一種環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的環(huán)路型聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)，其包括：其包括：N個(gè)首尾相連并構(gòu)成環(huán)路的熱聲單元；每一熱聲單元均由依次串接的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、諧振管及第一彈性膜組成，N為3～10的正整數(shù)，每個(gè)熱聲單元兩端體積流率的相位差為360°/N；一低壓氣源和高壓氣源；熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功輸入到高壓氣源內(nèi)通過(guò)高低壓閥門的開(kāi)閉配合達(dá)到給低壓氣體加壓目的；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了完全沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件和完全無(wú)油，可靠性進(jìn)一步提升；該系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)純行波相位，每個(gè)熱聲單元的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功均被下一熱聲單元回收利用，以提高系統(tǒng)工作效率；系統(tǒng)通過(guò)改變充氣壓力和熱端溫度來(lái)調(diào)整單臺(tái)壓縮機(jī)壓比；還可多臺(tái)系統(tǒng)串聯(lián)以實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓縮，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓縮機(jī)系統(tǒng)，特別是涉及一種新型的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油及煤炭資源的日益消耗及其對(duì)環(huán)境污染的日益加劇，增大天然氣在一次能源中的比例成為我國(guó)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的重要途徑。目前僅常規(guī)天然氣的開(kāi)發(fā)就已達(dá)到了與石油相當(dāng)?shù)乃?，而非常?guī)天然氣的領(lǐng)域更廣闊、潛力更大。為了充分利用境內(nèi)外兩種資源，滿足用量需求，我國(guó)的長(zhǎng)輸天然氣管道正以年均6000km的增速進(jìn)行建設(shè)。這些長(zhǎng)距離天然氣輸送管道的建成，將有助于能源短缺地區(qū)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。天然氣長(zhǎng)距離輸運(yùn)所帶來(lái)的問(wèn)題就是管道壓力的維持，壓縮機(jī)和驅(qū)動(dòng)機(jī)的選型設(shè)計(jì)就成為是天然氣輸送管道工程中的主要工作內(nèi)容之一，是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離輸送天然氣的重要保證。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，對(duì)輸供氣的穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性要求更高。另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，煤化工、石油化工和大化肥等行業(yè)迅速崛起，對(duì)大型大型空分設(shè)備的需求越來(lái)越多，而且這些大型裝置絕大部分對(duì)產(chǎn)品氧、氮的壓力要求很高，這些產(chǎn)品壓力的獲取絕大部分是通過(guò)低溫液體泵加壓工藝實(shí)現(xiàn)的，即通常所說(shuō)的內(nèi)壓縮流程。對(duì)空氣、氮?dú)獾葰怏w的增壓也是空分工程中的一大難題。
[0003]行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)因其具有運(yùn)行可靠、使用壽命長(zhǎng)、潛在效率高等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的廣泛關(guān)注，用行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)作為壓縮機(jī)進(jìn)行氣體增加還未有應(yīng)用，本發(fā)明提出的環(huán)路聲功共振壓縮機(jī)系統(tǒng)便可用于各種氣體的加壓，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)完全無(wú)運(yùn)動(dòng)部件并且完全無(wú)油，進(jìn)一步增加了可靠性。
[0004]對(duì)于熱聲熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)而言，其熱聲能量的轉(zhuǎn)換在很大程度上決定于壓力波動(dòng)與體積流率波動(dòng)之間的相位差。體積流率可表不成與壓力波動(dòng)同相的行波分量和與壓力波動(dòng)相位相差90°的駐波分量之和，純駐波即壓力波動(dòng)與體積流率的相位差為90°時(shí)是不能產(chǎn)生聲功的，聲功的產(chǎn)生靠行波分量，即壓力波動(dòng)與體積流率同相位的分量，因此使聲場(chǎng)中行波分量盡量增大對(duì)提高熱聲機(jī)械轉(zhuǎn)換效率具有積極的意義。
