本發(fā)明涉及能源利用設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組、熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)及熱聲熱泵系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)換為聲波形式的機(jī)械能的新型動(dòng)力裝置，熱能可以包括各種形式，例如太陽(yáng)能，工業(yè)廢熱，燃燒熱等；熱聲熱泵則是將聲波形式的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)泵熱或者制冷的裝置，廣義的熱泵包括制冷機(jī)和供熱機(jī)，前者是獲得冷量，后者是為了獲得熱量。

在目前現(xiàn)有的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了能實(shí)現(xiàn)能量逐級(jí)轉(zhuǎn)換，充分利用低品位熱能，通常將多組發(fā)動(dòng)機(jī)組件首尾連接，形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，但是上述的這種結(jié)構(gòu)中，為了便于能量匹配，系統(tǒng)中相鄰兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的尺寸不同，通常在后一級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)組件的直徑大于在前一級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)組件的直徑，但由于每級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的長(zhǎng)度基本保持不變，在熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中，隨著多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的增設(shè)，靠后的發(fā)動(dòng)機(jī)組件將變成扁而粗的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于保持發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞鞯膬?nèi)橫截面上的能量流動(dòng)均勻性和溫度分布均勻性來(lái)說(shuō)，是非常困難的，能量流動(dòng)不均勻和溫度分布不均勻均會(huì)嚴(yán)重降低發(fā)動(dòng)機(jī)性能，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的工作效率下降；此外，各級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件及各級(jí)熱泵組件的尺寸不同，會(huì)導(dǎo)致在工業(yè)生產(chǎn)中需要調(diào)配不同生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，極大的增加了制造成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組、熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)及熱聲熱泵系統(tǒng)，通過(guò)并聯(lián)耦合優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)組件中的回?zé)崞鲀?nèi)橫截面上的能量流動(dòng)均勻、溫度分布均勻，從而大幅提高熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)及熱聲熱泵系統(tǒng)的工作效率。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組，包括多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件，多級(jí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件之間逐級(jí)并聯(lián)耦合，以逐級(jí)放大聲波能量。

進(jìn)一步的，每一級(jí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件均包括至少一個(gè)能量放大單元；以及在相鄰的兩級(jí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件中，后一級(jí)的至少兩個(gè)所述能量放大單元的能量輸入端、分別并聯(lián)耦合在前一級(jí)的同一個(gè)所述能量放大單元的能量輸出端上。

進(jìn)一步的，多級(jí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件中，第一級(jí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間連接有一個(gè)所述能量放大單元，其余各級(jí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間均連接有至少兩個(gè)所述能量放大單元。

進(jìn)一步的，每個(gè)所述能量放大單元均預(yù)設(shè)有能量放大比例，則任一級(jí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量滿足：

m＝A^(n-1)

其中，m為第n級(jí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量，A為所述能量放大比例。

進(jìn)一步的，其特征在于，所述能量放大單元包括：順次連接在所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間的發(fā)動(dòng)機(jī)主水冷器、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞骱图訜崞鳌?/p>

進(jìn)一步的，所述能量放大單元還包括發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)設(shè)置于加熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)組件的能量輸出端之間。

進(jìn)一步的，各級(jí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件之間通過(guò)諧振子逐級(jí)并聯(lián)耦合，所述諧振子用于在各級(jí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件之間形成行波聲場(chǎng)。

進(jìn)一步的，所述諧振子包括活塞和支撐彈簧，所述支撐彈簧的一端固定，另一端與活塞連接，所述活塞沿聲波能量的流向設(shè)置，用于形成行波聲場(chǎng)。

本發(fā)明還提供了一種熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，包括如上所述的熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組，所述熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組的能量輸入端和能量輸出端分別連接有壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)。

本發(fā)明還提供了一種熱聲熱泵系統(tǒng)，包括如上所述的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，所述熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組的能量輸出端和發(fā)電機(jī)之間連接有多級(jí)熱泵組件，多級(jí)所述熱泵組件之間逐級(jí)并聯(lián)耦合，且與多級(jí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件對(duì)應(yīng)設(shè)置。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有以下有益效果：

