一種環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的環(huán)路型聲學共振型壓縮機系統(tǒng)，其包括：其包括：N個首尾相連并構(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)動機、諧振管及第一彈性膜組成，N為3～10的正整數(shù)，每個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)動機產(chǎn)生的聲功輸入到高壓氣源內(nèi)通過高低壓閥門的開閉配合達到給低壓氣體加壓目的；系統(tǒng)實現(xiàn)了完全沒有運動部件和完全無油，可靠性進一步提升；該系統(tǒng)中實現(xiàn)純行波相位，每個熱聲單元的發(fā)動機產(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)通過改變充氣壓力和熱端溫度來調(diào)整單臺壓縮機壓比；還可多臺系統(tǒng)串聯(lián)以實現(xiàn)多級壓縮，具有良好的應用前景。
【專利說明】一種環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓縮機系統(tǒng)，特別是涉及一種新型的環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(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)天然氣的開發(fā)就已達到了與石油相當?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，我國的長輸天然氣管道正以年均6000km的增速進行建設(shè)。這些長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)濟的高速發(fā)展。天然氣長距離輸運所帶來的問題就是管道壓力的維持，壓縮機和驅(qū)動機的選型設(shè)計就成為是天然氣輸送管道工程中的主要工作內(nèi)容之一，是實現(xiàn)長距離輸送天然氣的重要保證。在市場經(jīng)濟條件下，對輸供氣的穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟性要求更高。另一方面，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，煤化工、石油化工和大化肥等行業(yè)迅速崛起，對大型大型空分設(shè)備的需求越來越多，而且這些大型裝置絕大部分對產(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低溫液體泵加壓工藝實現(xiàn)的，即通常所說的內(nèi)壓縮流程。對空氣、氮氣等氣體的增壓也是空分工程中的一大難題。
[0003]行波熱聲發(fā)動機因其具有運行可靠、使用壽命長、潛在效率高等優(yōu)點而受到人們的廣泛關(guān)注，用行波熱聲發(fā)動機作為壓縮機進行氣體增加還未有應用，本發(fā)明提出的環(huán)路聲功共振壓縮機系統(tǒng)便可用于各種氣體的加壓，系統(tǒng)可以實現(xiàn)完全無運動部件并且完全無油，進一步增加了可靠性。
[0004]對于熱聲熱聲發(fā)動機而言，其熱聲能量的轉(zhuǎn)換在很大程度上決定于壓力波動與體積流率波動之間的相位差。體積流率可表不成與壓力波動同相的行波分量和與壓力波動相位相差90°的駐波分量之和，純駐波即壓力波動與體積流率的相位差為90°時是不能產(chǎn)生聲功的，聲功的產(chǎn)生靠行波分量，即壓力波動與體積流率同相位的分量，因此使聲場中行波分量盡量增大對提高熱聲機械轉(zhuǎn)換效率具有積極的意義。
[0005]1979年美國的Gperley首次提出了行波熱聲發(fā)動機的概念，但由于對熱聲轉(zhuǎn)換機理理解的有限并且對降低行波熱聲發(fā)動機產(chǎn)生熱功轉(zhuǎn)換核心部件回熱器阻抗沒有提出有效降低的技術(shù)方案，因此并沒有研制出可工作的行波熱聲發(fā)動機。
[0006]1998年，在行波熱聲發(fā)動機發(fā)展之初，日本的Yazak1、Iwata等人提出了環(huán)形管行波熱聲發(fā)動機，如圖1所示，他們在實驗中采用激光多普勒測速儀測量了工作氣體振蕩速度，并意識到由于發(fā)動機板疊處工作氣體振蕩速度較大，造成了嚴重的粘性損失，限制了行波熱聲發(fā)動機的效率，但是并沒有提出妥善的解決方案。
[0007]隨后,美國的Backhaus和Swift等人提出的熱聲斯特林熱機及一些類似結(jié)構(gòu)的熱聲發(fā)動機，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為主，熱聲發(fā)動機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，其結(jié)構(gòu)與Yazaki等人環(huán)形管行波熱聲發(fā)動機類似，但是增大了回熱器的面積，如圖3所示，使得工作氣體振蕩速度在回熱器里有效降低，解決了 Yazaki等人環(huán)形管行波熱聲發(fā)動機回熱器中粘性損失的問題。