一種行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其由至少三臺行波熱聲發(fā)動機、至少一臺行波熱聲制冷機和直線電機及諧振單元組成；行波熱聲發(fā)動機通過諧振單元首尾相連構(gòu)成環(huán)路；行波熱聲制冷機一端旁接于諧振單元，另一端與直線發(fā)電機相連；系統(tǒng)通過行波熱聲發(fā)動機將熱能轉(zhuǎn)化成聲功，行波熱聲制冷機利用一部分聲功實現(xiàn)制冷，直線發(fā)電機將制冷機出口聲功轉(zhuǎn)化為電能，并為行波熱聲制冷機提供適合的相位，提高制冷機性能；各冷卻機的冷卻水溫度升高用于生活供熱；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本系統(tǒng)可在一個裝置中實現(xiàn)冷能與電能的同時產(chǎn)出，系統(tǒng)復(fù)雜度降低，可靠性提高，具有效率高、功率靈活等優(yōu)點；可應(yīng)用于太陽能、工業(yè)余熱、生物質(zhì)能等能源利用領(lǐng)域。
【專利說明】一種行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，特別是一種行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)生產(chǎn)及居民生活中的很多場合都同時需要冷、熱、電資源。能源領(lǐng)域多年前就提出了分布式的冷熱電聯(lián)供方案，可以同時提供電力、生活用冷能和熱能?，F(xiàn)有的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)多以天然氣或液體燃料為一次能源，利用燃氣輪機、內(nèi)燃機或蒸汽輪機產(chǎn)生電能、再利用吸收式或吸附式制冷將上述系統(tǒng)的較高溫余熱轉(zhuǎn)化為冷能，流程中略高于環(huán)境溫度的余熱用于生活供熱。通過能源的梯級利用，一方面實現(xiàn)了冷熱電的同時輸出，另一方面也提高了一次能源的綜合利用率。但是，傳統(tǒng)的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)通常至少由一個發(fā)電子系統(tǒng)和一個制冷子系統(tǒng)構(gòu)成,有時甚至由多個子系統(tǒng)I禹合在一起,系統(tǒng)復(fù)雜度較高。此外，由于制冷技術(shù)的限制，制冷溫度不能進一步降低；而且小功率系統(tǒng)性能低下等問題，限制了在其它領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)基于熱聲熱機原理，在一個裝置中同時實現(xiàn)冷、熱、電的輸出。它利用行波熱聲發(fā)動機將熱能轉(zhuǎn)化成聲功，具有能源適應(yīng)性好、可靠性高、功率靈活、效率高等顯著優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于太陽能、生物質(zhì)能、工業(yè)余熱回收等領(lǐng)域。產(chǎn)生的機械能可以用來驅(qū)動行波熱聲制冷機及直線發(fā)電機，分別實現(xiàn)機械能到冷能和電能的轉(zhuǎn)化，具有很好的應(yīng)用前景。單級行波熱聲發(fā)動機分別驅(qū)動熱聲制冷機和直線發(fā)電機的裝置已經(jīng)存在。通常將熱聲制冷機的一端旁接于行波熱聲發(fā)動機的某一位置，另一端則連接針閥或慣性管及氣庫等方式消耗熱聲制冷機出口的膨脹功。理論上，制冷機冷端換熱器出口的聲功量大于獲得的制冷量。在溫度較低時，比如液氮溫度以下，由于膨脹功的量相對于熱聲制冷機入口聲功較小，可以不考慮回收。但在更高溫度時，由于膨脹功的量較大，不回收膨脹功將對制冷機性能產(chǎn)生很大影響，而且溫度越高影響越大。專利(申請?zhí)?200610049129)提供了一種可回收聲功式的行波熱聲發(fā)動機驅(qū)動行波熱聲制冷機的裝置，行波熱聲制冷機的膨脹功被重新送到發(fā)動機。然而，這種方式使得制冷機與發(fā)動機間的耦合度大大增加，系統(tǒng)設(shè)計及制作難度都大幅增加。單級行波熱聲發(fā)動機驅(qū)動直線發(fā)電機也已經(jīng)被實驗所驗證，直線發(fā)電機旁接于行波熱聲發(fā)動機的諧振管入口或其它地方。通過調(diào)節(jié)直線發(fā)電機的聲阻抗，可以獲得較好整機性能。多個行波熱聲發(fā)動機分別驅(qū)動制冷機和發(fā)電機的構(gòu)想也已經(jīng)存在。專利(申請?zhí)?201110101971)公布一種雙作用行波熱聲發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)中采用了三個及三個以個的行波熱聲發(fā)動機，在兩個行波熱聲發(fā)動機間串聯(lián)了一個直線發(fā)電機。