1、本發(fā)明的熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組包括多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件，多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件之間逐級(jí)并聯(lián)耦合，以逐級(jí)放大聲波能量，從而確保發(fā)動(dòng)機(jī)組件中的回?zé)崞鲀?nèi)橫截面上的能量流動(dòng)均勻、溫度分布均勻，從而大幅提高熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)及熱聲熱泵系統(tǒng)的工作效率。

2、本發(fā)明的熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組通過(guò)將多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件之間并聯(lián)耦合，使得各個(gè)能量放大單元的制造尺寸相同，有利于批量化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

3、本發(fā)明的熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組中，多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件之間通過(guò)諧振子并聯(lián)耦合，從而在多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件之間形成行波聲場(chǎng)，使得聲波能量的傳輸更加高效，大幅減少能量傳輸過(guò)程中的損失，提高系統(tǒng)工作效率。

4、本發(fā)明的熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組通過(guò)增設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)，確保系統(tǒng)的工作溫度處于合理范圍內(nèi)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)工作的安全性和穩(wěn)定性。

5、本發(fā)明的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)利用壓縮機(jī)向熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組內(nèi)輸送壓力波，以在熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組內(nèi)形成聲波能量，并將聲波能量逐級(jí)放大后轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)高效回收并轉(zhuǎn)化低品位熱能，實(shí)現(xiàn)能源的回收利用。

6、本發(fā)明的熱聲熱泵系統(tǒng)通過(guò)將熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與熱聲熱泵對(duì)應(yīng)耦合連接，先通過(guò)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)來(lái)自壓縮機(jī)的聲波能量補(bǔ)充熱能，從而逐級(jí)放大聲波能量，然后通過(guò)熱聲熱泵將放大后的聲波能量逐級(jí)降低、以將聲波能量分別轉(zhuǎn)換為熱能和電能，使得該系統(tǒng)既能有效利用低品位熱量，實(shí)現(xiàn)高效的制冷或供熱功能，還能利用發(fā)電機(jī)與諧振子協(xié)同工作，將轉(zhuǎn)化的電能通過(guò)發(fā)電機(jī)對(duì)壓縮機(jī)電能進(jìn)行補(bǔ)充，從而有效提高系統(tǒng)的工作效率，減小系統(tǒng)能量損失。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例三的熱聲熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例四的熱聲熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、發(fā)動(dòng)機(jī)主水冷器；2、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞鳎?、加熱器；4、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管；5、次水冷器；9、制冷機(jī)主水冷器；10、制冷回?zé)崞鳎?1、冷頭；12、脈管；13、制冷機(jī)的層流化元件；18、壓縮機(jī)；19、發(fā)電機(jī)；16、25、27、活塞；17、26、28、支撐彈簧；21、主吸熱器；22、供熱回?zé)崞鳎?3、熱頭；24、供熱機(jī)熱緩沖管；25、供熱機(jī)的層流化元件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不能用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

實(shí)施例一

本實(shí)施例一提出了一種具有并聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)的熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組，如圖1所示，該熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組包括多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件，多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件之間逐級(jí)并聯(lián)耦合，以逐級(jí)放大聲波能量，從而確保發(fā)動(dòng)機(jī)組件中的發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?內(nèi)橫截面上的能量流動(dòng)均勻、溫度分布均勻，從而大幅提高熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)及熱聲熱泵系統(tǒng)的工作效率，此外，該熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組通過(guò)將多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件之間并聯(lián)耦合，還能使得各個(gè)能量放大單元的制造尺寸相同，有利于批量化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

一方面，每一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件均包括至少一個(gè)能量放大單元，能量放大單元包括順次連接在發(fā)動(dòng)機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間的發(fā)動(dòng)機(jī)主水冷器1、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?和加熱器3，該能量放大單元在工作時(shí)，首先利用加熱器3對(duì)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行加熱，以使溫度升高，然后壓縮機(jī)18通過(guò)運(yùn)動(dòng)向熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)輸入機(jī)械能，由于發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)峁艿囊欢诉B接加熱器3，另一端連接發(fā)動(dòng)機(jī)主水冷器1，使得發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)峁艿膬啥诵纬删哂袦囟忍荻鹊臒崮軋?chǎng)，當(dāng)來(lái)自壓縮機(jī)18的機(jī)械能進(jìn)入回?zé)峁軙r(shí)，受到熱能場(chǎng)的影響，產(chǎn)生自激的聲波震蕩，從而使聲波能量受到熱能補(bǔ)充，具體表現(xiàn)在：與從熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的能量輸入端進(jìn)入的能量相比，從熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的能量輸出端輸出的聲波能量放大了一定比例；同時(shí)，加熱器3可以充分回收利用低品位余熱，將其補(bǔ)充入聲波能量中，從而實(shí)現(xiàn)低品位余熱的回收，轉(zhuǎn)化為高品位能量再次利用。

