[发明专利]一种热声发动机装置

说明书

本发明涉及一种热声发动机装置，包括热声发动机组件和声功利用组件，所述的热声发动机组件置入低温环境中工作，所述的声功利用组件在室温环境中工作，所述的热声发动机装置还包括声功输出组件，其两端分别连接热声发动机组件和声功利用组件。与现有技术相比，本发明具有声功损耗小，效率高，装置结构简单，运行稳定等优点。

技术领域

本发明涉及一种热声发动机装置，尤其是涉及一种利用液化天然气冷能的热声发动机装置。

背景技术

热声发动机是一种通过热声效应可以将热能转化为声功的装置。热声发动机的优点是没有运动部件、成本低廉和易于制造。但是热声发动机的应用受到其体积过大以及热声转换效率低的限制。1999年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的Backhaus和Swift在Nature上发表了一篇文章，介绍他们研制的一台热声斯特林发动机，其热效率高达0.3，完全可以媲美传统的内燃机(0.25—0.4)和活塞式斯特林发动机(0.20-0.38)。这引起了世界各国科研工作人员和工业界的高度关注。这台机器的研制使得行波型热声发动机成为相关科研人员研究的热点。也使得热声斯特林发动机具有了实际应用的价值。

热声机可以利用不同温度的热源来实现热声转换。通常会利用高温热源(>300K)和室温(≈300K)在热声机的板叠(回热器)中形成温度梯度来产生热声效应。但是，也有研究人员对热声机工作在室温和低温(80K左右)区间内的情况进行了研究。比如H.Luck研究了低温下的热声震荡，从实验上说明了冷能驱动热声发动机的可行性。

而热声发动机反方向运转，即向系统内输入声功时，可以在冷端获得制冷量，即热声制冷机。而由热声发动机驱动的热声制冷机，整机无任何运动部件，也即无部件的磨损。理论上来说若运行工况不变，可一直按设计要求运行。所以这一优点对于航天应用来说具有重要意义。因为其工作部件需要保证长时间无故障运行。

另一方面，液化天然气在汽化时会吸收大量的热量，每吨的液化天然气在气化时要吸收830,000KJ的热量，转化为电能为230千瓦时。2014年中国液化天然气进口量为1985万吨，其冷量折合电量为45.6亿千瓦时。如果能将这部分能量利用起来，也具有很大的经济和环保价值。当前液化天然气冷能的利用方式主要有冷能发电、空气分离、作为低温冷库的冷源等。这些系统一般比较复杂，需要复杂的设备和系统。更常规的做法是直接用海水与液化天然气进行换热，带走这部分热量，但这样会对海洋生态环境造成一定的影响。

中国专利201510476949.3公开了一种液化天然气冷能驱动的热声系统，该热声系统包括热源、液化天然气冷源，以及依次连接的热端换热器、回热器、冷端换热器和谐振腔，所述的热端换热器连接热源，所述的冷端换热器和谐振管设置在液化天然气冷源中；利用热端换热器和冷端换热器的温差，在回热器内部建立温度梯度，从而在谐振管中产生压力波动，将冷能转化为声功。但由于热声系统的冷端换热器和谐振管均处于低温环境下，其输出功无法直接被利用需要将低温环境中产生的声功传输到室温下再加以利用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用液化天然气冷能的热声发动机装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种热声发动机装置，包括热声发动机组件和声功利用组件，所述的热声发动机组件置入低温环境中工作，所述的声功利用组件在室温环境中工作，所述的热声发动机装置还包括声功输出组件，其两端分别连接热声发动机组件和声功利用组件。

所述的声功输出组件为用于连接低温环境中的热声发动机组件和室温环境中的声功利用组件的脉管或长活塞。

所述的脉管的尺寸与热声发动机组件的输出的声功压力波的幅值和频率匹配，脉管连接低温环境和室温环境，将低温环境中产生的功传输至室温；

所述的长活塞由电木、玻璃钢或不锈钢等材料制成。