但是在熱聲發(fā)動機中并未加入熱緩沖管結(jié)構(gòu)，會造成冷熱氣體混合，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)路中的直流會造成系統(tǒng)中氣體的定向流動，使得氣體換熱與回熱器、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課題組提出雙作用流程，如圖4所示，熱聲發(fā)動機與雙作用直線電機首尾相連形成環(huán)路，能夠回收聲功，極大的提高系統(tǒng)效率。但是雙作用電機的引入增加了系統(tǒng)不一致性問題，當其中一個電機與其他電機有差異時，這種差異會在環(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)動機、環(huán)路行波熱聲發(fā)動機、以及雙作用熱聲發(fā)動機中存在的問題，提出了一種新型的設(shè)計，即解決了回熱器處阻力過大以及諧振管體積過大的問題，又解決了 DeBlock環(huán)路系統(tǒng)中出現(xiàn)的冷熱損失、環(huán)路直流等問題，同時也解決了雙作用系統(tǒng)中不一致性的問題。環(huán)路聲學共振型熱聲壓縮機完全沒有運動部件且無油，提高了運行可靠性；環(huán)路中能實現(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)不僅可以用于一級壓縮，對于需求更高壓比的場合，只需要通過管道連接即可實現(xiàn)多級壓縮，在氣體壓縮領(lǐng)域有良好的應用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)路聲學共振壓縮機系統(tǒng)，利用熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的壓力波動進行氣體壓縮，實現(xiàn)了系統(tǒng)完全無運動部件，極大的提高了系統(tǒng)運行的可靠性；其優(yōu)點在于系統(tǒng)環(huán)路中各個位置都可實現(xiàn)行波相位，提高了系統(tǒng)的工作效率；并且可以根據(jù)所壓縮需要達到的壓比進行方便的調(diào)整，不僅可以通過改變充氣壓力和熱端溫度來調(diào)整單臺壓縮機壓比，而且可以利用多臺壓縮機實現(xiàn)多級壓縮。環(huán)路聲學共振壓縮機系統(tǒng)除了具有靈活便利的優(yōu)勢，更兼有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，潛在效率高等優(yōu)點，在氣體壓縮場合具有良好的應用前景。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0013]本發(fā)明提供的環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)，其包括:
[0014]N個首尾相連并構(gòu)成環(huán)路的熱聲單元；所述N個熱聲單元的每一熱聲單元均由依次串接的熱聲發(fā)動機、諧振管6以及第一彈性膜7組成，N為3?10的正整數(shù)，每個熱聲單元兩端體積流率的相位差為360° /N ；
[0015]一個裝有N個低壓單向閥門11的低壓氣源12 ；
[0016]一個裝有N個高壓單向閥門13的高壓氣源14 ;和N條第一連接管10 ；
[0017]所述低壓氣源12的每一低壓單向閥門11均通過一條第一連接管10和一個高壓單向閥門13與所述的高壓氣源14相連通；
[0018]每一熱聲發(fā)動機均由依次串接的由主室溫端換熱器1、回熱器2、熱端換熱器3、熱緩沖管4、次室溫端換熱器5組成；[0019]對每一熱聲發(fā)動機的熱端換熱器3加熱；對每一熱聲發(fā)動機的主室溫端換熱器I和次室溫端換熱器5進行水冷，使它們維持在室溫范圍；
[0020]所述第一彈性膜7安裝在對每一熱聲發(fā)動機的主室溫端換熱器I進行水冷的水冷器前，以起到隔絕環(huán)路直流的作用；
[0021]在靠近每一熱聲發(fā)動機的次室溫端換熱器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]當熱端換熱器3與主室溫端換熱器I之間的溫度梯度達到臨界溫度后，環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)起震；每一熱聲發(fā)動機的回熱器2內(nèi)部工作氣體與回熱器固體間發(fā)生熱聲效應，將輸入該熱聲發(fā)動機的熱端換熱器3的熱量轉(zhuǎn)化為聲功，并按該熱聲發(fā)動機的主室溫端換熱器I至熱端換熱器3的溫度梯度方向輸出，同時向該主室溫換熱器I放熱，熱量由水冷器的冷卻水帶走；
[0023]每一熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的聲功通過第二接管8、第二彈性膜9向第一連接管10輸出，并且通過與低壓氣源12相連接的低壓單向閥門11以及與高壓氣源14相連接的高壓閥門13間的開閉配合，給環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)氣體加壓。
[0024]所述諧振管6為管徑小于熱聲發(fā)動機的空管段，起到連接相鄰熱聲發(fā)動機作用，和調(diào)節(jié)熱聲發(fā)動機相位的調(diào)節(jié)作用；并且剩余聲功通過諧振管6送入下一熱聲單元中實現(xiàn)聲功的回收，以進一步提高環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)工作效率。