[0005]1979年美國(guó)的Gperley首次提出了行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的概念，但由于對(duì)熱聲轉(zhuǎn)換機(jī)理理解的有限并且對(duì)降低行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生熱功轉(zhuǎn)換核心部件回?zé)崞髯杩箾](méi)有提出有效降低的技術(shù)方案，因此并沒(méi)有研制出可工作的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0006]1998年，在行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展之初，日本的Yazak1、Iwata等人提出了環(huán)形管行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1所示，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中采用激光多普勒測(cè)速儀測(cè)量了工作氣體振蕩速度，并意識(shí)到由于發(fā)動(dòng)機(jī)板疊處工作氣體振蕩速度較大，造成了嚴(yán)重的粘性損失，限制了行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，但是并沒(méi)有提出妥善的解決方案。
[0007]隨后,美國(guó)的Backhaus和Swift等人提出的熱聲斯特林熱機(jī)及一些類似結(jié)構(gòu)的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，引入了諧振管結(jié)構(gòu)，如圖2所示，雖然在系統(tǒng)性能上有了很大的提高，但是諧振管部分基本仍是以駐波聲場(chǎng)為主，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)很大一部分聲功在諧振管中耗散，并且諧振管的引入極大的降低了系統(tǒng)的功率密度。
[0008]2010年，荷蘭的KeesdeBlok提出了一種新型4階行波熱聲發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)與Yazaki等人環(huán)形管行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)類似，但是增大了回?zé)崞鞯拿娣e，如圖3所示，使得工作氣體振蕩速度在回?zé)崞骼镉行Ы档?，解決了 Yazaki等人環(huán)形管行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞髦姓承該p失的問(wèn)題。但是在熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中并未加入熱緩沖管結(jié)構(gòu)，會(huì)造成冷熱氣體混合，產(chǎn)生極大的換熱不可逆損失；并且在環(huán)路系統(tǒng)中并未加入薄膜等抑制環(huán)路直流的裝置，環(huán)路中的直流會(huì)造成系統(tǒng)中氣體的定向流動(dòng)，使得氣體換熱與回?zé)崞?、換熱器的換熱效果變差，極大的影響熱聲性能，所以也這種結(jié)構(gòu)也并未取得較好的結(jié)果。
[0009]2012年，中科院理化所羅二倉(cāng)課題組提出雙作用流程，如圖4所示，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與雙作用直線電機(jī)首尾相連形成環(huán)路，能夠回收聲功，極大的提高系統(tǒng)效率。但是雙作用電機(jī)的引入增加了系統(tǒng)不一致性問(wèn)題，當(dāng)其中一個(gè)電機(jī)與其他電機(jī)有差異時(shí)，這種差異會(huì)在環(huán)路中被放大最終影響到系統(tǒng)性能。
[0010]本發(fā)明正是基于以上帶諧振管的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、環(huán)路行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、以及雙作用熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中存在的問(wèn)題，提出了一種新型的設(shè)計(jì)，即解決了回?zé)崞魈幾枇^(guò)大以及諧振管體積過(guò)大的問(wèn)題，又解決了 DeBlock環(huán)路系統(tǒng)中出現(xiàn)的冷熱損失、環(huán)路直流等問(wèn)題，同時(shí)也解決了雙作用系統(tǒng)中不一致性的問(wèn)題。環(huán)路聲學(xué)共振型熱聲壓縮機(jī)完全沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件且無(wú)油，提高了運(yùn)行可靠性；環(huán)路中能實(shí)現(xiàn)純行波相位，能且能夠有效的回收聲功，提高了系統(tǒng)工作效率。此系統(tǒng)不僅可以用于一級(jí)壓縮，對(duì)于需求更高壓比的場(chǎng)合，只需要通過(guò)管道連接即可實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓縮，在氣體壓縮領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)路聲學(xué)共振壓縮機(jī)系統(tǒng)，利用熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)進(jìn)行氣體壓縮，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)完全無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，極大的提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；其優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)環(huán)路中各個(gè)位置都可實(shí)現(xiàn)行波相位，提高了系統(tǒng)的工作效率；并且可以根據(jù)所壓縮需要達(dá)到的壓比進(jìn)行方便的調(diào)整，不僅可以通過(guò)改變充氣壓力和熱端溫度來(lái)調(diào)整單臺(tái)壓縮機(jī)壓比，而且可以利用多臺(tái)壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓縮。環(huán)路聲學(xué)共振壓縮機(jī)系統(tǒng)除了具有靈活便利的優(yōu)勢(shì)，更兼有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，潛在效率高等優(yōu)點(diǎn)，在氣體壓縮場(chǎng)合具有良好的應(yīng)用前景。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0013]本發(fā)明提供的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)，其包括:
[0014]N個(gè)首尾相連并構(gòu)成環(huán)路的熱聲單元；所述N個(gè)熱聲單元的每一熱聲單元均由依次串接的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、諧振管6以及第一彈性膜7組成，N為3?10的正整數(shù)，每個(gè)熱聲單元兩端體積流率的相位差為360° /N ；
[0015]一個(gè)裝有N個(gè)低壓?jiǎn)蜗蜷y門11的低壓氣源12 ；
[0016]一個(gè)裝有N個(gè)高壓?jiǎn)蜗蜷y門13的高壓氣源14 ;和N條第一連接管10 ；
[0017]所述低壓氣源12的每一低壓?jiǎn)蜗蜷y門11均通過(guò)一條第一連接管10和一個(gè)高壓?jiǎn)蜗蜷y門13與所述的高壓氣源14相連通；
[0018]每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)均由依次串接的由主室溫端換熱器1、回?zé)崞?、熱端換熱器3、熱緩沖管4、次室溫端換熱器5組成；[0019]對(duì)每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端換熱器3加熱；對(duì)每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的主室溫端換熱器I和次室溫端換熱器5進(jìn)行水冷，使它們維持在室溫范圍；
[0020]所述第一彈性膜7安裝在對(duì)每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的主室溫端換熱器I進(jìn)行水冷的水冷器前，以起到隔絕環(huán)路直流的作用；
[0021]在靠近每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的次室溫端換熱器5端的諧振管6上裝有與所述第一連接管10相連通的第二連接管8 ;第二連接管8與第一連接管10相連通的端部裝有第二彈性膜9 ;
[0022]當(dāng)熱端換熱器3與主室溫端換熱器I之間的溫度梯度達(dá)到臨界溫度后，環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)起震；每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的回?zé)崞?內(nèi)部工作氣體與回?zé)崞鞴腆w間發(fā)生熱聲效應(yīng)，將輸入該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端換熱器3的熱量轉(zhuǎn)化為聲功，并按該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的主室溫端換熱器I至熱端換熱器3的溫度梯度方向輸出，同時(shí)向該主室溫?fù)Q熱器I放熱，熱量由水冷器的冷卻水帶走；
[0023]每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功通過(guò)第二接管8、第二彈性膜9向第一連接管10輸出，并且通過(guò)與低壓氣源12相連接的低壓?jiǎn)蜗蜷y門11以及與高壓氣源14相連接的高壓閥門13間的開(kāi)閉配合，給環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)氣體加壓。
[0024]所述諧振管6為管徑小于熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的空管段，起到連接相鄰熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)作用，和調(diào)節(jié)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)相位的調(diào)節(jié)作用；并且剩余聲功通過(guò)諧振管6送入下一熱聲單元中實(shí)現(xiàn)聲功的回收，以進(jìn)一步提高環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)工作效率。
[0025]所述每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)橫截面積比為諧振管橫截面積比需達(dá)到10?25倍。
[0026]所述的第一彈性膜7和第二彈性膜9為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)或者射流裝置。
[0027]所述第一彈性膜7安裝在環(huán)路中的任意位置處。
[0028]本發(fā)明的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)中使用的工質(zhì)為純氦氣二氧化碳、天然氣或氮?dú)狻?br> [0029]本發(fā)明的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)可以采用兩套以上的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)串聯(lián)工作。