在上述的能量放大單元中還包括發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)，以對(duì)經(jīng)過(guò)熱能補(bǔ)充放大的聲波能量進(jìn)行溫控補(bǔ)償，本實(shí)施例一的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)優(yōu)選包括發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管和次水冷器4，發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管和次水冷器4順次連接在加熱器3和發(fā)動(dòng)機(jī)組件能量輸出端之間，確保在加熱器3與諧振子之間形成溫度緩沖，避免熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱器3與諧振子過(guò)近，造成加熱器3的工作溫度過(guò)高，進(jìn)而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。

另一方面，在相鄰的兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中，后一級(jí)的至少兩個(gè)能量放大單元的能量輸入端、分別并聯(lián)耦合在前一級(jí)的同一個(gè)能量放大單元的能量輸出端上，從而形成逐級(jí)并聯(lián)耦合的連接結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步優(yōu)選的，第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間連接有一個(gè)能量放大單元，其余各級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間均連接有至少兩個(gè)能量放大單元；在相鄰兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中，后一級(jí)的至少兩個(gè)能量放大單元的能量輸入端分別通過(guò)諧振子、對(duì)應(yīng)并聯(lián)耦合在前一級(jí)的任一能量放大單元的能量輸出端上。

上述結(jié)構(gòu)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中，采用并聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)使得每一級(jí)能量放大單元的能量輸入端的能量輸入量相等，從而保證所有的發(fā)動(dòng)機(jī)組件可以采用相同的尺寸設(shè)計(jì)，避免級(jí)數(shù)靠后的發(fā)動(dòng)機(jī)組件尺寸過(guò)大而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降的情況，同時(shí)有效降低了批量生產(chǎn)的生產(chǎn)成本，具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

為了保證多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的等比放大，優(yōu)選的，每個(gè)能量放大單元均預(yù)設(shè)有能量放大比例，則任一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量滿足：

m＝A^(n-1)

其中，m為第n級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量，A為能量放大比例。

例如圖1所示的熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，每個(gè)能量放大單元的能量放大比例為2，則第二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量為2個(gè)，第三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量為4個(gè)，以此類(lèi)推，第四級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中的能量放大單元的數(shù)量為8個(gè)；其中，每個(gè)能量放大單元的輸入能量和輸出能量均相等，從而一方面避免出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)組件級(jí)數(shù)過(guò)高后，最后幾級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件尺寸過(guò)于龐大，而造成發(fā)動(dòng)機(jī)組件的回?zé)崞?內(nèi)橫截面上的流動(dòng)均勻性不佳，溫度分布不均勻，從而避免發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低，另一方面可以優(yōu)化熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)批量化流水線生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

一般地，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，能量放大比例A的選取與加熱器3的加熱溫度有關(guān)：當(dāng)加熱溫度在450℃～700℃之間時(shí)，能量放大比例A＝2，當(dāng)加熱溫度在700℃～1000℃之間時(shí)，能量放大比例A＝3；受到材料的限制，加熱溫度一般不能超過(guò)1000℃；此外，當(dāng)加熱溫度在450℃以下時(shí)，能量放大比例A＝1。

本實(shí)施例一中，為了提高各級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件之間的并聯(lián)耦合效率，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，優(yōu)選諧振子包括活塞25和支撐彈簧26，支撐彈簧26的一端固定，另一端與活塞25連接，活塞25沿聲波能量的流向設(shè)置，用于形成行波聲場(chǎng)。