該發(fā)明可以實現(xiàn)熱能到電能的轉(zhuǎn)化，但存在發(fā)動機與發(fā)電機間耦合困難等問題。專利申請(申請?zhí)?201110103954)公布了一種雙作用行波熱聲發(fā)動機驅(qū)動行波熱聲制冷機系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)由至少三臺行波熱聲發(fā)動機I和行波熱聲制冷機2組成。行波熱聲發(fā)動機I包括發(fā)動機主冷卻器101、發(fā)動機回?zé)崞?02、熱端換熱器103、發(fā)動機熱緩沖管105及發(fā)動機次冷卻器107。行波熱聲制冷機2包括制冷機主冷卻器201、制冷機回?zé)崞?02、冷端換熱器203、制冷機熱緩沖管205及制冷機次冷卻器207。多臺行波熱聲發(fā)動機通過相同數(shù)量的諧振單元首尾連接構(gòu)成環(huán)路，行波熱聲制冷機的兩端分別接旁接于發(fā)動機主冷卻器一端及諧振單元的另一端，可使得行波熱聲制冷機出口的膨脹功能返回到行波熱聲發(fā)動機中。發(fā)動機熱端換熱器103吸收熱量，發(fā)動機主冷卻器101放出熱量，在發(fā)動機回?zé)崞?02兩端構(gòu)建溫度差，使發(fā)動機回?zé)崞?02內(nèi)形成溫度梯度。在該溫度梯度的作用下，發(fā)動機回?zé)崞?02將熱能轉(zhuǎn)化成聲功。該行波熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的聲功一部分經(jīng)諧振單兀向外輸出，一部分傳輸?shù)较乱徊叫胁崧暟l(fā)動機的主冷卻器，另一部分進入行波熱聲制冷機2中產(chǎn)生制冷，從行波熱聲制冷機2出口的聲功又回到發(fā)動機環(huán)路中，與另外一部分聲功一起進入到下一級行波熱聲發(fā)動機中被該級發(fā)動機的回?zé)崞鞣糯?，如此循環(huán)構(gòu)成系統(tǒng)。實際上，將這里的諧振單元換成直線發(fā)電機，也可以產(chǎn)生電能，最終構(gòu)成冷熱電系統(tǒng)。然而，由于制冷機在發(fā)動機環(huán)路上的接入點過多，系統(tǒng)中聲功分布極為復(fù)雜，很難進行設(shè)計與制作?？傊?，現(xiàn)有的發(fā)明還不能提供一種冷熱電聯(lián)供的簡單、有效和高效技術(shù)途徑。
[0004]本申請正是基于以上冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中存在的問題，提出了一種新型的設(shè)計，可以滿足結(jié)構(gòu)簡單、功率靈活、效率高的冷熱電聯(lián)供的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明提供的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其由至少三臺行波熱聲發(fā)動機1、至少一臺行波熱聲制冷機2、至少一臺直線電機3和諧振單元組成；所述的至少三臺行波熱聲發(fā)動機I通過諧振單元首尾相連以構(gòu)成環(huán)形回路；
[0007]每一臺行波熱聲發(fā)動機I均包括:依次相連的發(fā)動機主冷卻器101、發(fā)動機回?zé)崞?02、發(fā)動機熱端換熱器103、發(fā)動機熱緩沖管105和發(fā)動機次冷卻器107 ；
[0008]所述的行波熱聲制冷機2包括:依次相連的制冷機主冷卻器201、制冷機回?zé)崞?02、制冷機冷端換熱器203、制冷機熱緩沖管205和制冷機次冷卻器207 ;其特征在于:
[0009]所述的每一臺行波熱聲發(fā)動機I還包括連接于發(fā)動機熱端換熱器103與發(fā)動機熱緩沖管105間的熱端層流化元件104和連接于發(fā)動機熱緩沖管105與發(fā)動機次冷卻器107間的發(fā)動機室溫端層流化元件106 ；
[0010]所述的行波熱聲制冷機2還包括連接于制冷機冷端換熱器203與制冷機熱緩沖管205間的冷端層流化元件204和連接于制冷機熱緩沖管205與制冷機次冷卻(207間的制冷機室溫端層流化元件206 ；
[0011]所述的行波熱聲制冷機2的一端旁接于所述的諧振單元的一端，另一端與所述的直線發(fā)電機3相連接；
[0012]所述的諧振單元二端分別連接第一變徑管108和第二變徑管110，所述第一變徑管108接于每一臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機次冷卻器107端，所述的第二變徑管110接于每一臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機主冷卻器101端；所述第二變徑管110內(nèi)部放置一直流抑制兀件111 ;
[0013]所述的直線發(fā)電機3由兩個對置放置的直線電機組成；所述的直線電機由活塞301、支撐單元302、定子線圈303、動子磁體304及外殼305組成；所述的直線發(fā)電機3與所述的行波熱聲制冷機2相連；