[0030]對(duì)每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的第一熱端換熱器3進(jìn)行加熱的熱源為天然氣熱源、乙炔熱源、太陽(yáng)能熱源、高溫工業(yè)廢熱熱源或高溫工業(yè)煙氣熱源。
[0031]第一連接管10通過(guò)低壓?jiǎn)蜗蜷y門11以及高壓?jiǎn)蜗蜷y門13分別于低壓氣源12以及高壓氣源14相連通，在第一連接管10內(nèi)將低壓氣體壓縮成高壓后輸入高壓氣源14 ;因?yàn)槊恳粺崧暟l(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功以壓力波動(dòng)的形式向外界輸出，這樣就形成了 一定的壓比，即平均壓力和波動(dòng)壓力幅值之和與平均壓力和波動(dòng)壓力幅值之差的比值，利用每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的波動(dòng)壓力配合第二彈性膜9的震動(dòng)通過(guò)高低壓?jiǎn)蜗蜷y門對(duì)氣體進(jìn)行增壓(低壓?jiǎn)蜗蜷y門11和高壓?jiǎn)蜗蜷y門13均為單向閥門);當(dāng)?shù)诙椥阅?處的壓力波動(dòng)由平衡位置向波谷運(yùn)動(dòng)時(shí)，第二彈性膜9向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)第一連接管10內(nèi)的壓力逐漸降低，當(dāng)達(dá)到接近下至點(diǎn)的某一位置時(shí)低壓?jiǎn)蜗蜷y門11打開(kāi)，吸入待加壓氣體，開(kāi)始吸氣過(guò)程；此后第二彈性膜9隨著壓力波動(dòng)繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)至下至點(diǎn)，隨后開(kāi)始回升向上至點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，第一連接管10內(nèi)壓力開(kāi)始升高，達(dá)到一定程度后，低壓?jiǎn)蜗蜷y門11關(guān)閉，停止吸氣，完成吸氣過(guò)程；隨著第二彈性膜9進(jìn)一步向上運(yùn)動(dòng)，第一連接管10壓力進(jìn)一步增大，氣體被加壓，此為壓縮過(guò)程；當(dāng)壓力波動(dòng)升高到一定程度后，高壓?jiǎn)蜗蜷y門13打開(kāi)，壓力波動(dòng)繼續(xù)升高將加壓完成的氣體從第一連接管10內(nèi)通過(guò)高壓?jiǎn)蜗蜷y門13處輸入到高壓氣源(14);之后重復(fù)這種循環(huán)，以使環(huán)路聲學(xué)共振系統(tǒng)的氣體壓比達(dá)到1.2?1.5倍。
[0032]本發(fā)明在熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中加入熱緩沖管4，建立一定的溫度梯度，使得發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器的高溫平緩過(guò)度到室溫，這樣可以十分有效的減少高溫端換熱器直接和諧振管3相連時(shí)造成的冷熱氣體混合而產(chǎn)生的不可逆換熱損失。
[0033]本發(fā)明的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的直徑相比于所述諧振管直徑要大很多，每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)橫截面面積是諧振管6橫截面面積的10?25倍，這樣可以十分有效的降低氣體在回?zé)崞髦械牧魉?，進(jìn)而降低氣體在回?zé)崞?中的阻力損失，同時(shí)可以使得氣體與回?zé)崞鲀?nèi)填充物換熱更加充分，以達(dá)到更好的熱聲轉(zhuǎn)換特性。
[0034]本發(fā)明的系統(tǒng)中加入彈性膜抑制環(huán)路直流:因?yàn)橄到y(tǒng)由熱聲單元首尾相互連接形成環(huán)路，會(huì)在環(huán)路中形成直流，使得氣體在回?zé)崞骱蛽Q熱器處的換熱性能降低，增加彈性模后能夠有效的抑制直流，極大的提高系統(tǒng)熱聲性能和系統(tǒng)壓比；彈性膜可以采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)或者射流裝置，同樣起到抑制環(huán)路之路的目的。并且第一彈性膜7可以安裝在環(huán)路中的任意位置處。
[0035]本發(fā)明在環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)中不僅可以采用純氦氣作為工質(zhì)，在某些場(chǎng)合還能夠采用被增壓氣體作為系統(tǒng)工質(zhì)；若是待增加壓氣體為二氧化碳、天然氣、氮?dú)饣蚝獾?，可直接用作為熱聲系統(tǒng)的工作介質(zhì)，這樣可以取消彈性膜結(jié)構(gòu)，直接進(jìn)行氣體壓縮，進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0036]若是被加壓氣體需提升到較高壓力，超出單臺(tái)聲學(xué)環(huán)路共振壓縮機(jī)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的最高壓比時(shí)，可采取多級(jí)壓縮結(jié)構(gòu)，即由兩套以上的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)串聯(lián)工作。