[0025]所述每一熱聲發(fā)動機橫截面積比為諧振管橫截面積比需達到10?25倍。
[0026]所述的第一彈性膜7和第二彈性膜9為非對稱結(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)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)中使用的工質(zhì)為純氦氣二氧化碳、天然氣或氮氣。
[0029]本發(fā)明的環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)可以采用兩套以上的環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)串聯(lián)工作。
[0030]對每一熱聲發(fā)動機的第一熱端換熱器3進行加熱的熱源為天然氣熱源、乙炔熱源、太陽能熱源、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通過低壓單向閥門11以及高壓單向閥門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 ;因為每一熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的聲功以壓力波動的形式向外界輸出，這樣就形成了 一定的壓比，即平均壓力和波動壓力幅值之和與平均壓力和波動壓力幅值之差的比值，利用每一熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的波動壓力配合第二彈性膜9的震動通過高低壓單向閥門對氣體進行增壓(低壓單向閥門11和高壓單向閥門13均為單向閥門);當?shù)诙椥阅?處的壓力波動由平衡位置向波谷運動時，第二彈性膜9向下止點運動，此時第一連接管10內(nèi)的壓力逐漸降低，當達到接近下至點的某一位置時低壓單向閥門11打開，吸入待加壓氣體，開始吸氣過程；此后第二彈性膜9隨著壓力波動繼續(xù)向下運動至下至點，隨后開始回升向上至點運動，第一連接管10內(nèi)壓力開始升高，達到一定程度后，低壓單向閥門11關(guān)閉，停止吸氣，完成吸氣過程；隨著第二彈性膜9進一步向上運動，第一連接管10壓力進一步增大，氣體被加壓，此為壓縮過程；當壓力波動升高到一定程度后，高壓單向閥門13打開，壓力波動繼續(xù)升高將加壓完成的氣體從第一連接管10內(nèi)通過高壓單向閥門13處輸入到高壓氣源(14);之后重復這種循環(huán)，以使環(huán)路聲學共振系統(tǒng)的氣體壓比達到1.2?1.5倍。
[0032]本發(fā)明在熱聲發(fā)動機中加入熱緩沖管4，建立一定的溫度梯度，使得發(fā)動機熱端換熱器的高溫平緩過度到室溫，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)動機的直徑相比于所述諧振管直徑要大很多，每一熱聲發(fā)動機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熱器中的流速，進而降低氣體在回熱器3中的阻力損失，同時可以使得氣體與回熱器內(nèi)填充物換熱更加充分，以達到更好的熱聲轉(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:因為系統(tǒng)由熱聲單元首尾相互連接形成環(huán)路，會在環(huán)路中形成直流，使得氣體在回熱器和換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)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)中不僅可以采用純氦氣作為工質(zhì)，在某些場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、氮氣或氦氣等，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)，直接進行氣體壓縮，進一步簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0036]若是被加壓氣體需提升到較高壓力，超出單臺聲學環(huán)路共振壓縮機系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的最高壓比時，可采取多級壓縮結(jié)構(gòu)，即由兩套以上的環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)串聯(lián)工作。
[0037]對所述熱聲發(fā)動機的第一熱端換熱器3進行加熱的熱源在某些場合可以采用被加壓氣體燃燒時釋放的熱量，如被加壓氣體為天然氣、乙炔等可燃性氣體時。此外也可以采用太陽能熱源、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)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)具有下述優(yōu)點:
[0039]本發(fā)明的主要創(chuàng)新點在于利用熱聲學原理構(gòu)建了環(huán)路聲學共振系統(tǒng)，解決了之前諸如帶諧振管的熱聲發(fā)動機、環(huán)路行波熱聲發(fā)動機、以及雙作用熱聲發(fā)動機中存在的問題，環(huán)路聲學共振系統(tǒng)推向?qū)嶋H應用邁出了重要的一步；將聲學共振型熱聲發(fā)動機應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)濟性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為Yazaki等人提出的環(huán)形行波熱聲發(fā)動機結(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)動機結(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)動機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖4為羅二倉等人提出的雙作用熱聲發(fā)動機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖5為本發(fā)明的環(huán)路聲學共振壓縮機系統(tǒng)(實施例1)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖6為本發(fā)明的環(huán)路聲學共振壓縮機系統(tǒng)(實施例2)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖7為本發(fā)明的環(huán)路聲學共振壓縮機系統(tǒng)(實施例3)結(jié)構(gòu)示意圖；【具體實施方式】
[0047]下面通過具體實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述。
[0048]本發(fā)明提出的環(huán)路聲學共振壓縮機系統(tǒng)，利用熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的壓力波動進行氣體壓縮，實現(xiàn)了系統(tǒng)完全無運動部件，極大的提高了系統(tǒng)運行的可靠性。本發(fā)明的優(yōu)點在于系統(tǒng)環(huán)路中各個位置都可實現(xiàn)行波相位，提高了系統(tǒng)的工作效率。并且可以根據(jù)所壓縮需要達到的壓比進行方便的調(diào)整，不僅可以通過改變充氣壓力和熱端溫度來調(diào)整單臺壓縮機壓比，而且可以利用多臺壓縮機實現(xiàn)多級壓縮，在氣體壓縮場合具有良好的應用前景。
[0049]實施例1:
[0050]圖5為本發(fā)明的一種環(huán)路聲學共振壓縮機系統(tǒng)(實施例1)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，本實施例環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)，其包括:
[0051]4個首尾相連并構(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)動機、諧振管6以及第一彈性膜7組成，每個熱聲單元兩端體積流率的相位差為90° ;
[0052]一個裝有4個低壓單向閥門11的低壓氣源12 ；
[0053]一個裝有4個高壓單向閥門13的高壓氣源14 ;和4條第一連接管10 ；
[0054]低壓氣源12的每一低壓單向閥門11均通過一條第一連接管10和一個高壓單向閥門13與所述的高壓氣源14相連通；
[0055]每一熱聲發(fā)動機均由依次串接的由主室溫端換熱器1、回熱器2、熱端換熱器3、熱緩沖管4、次室溫端換熱器5組成；
[0056]對每一熱聲發(fā)動機的熱端換熱器3加熱；對每一熱聲發(fā)動機的主室溫端換熱器I和次室溫端換熱器5進行冷卻，使它們維持在室溫范圍；
[0057]第一彈性膜7安裝在對每一熱聲發(fā)動機的主室溫端換熱器I進行水冷的水冷器前，以起到隔絕環(huán)路直流的作用；
[0058]在靠近每一熱聲發(fā)動機的次室溫端換熱器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]當熱端換熱器3與主室溫端換熱器I之間的溫度梯度達到臨界溫度后，環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)起震；每一熱聲發(fā)動機的回熱器2內(nèi)部工作氣體與回熱器固體間發(fā)生熱聲效應，將輸入該熱聲發(fā)動機的熱端換熱器3的熱量轉(zhuǎn)化為聲功，并按該熱聲發(fā)動機的主室溫端換熱器I至熱端換熱器3的溫度梯度方向輸出，同時向該主室溫換熱器I放熱，熱量由水冷器的冷卻水帶走；
[0060]每一熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的聲功通過第二接管8、第二彈性膜9向第一連接管10輸出，并且通過與低壓氣源12相連接的低壓單向閥門11以及與高壓氣源14相連接的高壓閥門13間的開閉配合，給環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)氣體加壓。