[0014]所述每臺行波熱聲發(fā)動機I的熱端換熱器103與一高于環(huán)境溫度的高溫?zé)嵩聪噙B以吸收該高溫?zé)嵩吹臒崃啃纬筛邷囟?；所述的發(fā)動機主冷卻器101和發(fā)動機次冷卻器107分別與冷卻水相連，將熱量釋放給冷卻水，冷卻水溫度升高；在每臺所述的行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機回?zé)崞?02上形成溫度梯度，在該溫度梯度條件下，熱能轉(zhuǎn)化成聲功；上一臺行波熱聲發(fā)動機I傳遞過來的聲功在該臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機回?zé)崞?02中得以放大，放大的聲功沿著溫度梯度的正方向傳播，依次經(jīng)過該臺行波熱聲發(fā)動機I的熱端換熱器103、發(fā)動機熱緩沖管105、發(fā)動機次冷卻器107和第一變徑管108向諧振管109及行波熱聲制冷機2輸出；一部分聲功進入行波熱聲制冷機2中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，熱量從冷端換熱器203輸送到制冷機主冷卻器201并釋放給冷卻水，冷卻水溫度升高；行波熱聲制冷機2的冷端換熱器203出口的聲功經(jīng)制冷機熱緩沖管205及制冷機次冷卻器207到達直線發(fā)電機3，驅(qū)動直線發(fā)電機3的活塞301及動子磁體304做往復(fù)運動，動子磁體304在定子線圈303中運動，造成定子線圈303中磁通量的變化；定子線圈303中將產(chǎn)生用以驅(qū)動電負載的感應(yīng)電動勢，而完成聲功到電能的轉(zhuǎn)化；剩余聲功沿所述諧振管109傳播到下一臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機主冷卻器101，并在該下一臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機回?zé)崞鞯臏囟忍荻认路糯?；如此循環(huán)構(gòu)成行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
[0015]所述的諧振單元為諧振管109、固體諧振單元112或液體諧振單元113。
[0016]所述的行波熱聲制冷機2 —端旁接于所述諧振管109的端部或諧振管109上的任意位置處。
[0017]所述的固體諧振單元112由一個氣缸和直線往復(fù)運動于該氣缸中的一個固體活塞組成。
[0018]所述的液體諧振單元113為裝有液體的U型管。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點在于:該行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以在同一裝置中實現(xiàn)冷、熱、電三種資源，大大簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜度。同時，還可以實現(xiàn)寬溫區(qū)的制冷。此外，該行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)具有很好的熱源適應(yīng)性，可以利用天然氣、各種液體固體燃料，也可以利用太陽能。因此，本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)更具有實用價值和應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有的雙作用行波熱聲制冷/發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實施例1)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實施例2)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實施例3)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實施例4)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實施例5)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖7為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實施例6)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以在同一裝置中實現(xiàn)冷、熱、電三種資源，大大簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜度。同時，還可以實現(xiàn)寬溫區(qū)的制冷。此外，該行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)具有很好的熱源適應(yīng)性，可以利用天然氣、各種液體固體燃料，也可以利用太陽能；因此本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)更具有實用價值和應(yīng)用前景。[0028]下面通過附圖及實施例進一步描述本發(fā)明。