具體的，支撐彈簧26的軸線沿聲波能量的流向設(shè)置，支撐彈簧26的一端固定在聲波能量來(lái)源端，即各級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的能量輸出端，支撐彈簧26的另一端固定在活塞25背面，活塞25的正面朝向熱聲熱泵的能量輸入端，活塞25在支撐彈簧26的彈力作用下，在各級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件之間發(fā)生諧振作用，從而形成行波聲場(chǎng)，以促進(jìn)聲波能量的傳遞效率，有效降低能量輸送時(shí)的能量損耗。

需要說(shuō)明的是，設(shè)置在熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和熱聲熱泵之間的諧振子的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)支撐彈簧26沿聲波能量的流向設(shè)置時(shí)，活塞25的正面朝向行波聲場(chǎng)的能量輸出端，其背面朝向行波聲場(chǎng)的能量輸入端，利用支撐彈簧26的伸縮帶動(dòng)活塞25諧振運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)聲波能量在行波聲場(chǎng)中的高效流動(dòng)；除此之外，還可以設(shè)置旁通通道，將支撐彈簧26的一端固定在旁通通道的末端，另一端連接在活塞25的背面，使活塞25在行波聲場(chǎng)中通過(guò)支撐彈簧26的帶動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)聲波能量在行波聲場(chǎng)中的高效流動(dòng)。

實(shí)施例二

本實(shí)施例二提出了一種熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)是在實(shí)施例一的熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做的改進(jìn)，故而對(duì)該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與實(shí)施例一的熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組中相同部分不再贅述，不同之處在于：熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組的能量輸入端和能量輸出端分別連接有壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)，利用壓縮機(jī)向熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組內(nèi)輸送壓力波，以在熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組內(nèi)形成聲波能量，并將聲波能量逐級(jí)放大后轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)高效回收并轉(zhuǎn)化低品位熱能，實(shí)現(xiàn)能源的回收利用。

具體的，如圖2所示，在熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組的第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中，能量放大單元的能量輸入端與壓縮機(jī)的活塞連接，利用壓縮機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力波輸入到第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中，從而形成最初的聲波能量；而最后一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中，各個(gè)能量放大單元的能量輸出端分別并聯(lián)在發(fā)電機(jī)的活塞上，從而利用各個(gè)能量放大單元的能量輸出端將逐級(jí)放大后的聲波能量輸送到發(fā)電機(jī)中，以推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)，從而高效驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

實(shí)施例三

本實(shí)施例三提出了一種熱聲熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是在實(shí)施例二的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做的改進(jìn)，故而對(duì)該系統(tǒng)與實(shí)施例二的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中相同部分不再贅述，不同之處在于：本實(shí)施例三的系統(tǒng)如圖3所示，熱聲驅(qū)動(dòng)機(jī)組的能量輸出端和發(fā)電機(jī)之間連接有多級(jí)熱泵組件，多級(jí)熱泵組件之間逐級(jí)并聯(lián)耦合，且與多級(jí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)組件對(duì)應(yīng)設(shè)置。

為了保證能量傳輸?shù)钠ヅ湫?，多?jí)熱泵組件的并聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)與熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)，在多級(jí)熱泵組件中，最后一級(jí)熱泵組件的能量輸入端和能量輸出端之間連接有一個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元，其余各級(jí)熱泵組件的能量輸入端和能量輸出端之間均連接有至少兩個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元；在相鄰兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中，前一級(jí)的至少兩個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸出端同時(shí)通過(guò)諧振子、并聯(lián)耦合在后一級(jí)的一個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸入端上。