[0037]對(duì)所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的第一熱端換熱器3進(jìn)行加熱的熱源在某些場(chǎng)合可以采用被加壓氣體燃燒時(shí)釋放的熱量，如被加壓氣體為天然氣、乙炔等可燃性氣體時(shí)。此外也可以采用太陽(yáng)能熱源、高溫工業(yè)廢熱熱源或高溫工業(yè)煙氣熱源，能夠極大的節(jié)約能源并且提高能源利用率。
[0038]本發(fā)明的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)具有下述優(yōu)點(diǎn):
[0039]本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于利用熱聲學(xué)原理構(gòu)建了環(huán)路聲學(xué)共振系統(tǒng)，解決了之前諸如帶諧振管的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、環(huán)路行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、以及雙作用熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中存在的問(wèn)題，環(huán)路聲學(xué)共振系統(tǒng)推向?qū)嶋H應(yīng)用邁出了重要的一步；將聲學(xué)共振型熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用于氣體壓縮尚屬首次，能夠確保輸供氣的穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040]圖1為Yazaki等人提出的環(huán)形行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖2為Swift等人提出的帶諧振管的環(huán)形行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖3為DeBlock等人提出的環(huán)路行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖4為羅二倉(cāng)等人提出的雙作用熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖5為本發(fā)明的環(huán)路聲學(xué)共振壓縮機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例1)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖6為本發(fā)明的環(huán)路聲學(xué)共振壓縮機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例2)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖7為本發(fā)明的環(huán)路聲學(xué)共振壓縮機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例3)結(jié)構(gòu)示意圖；【具體實(shí)施方式】
[0047]下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0048]本發(fā)明提出的環(huán)路聲學(xué)共振壓縮機(jī)系統(tǒng)，利用熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)進(jìn)行氣體壓縮，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)完全無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，極大的提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)環(huán)路中各個(gè)位置都可實(shí)現(xiàn)行波相位，提高了系統(tǒng)的工作效率。并且可以根據(jù)所壓縮需要達(dá)到的壓比進(jìn)行方便的調(diào)整，不僅可以通過(guò)改變充氣壓力和熱端溫度來(lái)調(diào)整單臺(tái)壓縮機(jī)壓比，而且可以利用多臺(tái)壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓縮，在氣體壓縮場(chǎng)合具有良好的應(yīng)用前景。
[0049]實(shí)施例1:
[0050]圖5為本發(fā)明的一種環(huán)路聲學(xué)共振壓縮機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例1)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，本實(shí)施例環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)，其包括:
[0051]4個(gè)首尾相連并構(gòu)成環(huán)路的熱聲單元；每一熱聲單元均由依次串接的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、諧振管6以及第一彈性膜7組成，每個(gè)熱聲單元兩端體積流率的相位差為90° ;
[0052]一個(gè)裝有4個(gè)低壓?jiǎn)蜗蜷y門11的低壓氣源12 ；
[0053]一個(gè)裝有4個(gè)高壓?jiǎn)蜗蜷y門13的高壓氣源14 ;和4條第一連接管10 ；
[0054]低壓氣源12的每一低壓?jiǎn)蜗蜷y門11均通過(guò)一條第一連接管10和一個(gè)高壓?jiǎn)蜗蜷y門13與所述的高壓氣源14相連通；
[0055]每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)均由依次串接的由主室溫端換熱器1、回?zé)崞?、熱端換熱器3、熱緩沖管4、次室溫端換熱器5組成；