[0029]實施例1:
[0030]圖2為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實施例1)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本實施例的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)由三臺行波熱聲發(fā)動機1、三臺行波熱聲制冷機2、三臺直線電機3和諧振管109組成；
[0031]每臺行波熱聲發(fā)動機I均包括依次相連的發(fā)動機主冷卻器101、發(fā)動機回?zé)崞?02、發(fā)動機熱端換熱器103、發(fā)動機熱端層流化元件104、發(fā)動機熱緩沖管105、發(fā)動機室溫端層流化元件106和發(fā)動機次冷卻器107 ；
[0032]每臺行波熱聲制冷機2均包括依次相連的制冷機主冷卻器201、制冷機回?zé)崞?02、制冷機冷端換熱器203、制冷機冷端層流化元件204、制冷機熱緩沖管205、制冷機室溫端層流化元件206和制冷機次冷卻器207 ；
[0033]所述的三臺行波熱聲發(fā)動機I通過諧振管109首尾相連以構(gòu)成環(huán)路回路；所述三臺行波熱聲制冷機2的制冷機主冷卻器201端分別旁接于諧振管109上，三臺行波熱聲制冷機2的另一端分別連接一直線發(fā)電機3 ；
[0034]相鄰二行波熱聲發(fā)動機I之間諧振管109的近發(fā)動機次冷卻器107端連接第一變徑管108，相鄰二行波熱聲發(fā)動機I之間諧振管109的另一端連接第二變徑管110 ;第二變徑管110內(nèi)部還放置有一直流抑制元件111 ;
[0035]每一直線發(fā)電機3均由兩個對置放置的直線電機組成；每一直線電機均由活塞301、支撐單元302、定子線圈303、動子磁體304及外殼305組成；
[0036]每臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機熱端換熱器103與一高于環(huán)境溫度的高溫?zé)嵩聪噙B以吸收該高溫?zé)嵩吹臒崃啃纬筛邷囟?；每臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機主冷卻器101和發(fā)動機次冷卻器107分別與裝有冷卻水的水冷器相連，將熱量釋放給水冷器的冷卻水；如此，在每臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機回?zé)崞?02上形成溫度梯度，在該溫度梯度條件下，熱能轉(zhuǎn)化成聲功；上一臺行波熱聲發(fā)動機I傳遞過來的聲功在該臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機回?zé)崞?02中得以放大，放大的聲功沿著溫度梯度的正方向傳播，依次經(jīng)過該臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機熱端換熱器103、發(fā)動機熱緩沖管(105)、發(fā)動機次冷卻器107和第一變徑管108向諧振管(109)及行波熱聲制冷機2輸出；一部分聲功進入行波熱聲制冷機2中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，熱量從制冷機冷端換熱器203輸送到制冷機主冷卻器201并釋放給水冷器的冷卻水，冷卻水溫度升高；行波熱聲制冷機2的制冷機冷端換熱器203出口的聲功經(jīng)制冷機熱緩沖管205及制冷機次冷卻器207到達直線發(fā)電機3，并驅(qū)動直線發(fā)電機3的活塞301及動子磁體304做往復(fù)運動，動子磁體304在定子線圈303中運動，造成定子線圈303中磁通量的變化；定子線圈303中將產(chǎn)生用以驅(qū)動電負載的感應(yīng)電動勢，而完成聲功到電能的轉(zhuǎn)化；剩余聲功沿諧振管109傳播到下一臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機主冷卻器101，并在該下一臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機回?zé)崞鞯臏囟忍荻认略俜糯?；如此循環(huán)構(gòu)成行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
