[发明专利]热声驱动机组、热声发动机及热声热泵系统

说明书

本发明涉及能源利用设备技术领域，尤其涉及一种热声驱动机组、热声发动机及热声热泵系统。该热声驱动机组包括多级发动机组件，多级所述发动机组件之间逐级并联耦合，以逐级放大声波能量，从而确保发动机组件中的回热器内横截面上的能量流动均匀、温度分布均匀，从而大幅提高热声发动机及热声热泵系统的工作效率。该热声发动机利用压缩机向热声驱动机组内输送压力波，以在热声驱动机组内形成声波能量，并将声波能量逐级放大后转化为电能，从而实现高效回收并转化低品位热能，实现能源的回收利用。该热声热泵系统通过将热声发动机与热声热泵对应耦合连接，使得该系统既能有效利用低品位热量，实现高效的制冷或供热功能。

技术领域

本发明涉及能源利用设备技术领域，尤其涉及一种热声驱动机组、热声发动机及热声热泵系统。

背景技术

热声发动机是将热能转换为声波形式的机械能的新型动力装置，热能可以包括各种形式，例如太阳能，工业废热，燃烧热等；热声热泵则是将声波形式的机械能转化为热能，实现泵热或者制冷的装置，广义的热泵包括制冷机和供热机，前者是获得冷量，后者是为了获得热量。

在目前现有的热声发动机中，为了能实现能量逐级转换，充分利用低品位热能，通常将多组发动机组件首尾连接，形成串联结构，但是上述的这种结构中，为了便于能量匹配，系统中相邻两级发动机组件的尺寸不同，通常在后一级的发动机组件的直径大于在前一级的发动机组件的直径，但由于每级发动机组件的长度基本保持不变，在热声发动机中，随着多级发动机组件的增设，靠后的发动机组件将变成扁而粗的结构，这种结构对于保持发动机回热器的内横截面上的能量流动均匀性和温度分布均匀性来说，是非常困难的，能量流动不均匀和温度分布不均匀均会严重降低发动机性能，从而导致系统的工作效率下降；此外，各级发动机组件及各级热泵组件的尺寸不同，会导致在工业生产中需要调配不同生产线进行生产，极大的增加了制造成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种热声驱动机组、热声发动机及热声热泵系统，通过并联耦合优化系统结构，确保发动机组件中的回热器内横截面上的能量流动均匀、温度分布均匀，从而大幅提高热声发动机及热声热泵系统的工作效率。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热声驱动机组，包括多级发动机组件，多级所述发动机组件之间逐级并联耦合，以逐级放大声波能量。

进一步的，每一级所述发动机组件均包括至少一个能量放大单元；以及在相邻的两级所述发动机组件中，后一级的至少两个所述能量放大单元的能量输入端、分别并联耦合在前一级的同一个所述能量放大单元的能量输出端上。

进一步的，多级所述发动机组件中，第一级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个所述能量放大单元，其余各级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少两个所述能量放大单元。

进一步的，每个所述能量放大单元均预设有能量放大比例，则任一级所述发动机组件中的能量放大单元的数量满足：

m＝A^(n-1)

其中，m为第n级所述发动机组件中的能量放大单元的数量，A为所述能量放大比例。

进一步的，其特征在于，所述能量放大单元包括：顺次连接在所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间的发动机主水冷器、发动机回热器和加热器。

进一步的，所述能量放大单元还包括发动机调相机构，所述发动机调相机构设置于加热器与发动机组件的能量输出端之间。

进一步的，各级所述发动机组件之间通过谐振子逐级并联耦合，所述谐振子用于在各级所述发动机组件之间形成行波声场。