[0056]對(duì)每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端換熱器3加熱；對(duì)每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的主室溫端換熱器I和次室溫端換熱器5進(jìn)行冷卻，使它們維持在室溫范圍；
[0057]第一彈性膜7安裝在對(duì)每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的主室溫端換熱器I進(jìn)行水冷的水冷器前，以起到隔絕環(huán)路直流的作用；
[0058]在靠近每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的次室溫端換熱器5端的諧振管6上裝有與所述第一連接管10相連通的第二連接管8 ;第二連接管8與第一連接管10相連通的端部裝有第二彈性膜9 ;
[0059]當(dāng)熱端換熱器3與主室溫端換熱器I之間的溫度梯度達(dá)到臨界溫度后，環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)起震；每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的回?zé)崞?內(nèi)部工作氣體與回?zé)崞鞴腆w間發(fā)生熱聲效應(yīng)，將輸入該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端換熱器3的熱量轉(zhuǎn)化為聲功，并按該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的主室溫端換熱器I至熱端換熱器3的溫度梯度方向輸出，同時(shí)向該主室溫?fù)Q熱器I放熱，熱量由水冷器的冷卻水帶走；
[0060]每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功通過(guò)第二接管8、第二彈性膜9向第一連接管10輸出，并且通過(guò)與低壓氣源12相連接的低壓?jiǎn)蜗蜷y門11以及與高壓氣源14相連接的高壓閥門13間的開(kāi)閉配合，給環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)氣體加壓。
[0061]諧振管6為管徑小于熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的空管段，起到連接相鄰熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)作用，和調(diào)節(jié)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)相位的調(diào)節(jié)作用；并且剩余聲功通過(guò)諧振管6送入下一熱聲單元中實(shí)現(xiàn)聲功的回收，以進(jìn)一步提高環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)工作效率；
[0062]第一連接管10通過(guò)低壓?jiǎn)蜗蜷y門11以及高壓?jiǎn)蜗蜷y門13分別于低壓氣源12以及高壓氣源14相連通，在第一連接管10內(nèi)將低壓氣體壓縮成高壓后輸入高壓氣源14 ;因?yàn)槊恳粺崧暟l(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功以壓力波動(dòng)的形式向外界輸出，這樣就形成了 一定的壓比，即平均壓力和波動(dòng)壓力幅值之和與平均壓力和波動(dòng)壓力幅值之差的比值，利用每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的波動(dòng)壓力配合第二彈性膜9的震動(dòng)通過(guò)高低壓?jiǎn)蜗蜷y門對(duì)氣體進(jìn)行增壓(低壓?jiǎn)蜗蜷y門11和高壓?jiǎn)蜗蜷y門13均為單向閥門);當(dāng)?shù)诙椥阅?處的壓力波動(dòng)由平衡位置向波谷運(yùn)動(dòng)時(shí)，第二彈性膜9向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)第一連接管10內(nèi)的壓力逐漸降低，當(dāng)達(dá)到接近下至點(diǎn)的某一位置時(shí)低壓?jiǎn)蜗蜷y門11打開(kāi)，吸入待加壓氣體，開(kāi)始吸氣過(guò)程；此后第二彈性膜9隨著壓力波動(dòng)繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)至下至點(diǎn)，隨后開(kāi)始回升向上至點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，第一連接管10內(nèi)壓力開(kāi)始升高，達(dá)到一定程度后，低壓?jiǎn)蜗蜷y門11關(guān)閉，停止吸氣，完成吸氣過(guò)程；隨著第二彈性膜9進(jìn)一步向上運(yùn)動(dòng)，第一連接管10壓力進(jìn)一步增大，氣體被加壓，此為壓縮過(guò)程；當(dāng)壓力波動(dòng)升高到一定程度后，高壓?jiǎn)蜗蜷y門13打開(kāi)，壓力波動(dòng)繼續(xù)升高將加壓完成的氣體從第一連接管10內(nèi)通過(guò)高壓?jiǎn)蜗蜷y門13處輸入到高壓氣源14 ;之后重復(fù)這種循環(huán)，以使環(huán)路聲學(xué)共振系統(tǒng)的氣體壓比達(dá)到1.2?1.5倍。
[0063]當(dāng)然，可以本發(fā)明根據(jù)需要，在環(huán)路中串接3至10個(gè)熱聲單元，此屬本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)權(quán)利要求及實(shí)施例的啟示可以做到。
[0064]實(shí)施例2:
[0065]圖6為本發(fā)明的一種環(huán)路聲學(xué)共振壓縮機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例2)結(jié)構(gòu)不意圖。如圖6所示，本實(shí)施例是在實(shí)施例1基礎(chǔ)上增加了一級(jí)壓縮，實(shí)現(xiàn)二級(jí)壓縮，能夠達(dá)到更高的壓比。其中框圖16和框圖18中的簡(jiǎn)化壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖與實(shí)施例1中所述壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)相同，都是采用環(huán)路聲學(xué)共振熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)作為壓縮機(jī)提供壓力波動(dòng)，因此工作原理也相同；不同的是壓縮機(jī)18的平均壓力高于壓縮機(jī)16，兩者通過(guò)第一閥門17相連接。其中第一閥門17為中間壓力閥門，其相對(duì)于低壓?jiǎn)蜗蜷y11而言為高壓閥，相對(duì)于高壓?jiǎn)蜗蜷y13而言為低壓閥，將低壓氣源12中的氣體先通過(guò)壓縮機(jī)16壓縮至中間壓力，再通過(guò)壓縮機(jī)18壓縮至至所需高壓，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)壓縮。
[0066]實(shí)施例3:
[0067]圖7為本發(fā)明的一種環(huán)路聲學(xué)共振壓縮機(jī)系統(tǒng)(實(shí)施例3)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，本實(shí)施例是在實(shí)施例2基礎(chǔ)上再增加了一級(jí)壓縮，實(shí)現(xiàn)三級(jí)壓縮，能夠進(jìn)一步提高壓t匕。其中框圖16、框圖18和框圖20中的簡(jiǎn)化壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1中所述壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)相同，都是采用環(huán)路聲學(xué)共振熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)作為壓縮機(jī)提供壓力波動(dòng)，因此工作原理也相同；不同的是壓縮機(jī)18的平均壓力高于壓縮機(jī)16，兩者通過(guò)第一閥門17相連接；壓縮機(jī)20的平均壓力高于壓縮機(jī)18，兩者通過(guò)第二閥門19相連接；其中第一閥門17和第二閥門19均為中間壓力閥門，第一閥門17相對(duì)于低壓?jiǎn)蜗蜷y11而言為高壓閥，相對(duì)于第二壓閥19而言為低壓閥；第二閥門19相對(duì)于第一低壓閥17而言為高壓閥，相對(duì)于高壓?jiǎn)蜗蜷y13而言為低壓閥；將低壓氣源12中的氣體先通過(guò)壓縮機(jī)16壓縮至中間壓力，然后通過(guò)壓縮機(jī)18進(jìn)一步提升壓力，再通過(guò)壓縮機(jī)20壓縮至所需高壓，實(shí)現(xiàn)三級(jí)壓縮。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)，其包括: N個(gè)首尾相連并構(gòu)成環(huán)路的熱聲單元；所述N個(gè)熱聲單元的每一熱聲單元均由依次串接的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、諧振管(6)以及第一彈性膜(7)組成，N為3~10的正整數(shù)，每個(gè)熱聲單元兩端體積流率的相位差為360° /N ； 一個(gè)裝有N個(gè)低壓?jiǎn)蜗蜷y門(11)的低壓氣源(12)； 一個(gè)裝有N個(gè)高壓?jiǎn)蜗蜷y門(13)的高壓氣源(14);和N條第一連接管(10)； 所述低壓氣源(12 )的每一低壓?jiǎn)蜗蜷y門(11)均通過(guò)一條第一連接管(10 )和一個(gè)高壓?jiǎn)蜗蜷y門(13)與所述的高壓氣源(14)相連通； 每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)均由依次串接的由主室溫端換熱器(I)、回?zé)崞?2)、熱端換熱器(3)、熱緩沖管(4)和次室溫端換熱器(5)組成； 對(duì)每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端換熱器(3)加熱；對(duì)每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的主室溫端換熱器(I)和次室溫端換熱器(5)進(jìn)行水冷，使它們維持在室溫范圍； 所述第一彈性膜(7)安裝在對(duì)每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的主室溫端換熱器(I)進(jìn)行水冷的水冷器前，以起到隔絕環(huán)路直流的作用； 在靠近每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的次室溫端換熱器(5)端的諧振管(6)上裝有與所述第一連接管(10)相連通的第二連接管(8);第二連接管(8)與第一連接管(10)相連通的端部裝有第二彈性膜(9)； 當(dāng)熱端換熱器(3 )與主室溫端換熱器(I)之間的溫度梯度達(dá)到臨界溫度后，環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)起震；每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的回?zé)崞?2)內(nèi)部工作氣體與回?zé)崞鞴腆w間發(fā)生熱聲效應(yīng)，將輸入該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端換熱器(3)的熱量轉(zhuǎn)化為聲功，并按該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的主室溫端換熱器(I)至熱端換熱器(3)的溫度梯度方向輸出，同時(shí)向該主室溫?fù)Q熱器(I)放熱，熱量由水冷器的冷卻水帶走； 