[0037]由此，在各行波熱聲制冷機的制冷機冷端換熱器203處獲得制冷量；各直線發(fā)電機輸出電功、流出各冷卻器的冷卻水吸收熱量后溫度上升，再在所需場合對外供熱，以構(gòu)成本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的實施例1。
[0038]實施例2:[0039]圖3為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實施例2)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本實施例的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)其由三臺行波熱聲發(fā)動機1、一臺行波熱聲制冷機2、一臺直線電機3和諧振管109組成；
[0040]每臺行波熱聲發(fā)動機I均包括依次相連的發(fā)動機主冷卻器101、發(fā)動機回?zé)崞?02、發(fā)動機熱端換熱器103、發(fā)動機熱端層流化元件104、發(fā)動機熱緩沖管105、發(fā)動機室溫端層流化元件106和發(fā)動機次冷卻器107 ；
[0041]本實施例就只有一臺行波熱聲制冷機2，該臺行波熱聲制冷機2包括依次相連的制冷機主冷卻器201、制冷機回?zé)崞?02、制冷機冷端換熱器203、制冷機冷端層流化元件204、制冷機熱緩沖管205、制冷機室溫端層流化元件206和制冷機次冷卻器207 ；
[0042]本實施例的三臺行波熱聲發(fā)動機I通過諧振管109首尾相連以構(gòu)成環(huán)路回路；
[0043]該臺行波熱聲制冷機2的制冷機主冷卻器201端旁接于一諧振管109上，該臺行波熱聲制冷機2的另一端連接直線發(fā)電機3 ；
[0044]相鄰二行波熱聲發(fā)動機I之間的諧振管109的近發(fā)動機次冷卻器107端連接第一變徑管108，相鄰二行波熱聲發(fā)動機I之間的諧振管109的另一端連接第二變徑管110 ;第二變徑管110內(nèi)部還放置有一直流抑制元件111 ;
[0045]直線發(fā)電機3由兩個對置放置的直線電機組成；每一直線電機均由活塞301、支撐單元302、定子線圈303、動子磁體304及外殼305組成；
[0046]每臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機熱端換熱器103與一高于環(huán)境溫度的高溫?zé)嵩聪噙B以吸收該高溫?zé)嵩吹臒崃啃纬筛邷囟?；每臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機主冷卻器101和發(fā)動機次冷卻器107分別與裝有冷卻水的水冷器相連，將熱量釋放給冷卻水，冷卻水溫度升高；在每臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機回?zé)崞?02上形成溫度梯度，在該溫度梯度條件下，熱能轉(zhuǎn)化成聲功；上一臺行波熱聲發(fā)動機I傳遞過來的聲功在該臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機回?zé)崞?02中得以放大，放大的聲功沿著溫度梯度的正方向傳播，依次經(jīng)過該臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機熱端換熱器103、發(fā)動機熱緩沖管105、發(fā)動機次冷卻器107和第一變徑管108向諧振管109輸出；若諧振管109旁接有行波熱聲制冷機2及直線發(fā)電機3時，一部分聲功進入該行波熱聲制冷機2中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，熱量從制冷機冷端換熱器203輸送到制冷機主冷卻器201并釋放給水冷器的冷卻水，冷卻水溫度升高；該行波熱聲制冷機2的制冷機冷端換熱器203出口的聲功經(jīng)制冷機熱緩沖管205及制冷機次冷卻器207到達直線發(fā)電機3，以驅(qū)動直線發(fā)電機3的活塞301及動子磁體304做往復(fù)運動，動子磁體304在定子線圈303中運動，造成定子線圈303中磁通量的變化；定子線圈303中將產(chǎn)生用以驅(qū)動電負載的感應(yīng)電動勢，而完成聲功到電能的轉(zhuǎn)化；剩余聲功沿諧振管109傳播到下一臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機主冷卻器101 ;若諧振管109未旁接行波熱聲制冷機及直線發(fā)電機，則所有聲功經(jīng)諧振管109傳播到下一臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機主冷卻器101 ;該進入下一臺發(fā)動機主冷卻器101的聲功在該行波熱聲發(fā)動機的發(fā)動機回?zé)崞?02的溫度梯度下放大；如此循環(huán)構(gòu)成行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)；