[0061]諧振管6為管徑小于熱聲發(fā)動機的空管段，起到連接相鄰熱聲發(fā)動機作用，和調(diào)節(jié)熱聲發(fā)動機相位的調(diào)節(jié)作用；并且剩余聲功通過諧振管6送入下一熱聲單元中實現(xiàn)聲功的回收，以進一步提高環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)工作效率；
[0062]第一連接管10通過低壓單向閥門11以及高壓單向閥門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 ;因為每一熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的聲功以壓力波動的形式向外界輸出，這樣就形成了 一定的壓比，即平均壓力和波動壓力幅值之和與平均壓力和波動壓力幅值之差的比值，利用每一熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的波動壓力配合第二彈性膜9的震動通過高低壓單向閥門對氣體進行增壓(低壓單向閥門11和高壓單向閥門13均為單向閥門);當?shù)诙椥阅?處的壓力波動由平衡位置向波谷運動時，第二彈性膜9向下止點運動，此時第一連接管10內(nèi)的壓力逐漸降低，當達到接近下至點的某一位置時低壓單向閥門11打開，吸入待加壓氣體，開始吸氣過程；此后第二彈性膜9隨著壓力波動繼續(xù)向下運動至下至點，隨后開始回升向上至點運動，第一連接管10內(nèi)壓力開始升高，達到一定程度后，低壓單向閥門11關(guān)閉，停止吸氣，完成吸氣過程；隨著第二彈性膜9進一步向上運動，第一連接管10壓力進一步增大，氣體被加壓，此為壓縮過程；當壓力波動升高到一定程度后，高壓單向閥門13打開，壓力波動繼續(xù)升高將加壓完成的氣體從第一連接管10內(nèi)通過高壓單向閥門13處輸入到高壓氣源14 ;之后重復這種循環(huán)，以使環(huán)路聲學共振系統(tǒng)的氣體壓比達到1.2?1.5倍。
[0063]當然，可以本發(fā)明根據(jù)需要，在環(huán)路中串接3至10個熱聲單元，此屬本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)權(quán)利要求及實施例的啟示可以做到。
[0064]實施例2:
[0065]圖6為本發(fā)明的一種環(huán)路聲學共振壓縮機系統(tǒng)(實施例2)結(jié)構(gòu)不意圖。如圖6所示，本實施例是在實施例1基礎(chǔ)上增加了一級壓縮，實現(xiàn)二級壓縮，能夠達到更高的壓比。其中框圖16和框圖18中的簡化壓縮機結(jié)構(gòu)示意圖與實施例1中所述壓縮機結(jié)構(gòu)相同，都是采用環(huán)路聲學共振熱聲發(fā)動機作為壓縮機提供壓力波動，因此工作原理也相同；不同的是壓縮機18的平均壓力高于壓縮機16，兩者通過第一閥門17相連接。其中第一閥門17為中間壓力閥門，其相對于低壓單向閥11而言為高壓閥，相對于高壓單向閥13而言為低壓閥，將低壓氣源12中的氣體先通過壓縮機16壓縮至中間壓力，再通過壓縮機18壓縮至至所需高壓，實現(xiàn)兩級壓縮。
[0066]實施例3:
[0067]圖7為本發(fā)明的一種環(huán)路聲學共振壓縮機系統(tǒng)(實施例3)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，本實施例是在實施例2基礎(chǔ)上再增加了一級壓縮，實現(xiàn)三級壓縮，能夠進一步提高壓t匕。其中框圖16、框圖18和框圖20中的簡化壓縮機結(jié)構(gòu)與實施例1中所述壓縮機結(jié)構(gòu)相同，都是采用環(huán)路聲學共振熱聲發(fā)動機作為壓縮機提供壓力波動，因此工作原理也相同；不同的是壓縮機18的平均壓力高于壓縮機16，兩者通過第一閥門17相連接；壓縮機20的平均壓力高于壓縮機18，兩者通過第二閥門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相對于低壓單向閥11而言為高壓閥，相對于第二壓閥19而言為低壓閥；第二閥門19相對于第一低壓閥17而言為高壓閥，相對于高壓單向閥13而言為低壓閥；將低壓氣源12中的氣體先通過壓縮機16壓縮至中間壓力，然后通過壓縮機18進一步提升壓力，再通過壓縮機20壓縮至所需高壓，實現(xiàn)三級壓縮。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)，其包括: N個首尾相連并構(gòu)成環(huán)路的熱聲單元；所述N個熱聲單元的每一熱聲單元均由依次串接的熱聲發(fā)動機、諧振管(6)以及第一彈性膜(7)組成，N為3~10的正整數(shù)，每個熱聲單元兩端體積流率的相位差為360° /N ； 一個裝有N個低壓單向閥門(11)的低壓氣源(12)； 一個裝有N個高壓單向閥門(13)的高壓氣源(14);和N條第一連接管(10)； 所述低壓氣源(12 )的每一低壓單向閥門(11)均通過一條第一連接管(10 )和一個高壓單向閥門(13)與所述的高壓氣源(14)相連通； 每一熱聲發(fā)動機均由依次串接的由主室溫端換熱器(I)、回熱器(2)、熱端換熱器(3)、熱緩沖管(4)和次室溫端換熱器(5)組成； 對每一熱聲發(fā)動機的熱端換熱器(3)加熱；對每一熱聲發(fā)動機的主室溫端換熱器(I)和次室溫端換熱器(5)進行水冷，使它們維持在室溫范圍； 