將氣體進(jìn)行壓縮機(jī)，并且將第一級雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的高壓氣源與第二級雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的低壓氣源相連通，這樣第二級雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)可以繼續(xù)將氣體進(jìn)行進(jìn)一步的壓縮。在這種串接的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)中，一般高一級的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)(子系統(tǒng))工作壓力比低一級的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)(子系統(tǒng))平均壓力高。如果需要將氣體壓縮到更高的壓力，可以進(jìn)一步增加雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的級數(shù)。最后應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(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
1.一種雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，其具有至少三級基本單元，每級基本單元均由一個(gè)熱聲轉(zhuǎn)換裝置和一個(gè)壓縮管路系統(tǒng)組成，所述熱聲轉(zhuǎn)換裝置由依次連接的第一室溫?fù)Q熱器(I)、回?zé)崞?2)、高溫?fù)Q熱器(3)、熱緩沖管(4)、第二室溫?fù)Q熱器(5)和裝有液體的U型管(6)組成，該U型管(6)垂直管上部液體液面之上分別具有左空腔和右空腔，所述熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第二室溫?fù)Q熱器(5)通過所述左空腔與U型管(6)連接；上一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的右空腔與下一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第一室常溫?fù)Q熱器(I)相連，末一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的右空腔與首級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第一室常溫?fù)Q熱器(I)相連，以使至少三級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置依次首尾相連構(gòu)成一個(gè)環(huán)路；所述壓縮管路系統(tǒng)由一低壓氣源、一高壓氣源、進(jìn)氣管路(8)、排氣管路(9)及單向閥組成；所述低壓氣源通過進(jìn)氣管路(8)和單向閥分別與每一級基本單元的U型管(6)的左空腔相連通；所述高壓氣源通過排氣管路(9)和單向閥分別與每一級基本單元的U型管￠)的左空腔相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)為多級串聯(lián)的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng):即通過上一級雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的高壓氣源與下一級雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的低壓氣源相連通而形成雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的多級串聯(lián)。
3.一種雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，其具有至少三級基本單元，每級基本單元均由一個(gè)熱聲轉(zhuǎn)換裝置和一個(gè)壓縮管路系統(tǒng)組成，所述熱聲轉(zhuǎn)換裝置由依次連接的第一室常溫?fù)Q熱器(I)、回?zé)崞?2)、高溫?fù)Q熱器(3)、熱緩沖管(4)、第二室溫?fù)Q熱器(5)和裝有液體的雙U型管￠1)組成，該雙U型管￠1)的垂直管上部液體液面之上分別設(shè)有左空腔、中空腔和右空腔，所述第二室溫?fù)Q熱器(5)通過所述左空腔與所述雙U型管￠1)連接；上一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的右空腔與下一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第一室常溫?fù)Q熱器(I)相連，末一級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的右空腔與首級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置的第一室常溫?fù)Q熱器(I)相連，以構(gòu)成所述至少三級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置依次首尾相連構(gòu)成一個(gè)環(huán)路；所述壓縮管路系統(tǒng)由一低壓氣源、一高壓氣源、進(jìn)氣管路(8)、排氣管路 (9)及單向閥組成；所述低壓氣源通過進(jìn)氣管路(8)和單向閥分別與每一級基本單元的雙U型管液柱￠1)的中空腔相連通；所述高壓氣源通過排氣管路(9)和單向閥分別與所述每一級基本單元的雙U型管￠1)的中空腔相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)為多級串聯(lián)的雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng):即通過上一級雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的高壓氣源與下一級雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的低壓氣源相連通而形成雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)的多級串聯(lián)。
全文摘要
一種雙作用熱聲壓縮機(jī)系統(tǒng)，其有至少三級基本單元，每級基本單元均由一熱聲轉(zhuǎn)換裝置和一壓縮管路系統(tǒng)組成，熱聲轉(zhuǎn)換裝置由依次相連的第一室溫?fù)Q熱器、回?zé)崞?、高溫?fù)Q熱器、熱緩沖管、第二室溫?fù)Q熱器和裝有液體的U型管組成；U型管垂直管上部液面之上分別具有左空腔和右空腔，第二室溫?fù)Q熱器通過左空腔與U型管連接；至少三級基本單元的熱聲轉(zhuǎn)換裝置依次首尾相連構(gòu)成一個(gè)環(huán)路；壓縮管路系統(tǒng)由低壓和高壓氣源、進(jìn)氣和排氣管路及單向閥組成；低壓氣源通過進(jìn)氣管路和單向閥分別與每一級基本單元U型管的左空腔連通；高壓氣源通過排氣管路和單向閥分別與每一級基本單元U型管的左空腔連通；U型管還可為雙U型管；其生產(chǎn)成本低，壽命長。
文檔編號F04B39/00GK103161712SQ201110419410
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者羅二倉, 胡劍英, 吳張華, 戴巍, 余國瑤, 陳燕燕, 王曉濤 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所