[0047]由此，在行波熱聲制冷機的制冷機冷端換熱器203處獲得了制冷量；在各直線發(fā)電機輸出了電功；流出各冷卻器的冷卻水吸收了熱量后溫度上升，再在所需場合對外供熱；由此構(gòu)成了一個行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的實施例2。
[0048]容易得出:本實施例系統(tǒng)也可以有兩臺行波熱聲制冷機及直線發(fā)電機，即三個行波熱聲發(fā)動機I驅(qū)動兩臺行波熱聲制冷機2及兩臺直線發(fā)電機3工作；這樣，使得系統(tǒng)在實際運行時可以根據(jù)需求來調(diào)整行波熱聲制冷機及直線發(fā)電機的運行數(shù)量。
[0049]實施例3:
[0050]圖4為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實施例3)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本實施例包含有四個行波熱聲發(fā)動機1、四臺行波熱聲制冷機2、四臺直線發(fā)電機3及四段諧振管109組成；該四臺行波熱聲發(fā)動機I通過諧振管109首尾相連以構(gòu)成環(huán)路回路；且在每一個諧振管109上均旁接一臺行波熱聲制冷機2及直線發(fā)電機3。實際上，行波熱聲制冷機2及直線發(fā)電機3可以分別旁接于諧振管109端部或諧振管109上的任意位置處。
[0051]實施例4:
[0052]圖5為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實施例4)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，本實施例的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)由六臺行波熱聲發(fā)動機1、六臺行波熱聲制冷機2、六臺直線電機3及六段諧振管109組成；該六臺行波熱聲發(fā)動機I通過諧振管109首尾相連以構(gòu)成環(huán)路回路；且在每一個諧振管上均旁接一臺行波熱聲制冷機2及直線發(fā)電機3 ;同樣的，行波熱聲制冷機2及直線發(fā)電機3可以分別旁接于諧振管109端部或諧振管109上的任意位置處。
[0053]理論上，可以將任意多個且在每一個諧振管上均旁接一臺行波熱聲制冷機及直線發(fā)電機后串聯(lián)組成環(huán)路，實際情況下需要結(jié)合回?zé)崞魈幍穆晥鱿辔缓拖到y(tǒng)的功率密度等條件，選擇合適的臺數(shù)。
[0054]實施例5:
[0055]圖6為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實施例5)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，本實施例種行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其由三臺行波熱聲發(fā)動機1、三臺行波熱聲制冷機2、三臺直線電機3和固體諧振單元112組成；所述的三臺行波熱聲發(fā)動機I通過固體諧振單元112首尾相連以構(gòu)成環(huán)路回路；所述每臺行波熱聲制冷機2的一端旁接于固體諧振單元112的一端上，另一端與所述的直線發(fā)電機3相連接。
[0056]每臺所述的行波熱聲發(fā)動機I均包括:依次相連的發(fā)動機主冷卻器101、發(fā)動機回?zé)崞?02、發(fā)動機熱端換熱器103、發(fā)動機熱緩沖管105、發(fā)動機次冷卻器107以及連接于熱端換熱器103與發(fā)動機熱緩沖管105間的熱端層流化元件104和連接于發(fā)動機熱緩沖管105與發(fā)動機次冷卻器107間的發(fā)動機室溫端層流化元件106 ;所述的固體諧振單元112 二端分別連接第一變徑管108和第二變徑管110，所述第一變徑管108接于每一臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機次冷卻器107端，第二變徑管110接于每一臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機主冷卻器101端；第二變徑管110內(nèi)部還放置一直流抑制元件111。
[0057]所述的行波熱聲制冷機2包括:依次相連的制冷機主冷卻器201、制冷機回?zé)崞?02、冷端換熱器203、制冷機熱緩沖管205、制冷機次冷卻器207以及連接于冷端換熱器203與制冷機熱緩沖管205間的冷端層流化元件204和連接于制冷機熱緩沖管205與制冷機次冷卻器207間的制冷機室溫端層流化元件206。