所述第一彈性膜(7)安裝在對每一熱聲發(fā)動機的主室溫端換熱器(I)進行水冷的水冷器前，以起到隔絕環(huán)路直流的作用； 在靠近每一熱聲發(fā)動機的次室溫端換熱器(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)； 當熱端換熱器(3 )與主室溫端換熱器(I)之間的溫度梯度達到臨界溫度后，環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)起震；每一熱聲發(fā)動機的回熱器(2)內(nèi)部工作氣體與回熱器固體間發(fā)生熱聲效應，將輸入該熱聲發(fā)動機的熱端換熱器(3)的熱量轉(zhuǎn)化為聲功，并按該熱聲發(fā)動機的主室溫端換熱器(I)至熱端換熱器(3)的溫度梯度方向輸出，同時向該主室溫換熱器(I)放熱，熱量由水冷器的冷卻水帶走； 每一熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的聲功通過第二接管(8)、第二彈性膜(9)向第一連接管(10)輸出，并且通過與低壓氣源(12)相連接的低壓單向閥門(11)以及與高壓氣源(14)相連接的高壓閥門(13)間的開閉配合，給環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)氣體加壓； 所述諧振管(6)為管徑小于熱聲發(fā)動機的空管段，起到連接相鄰熱聲發(fā)動機作用，和調(diào)節(jié)熱聲發(fā)動機相位的調(diào)節(jié)作用；并且剩余聲功通過諧振管(6)送入下一熱聲單元中實現(xiàn)聲功的回收，以進一步提高環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)工作效率； 第一連接管(10)通過低壓單向閥門(11)以及高壓單向閥門(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)動機產(chǎn)生的聲功以壓力波動的形式向外界輸出，這樣就形成了一定的壓t匕，即平均壓力和波動壓力幅值之和與平均壓力和波動壓力幅值之差的比值，利用每一熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的波動壓力配合第二彈性膜(9)的震動通過高低壓單向閥門對氣體進行增壓；當?shù)诙椥阅?9)處的壓力波動由平衡位置向波谷運動時，第二彈性膜(9)向下止點運動，此時第一連接管(10)內(nèi)的壓力逐漸降低，當達到接近下至點的某一位置時低壓單向閥門(11)打開，吸入待加壓氣體，開始吸氣過程；此后第二彈性膜(9)隨著壓力波動繼續(xù)向下運動至下至點，隨后開始回升向上至點運動，第一連接管(10)內(nèi)壓力開始升高，達到一定程度后，低壓單向閥 門(11)關(guān)閉，停止吸氣，完成吸氣過程；隨著第二彈性膜(9)進一步向上運動，第一連接管(10)壓力進一步增大，氣體被加壓，此為壓縮過程；當壓力波動升高到一定程度后，高壓單向閥門(13)打開，壓力波動繼續(xù)升高將加壓完成的氣體從第一連接管(10)內(nèi)通過高壓單向閥門(13)處輸入到高壓氣源(14);之后重復這種循環(huán)，以使環(huán)路聲學共振系統(tǒng)的氣體壓比達到1.2~1.5倍。
2.按權(quán)利要求書I所述的環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)，其特征在于，所述每一熱聲發(fā)動機橫截面積比為諧振管橫截面積比需達到10~25倍。
3.按權(quán)利要求書I所述的環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)，其特征在于，所述第一彈性膜(7)和第二彈性膜(9)為非對稱結(jié)構(gòu)或者射流裝置。
4.按權(quán)利要求書I或3所述的環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(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I所述的環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)中使用的工質(zhì)為純氦氣二氧化碳、天然氣或氮氣。
6.按權(quán)利要求書I所述的環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)，其特征在于，兩套以上的環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)串聯(lián)工作。
7.按權(quán)利要求書I所述的環(huán)路聲學共振型壓縮機系統(tǒng)，其特征在于，對每一熱聲發(fā)動機的第一熱端換熱器(3)進 行加熱的熱源為天然氣熱源、乙炔熱源、太陽能熱源、高溫工業(yè)廢熱熱源或高溫工業(yè)煙氣熱源。
【文檔編號】F04B37/00GK103790802SQ201410055076
【公開日】2014年5月14日 申請日期: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, 戴巍, 童歡, 吳張華, 張麗敏, 陳燕燕 申請人:中國科學院理化技術(shù)研究所, 中科力函(深圳)熱聲技術(shù)有限公司