每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功通過(guò)第二接管(8)、第二彈性膜(9)向第一連接管(10)輸出，并且通過(guò)與低壓氣源(12)相連接的低壓?jiǎn)蜗蜷y門(11)以及與高壓氣源(14)相連接的高壓閥門(13)間的開(kāi)閉配合，給環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)氣體加壓； 所述諧振管(6)為管徑小于熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的空管段，起到連接相鄰熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)作用，和調(diào)節(jié)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)相位的調(diào)節(jié)作用；并且剩余聲功通過(guò)諧振管(6)送入下一熱聲單元中實(shí)現(xiàn)聲功的回收，以進(jìn)一步提高環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)工作效率； 第一連接管(10)通過(guò)低壓?jiǎn)蜗蜷y門(11)以及高壓?jiǎn)蜗蜷y門(13)分別于低壓氣源(12)以及高壓氣源(14)相連通，在第一連接管(10)內(nèi)將低壓氣體壓縮成高壓后輸入高壓氣源(14);每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功以壓力波動(dòng)的形式向外界輸出，這樣就形成了一定的壓t匕，即平均壓力和波動(dòng)壓力幅值之和與平均壓力和波動(dòng)壓力幅值之差的比值，利用每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的波動(dòng)壓力配合第二彈性膜(9)的震動(dòng)通過(guò)高低壓?jiǎn)蜗蜷y門對(duì)氣體進(jìn)行增壓；當(dāng)?shù)诙椥阅?9)處的壓力波動(dòng)由平衡位置向波谷運(yùn)動(dòng)時(shí)，第二彈性膜(9)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)第一連接管(10)內(nèi)的壓力逐漸降低，當(dāng)達(dá)到接近下至點(diǎn)的某一位置時(shí)低壓?jiǎn)蜗蜷y門(11)打開(kāi)，吸入待加壓氣體，開(kāi)始吸氣過(guò)程；此后第二彈性膜(9)隨著壓力波動(dòng)繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)至下至點(diǎn)，隨后開(kāi)始回升向上至點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，第一連接管(10)內(nèi)壓力開(kāi)始升高，達(dá)到一定程度后，低壓?jiǎn)蜗蜷y 門(11)關(guān)閉，停止吸氣，完成吸氣過(guò)程；隨著第二彈性膜(9)進(jìn)一步向上運(yùn)動(dòng)，第一連接管(10)壓力進(jìn)一步增大，氣體被加壓，此為壓縮過(guò)程；當(dāng)壓力波動(dòng)升高到一定程度后，高壓?jiǎn)蜗蜷y門(13)打開(kāi)，壓力波動(dòng)繼續(xù)升高將加壓完成的氣體從第一連接管(10)內(nèi)通過(guò)高壓?jiǎn)蜗蜷y門(13)處輸入到高壓氣源(14);之后重復(fù)這種循環(huán)，以使環(huán)路聲學(xué)共振系統(tǒng)的氣體壓比達(dá)到1.2~1.5倍。
2.按權(quán)利要求書(shū)I所述的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)橫截面積比為諧振管橫截面積比需達(dá)到10~25倍。
3.按權(quán)利要求書(shū)I所述的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一彈性膜(7)和第二彈性膜(9)為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)或者射流裝置。
4.按權(quán)利要求書(shū)I或3所述的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一彈性膜(7)安裝在環(huán)路中的任意位置處。
5.按權(quán)利要求書(shū)I所述的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)中使用的工質(zhì)為純氦氣二氧化碳、天然氣或氮?dú)狻?br> 6.按權(quán)利要求書(shū)I所述的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，兩套以上的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)串聯(lián)工作。
7.按權(quán)利要求書(shū)I所述的環(huán)路聲學(xué)共振型壓縮機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的第一熱端換熱器(3)進(jìn) 行加熱的熱源為天然氣熱源、乙炔熱源、太陽(yáng)能熱源、高溫工業(yè)廢熱熱源或高溫工業(yè)煙氣熱源。
【文檔編號(hào)】F04B37/00GK103790802SQ201410055076
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】羅二倉(cāng), 戴巍, 童歡, 吳張華, 張麗敏, 陳燕燕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所, 中科力函(深圳)熱聲技術(shù)有限公司