[0058]所述的直線發(fā)電機3由兩個對置放置的直線電機組成；所述的直線電機由活塞301、支撐單元302、定子線圈303、動子磁體304及外殼305組成；所述的直線發(fā)電機3與所述的行波熱聲制冷機2相連；
[0059]所述每臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機熱端換熱器103與一高于環(huán)境溫度的高溫?zé)嵩聪噙B以吸收該高溫?zé)嵩吹臒崃啃纬筛邷囟耍凰龅陌l(fā)動機主冷卻器101和發(fā)動機次冷卻器107分別與水冷器相連，將熱量釋放給其中的冷卻水，冷卻水溫度升高；在每臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機回?zé)崞?02上形成溫度梯度，在該溫度梯度條件下，熱能轉(zhuǎn)化成聲功；上一臺行波熱聲發(fā)動機I傳遞過來的聲功在該臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機回?zé)崞?02中得以放大，放大的聲功沿著溫度梯度的正方向傳播，依次經(jīng)過該臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機熱端換熱器103、發(fā)動機熱緩沖管105、發(fā)動機次冷卻器107和第一變徑管108向固體諧振單元112及行波熱聲制冷機2輸出；一部分聲功進入行波熱聲制冷機2中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，熱量從制冷劑冷端換熱器203輸送到制冷機主冷卻器201并釋放給冷卻水，冷卻水溫度升高；行波熱聲制冷機2的制冷機冷端換熱器203出口的聲功經(jīng)制冷機熱緩沖管205及制冷機次冷卻器207到達直線發(fā)電機3，以驅(qū)動直線發(fā)電機3的活塞301及動子磁體304做往復(fù)運動，動子磁體304在定子線圈303中運動，造成定子線圈303中磁通量的變化；定子線圈303中將產(chǎn)生用以驅(qū)動電負載的感應(yīng)電動勢，而完成聲功到電能的轉(zhuǎn)化；剩余聲功被所述固體諧振單元112傳播到下一臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機主冷卻器101，并在該下一臺行波熱聲發(fā)動機I的發(fā)動機回?zé)崞鞯臏囟忍荻认路糯?；如此循環(huán)構(gòu)成行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
[0060]由此，在各行波熱聲制冷機的冷端換熱器獲得了制冷量；在各直線發(fā)電機輸出了電功；流出各冷卻器的冷卻水吸收了熱量后溫度上升，再在所需場合對外供熱。構(gòu)成了本發(fā)明行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的實施例5。
[0061]本實施例的固體諧振單元112由一個活塞及氣缸組成，活塞可在氣缸內(nèi)作直線往復(fù)運動。
[0062]實施例6:
[0063]圖7為本發(fā)明的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(實施例6)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7 (圖7的二端相連，整個系統(tǒng)為環(huán)形結(jié)構(gòu))所示，與實施例5不同，本實施例采用液體諧振單元113替代固體諧振單元或諧振管來連接行波熱聲發(fā)動機I構(gòu)成環(huán)路；行波熱聲制冷機2及直線發(fā)電機3旁接于液體諧振單元113的兩端之一；液體諧振單元113的液體放置于U型管中；所述液體可以為任意液體。
[0064]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，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施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；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)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其由至少三臺行波熱聲發(fā)動機(1)、至少一臺行波熱聲制冷機(2)、至少一臺直線電機(3)和諧振單元組成；所述的至少三臺行波熱聲發(fā)動機(1)通過諧振單元首尾相連以構(gòu)成環(huán)形回路； 每一臺行波熱聲發(fā)動機(I)均包括:依次相連的發(fā)動機主冷卻器(101)、發(fā)動機回?zé)崞?102)、發(fā)動機熱端換熱器(103)、發(fā)動機熱緩沖管(105)和發(fā)動機次冷卻器(107); 所述的行波熱聲制冷機(2)包括:依次相連的制冷機主冷卻器(201)、制冷機回?zé)崞?202)、制冷機冷端換熱器(203)、制冷機熱緩沖管(205)和制冷機次冷卻器(207);其特征在于: 所述的每一臺行波熱聲發(fā)動機(1)還包括連接于發(fā)動機熱端換熱器(103)與發(fā)動機熱緩沖管(105)間的熱端層流化元件(104)和連接于發(fā)動機熱緩沖管(105)與發(fā)動機次冷卻器(107)間的發(fā)動機室溫端層流化元件(106)； 所述的行波熱聲制冷機(2)還包括連接于制冷機冷端換熱器(203)與制冷機熱緩沖管(205)間的冷端層流化元件(204)和連接于制冷機熱緩沖管(205)與制冷機次冷卻器(207)間的制冷機室溫端層流化元件(206)； 所述的行波熱聲制冷機(2)的一端旁接于所述的諧振單元的一端，另一端與所述的直線發(fā)電機(3)相連接； 所述的諧振單元二端分別連接第一變徑管(108)和第二變徑管(110)，所述第一變徑管(108)接于每一臺行波熱聲發(fā)動機(I)的發(fā)動機次冷卻器(107)端，所述的第二變徑管(110)接于每一臺行波熱聲發(fā)動機(I)的發(fā)動機主冷卻器(101)端；所述第二變徑管(110)內(nèi)部放直一直流抑制兀件(111)； 所述的直線發(fā)電機(3)由兩個對置放置的直線電機組成；所述的直線電機由活塞(301)、支撐單元(302)、定子線圈(303)、動子磁體(304)及外殼(305)組成；所述的直線發(fā)電機(3)與所述的行波熱聲制冷機(2)相連； 所述每臺行波熱聲發(fā)動機(1)的熱端換熱器(103)與一高于環(huán)境溫度的高溫?zé)嵩聪噙B以吸收該高溫?zé)嵩吹臒崃啃纬筛邷囟耍凰龅陌l(fā)動機主冷卻器(101)和發(fā)動機次冷卻器(107)分別與冷卻水相連，將熱量釋放給冷卻水，冷卻水溫度升高；在每臺所述的行波熱聲發(fā)動機(I)的發(fā)動機回?zé)崞?102)上形成溫度梯度，在該溫度梯度條件下，熱能轉(zhuǎn)化成聲功；上一臺行波熱聲發(fā)動機(1)傳遞過來的聲功在該臺行波熱聲發(fā)動機(1)的發(fā)動機回?zé)崞?102)中得以放大，放大的聲功沿著溫度梯度的正方向傳播，依次經(jīng)過該臺行波熱聲發(fā)動機(I)的熱端換熱器(103)、發(fā)動機熱緩沖管(105)、發(fā)動機次冷卻器(107)和第一變徑管(108)向諧振管(109)及行波熱聲制冷機(2)輸出；一部分聲功進入行波熱聲制冷機(2)中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，熱量從冷端換熱器(203)輸送到制冷機主冷卻器(201)并釋放給冷卻水，冷卻水溫度升高；行波熱聲制冷機(2)的冷端換熱器(203)出口的聲功經(jīng)制冷機熱緩沖管(205)及制冷機次冷卻器(207)到達直線發(fā)電機(3)，驅(qū)動直線發(fā)電機(3)的活塞(301)及動子磁體(304 )做往復(fù)運動，動子磁體(304 )在定子線圈(303 )中運動，造成定子線圈(303 )中磁通量的變化；定子線圈(303)中將產(chǎn)生用以驅(qū)動電負載的感應(yīng)電動勢，而完成聲功到電能的轉(zhuǎn)化；剩余聲 功沿所述諧振管(109)傳播到下一臺行波熱聲發(fā)動機(I)的發(fā)動機主冷卻器(101)，并在該下一臺行波熱聲發(fā)動機(I)的發(fā)動機回?zé)崞鞯臏囟忍荻认路糯?；如此循環(huán)構(gòu)成行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
2.按權(quán)利要求書I所述的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的諧振單元為諧振管(109 )、固體諧振單元(112)或液體諧振單元(113)。
3.按權(quán)利要求書2所述的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的行波熱聲制冷機(2) —端旁接于所述諧振管(109)的端部或諧振管(109)上的任意位置處。
4.按權(quán)利要求書2所述的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的固體諧振單元(112)由一個氣缸和直線往復(fù)運動于該氣缸中的一個固體活塞組成。
5.按權(quán)利要求書2所述的行波熱聲冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述的液體諧振單元(113)為裝有液 體的U型管。
【文檔編號】F03G7/00GK103835903SQ201410095342
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】吳張華, 羅二倉, 張麗敏, 陳燕燕, 戴巍, 李東輝, 畢天驕 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所