其中，能量轉(zhuǎn)換單元包括：作為調(diào)溫機(jī)構(gòu)的制冷機(jī)主水冷器9、作為熱泵回?zé)崞鞯闹评浠責(zé)崞?0和作為恒溫頭的冷頭11，當(dāng)熱聲熱泵為制冷機(jī)時(shí)，能量轉(zhuǎn)換單元用于制冷，此時(shí)制冷機(jī)主水冷器9、制冷回?zé)崞?0和冷頭11順次連接在熱泵組件的能量輸入端和能量輸出端之間，聲波能量經(jīng)過(guò)諧振子作用進(jìn)入制冷機(jī)后，一部分聲波能量被用來(lái)將冷頭11內(nèi)的熱量經(jīng)由制冷回?zé)崞?0泵送到制冷機(jī)主水冷器9，從而產(chǎn)生制冷作用，另一部分聲波能量通過(guò)推動(dòng)發(fā)電機(jī)19運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)化為電能，從而可以利用發(fā)電機(jī)19為壓縮機(jī)18供電，使系統(tǒng)得到能量的閉環(huán)補(bǔ)充，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，減少系統(tǒng)能量損失；同時(shí)，由于部分能量在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)利用，從而使得系統(tǒng)的工作頻率由壓縮機(jī)18決定，僅控制壓縮機(jī)18即可控制系統(tǒng)的工作頻率，使得系統(tǒng)的控制更為簡(jiǎn)單。

在上述的能量轉(zhuǎn)換單元中還包括熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)，以對(duì)聲波能量轉(zhuǎn)化為熱能的過(guò)程進(jìn)行溫控補(bǔ)償，由于本實(shí)施力三的多級(jí)熱泵組件用于制冷，因此熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)設(shè)置于恒溫頭與熱泵組件的能量輸出端之間，優(yōu)選該熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)包括脈管12和制冷機(jī)的層流化元件13，脈管12和制冷機(jī)的層流化元件13順次連接在冷頭11和熱泵組件的能量輸出端之間，確保在冷頭11與能量輸出端之間形成溫度緩沖，避免制冷機(jī)因冷頭11與發(fā)電機(jī)19或諧振子過(guò)近，造成冷頭11溫度過(guò)高，進(jìn)而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。

具體的，以下以系統(tǒng)采用兩級(jí)并聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)，且熱聲熱泵為制冷機(jī)為例，對(duì)該系統(tǒng)的各級(jí)結(jié)構(gòu)和能量傳輸進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖3所示，系統(tǒng)采用兩級(jí)并聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和制冷機(jī)分別設(shè)有兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件和兩級(jí)熱泵組件，兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件之間、第二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件和第一級(jí)熱泵組件之間、以及兩級(jí)熱泵組件之間分別通過(guò)諧振子產(chǎn)生行波聲道，從而實(shí)現(xiàn)聲波能量的高效傳輸。

其中，第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間連接有一個(gè)能量放大單元，聲波能量經(jīng)過(guò)第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件后被放大兩倍，對(duì)應(yīng)的，第二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的能量輸入端和能量輸出端之間并聯(lián)連接兩個(gè)能量放大單元，第二級(jí)的兩個(gè)能量放大單元的能量輸入端分別通過(guò)諧振子、對(duì)應(yīng)并聯(lián)耦合在第一級(jí)的能量放大單元的能量輸出端上，則放大兩倍后的聲波能量被平均分配到第二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的兩個(gè)能量放大單元中，分別進(jìn)行二次放大。

對(duì)應(yīng)的，制冷機(jī)設(shè)有兩級(jí)熱泵組件，熱泵組件用于制冷，其中，第二級(jí)熱泵組件的能量輸入端和能量輸出端之間連接有一個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元，而第一級(jí)熱泵組件的能量輸入端和能量輸出端之間并聯(lián)連接有兩個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元，聲波能量經(jīng)過(guò)第一級(jí)熱泵組件后通過(guò)制冷耗能，降為輸入能量的1/2，第一級(jí)的兩個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸出端同時(shí)通過(guò)一個(gè)諧振子、并聯(lián)耦合在第二級(jí)的一個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸入端上；第一級(jí)的兩個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸入端各自通過(guò)一個(gè)諧振子、與兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的兩個(gè)能量放大單元的能量輸出端串聯(lián)耦合，從而確保能量傳輸?shù)目煽科ヅ?，則被上一級(jí)熱泵組件降低后的聲波能量被平均分配到第二級(jí)熱泵組件的兩個(gè)能量放大單元中，分別進(jìn)行二次制冷耗能，以進(jìn)一步降低能量。

該熱聲熱泵系統(tǒng)通過(guò)將熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與熱聲熱泵對(duì)應(yīng)耦合連接，先通過(guò)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)來(lái)自壓縮機(jī)的聲波能量補(bǔ)充熱能，從而逐級(jí)放大聲波能量，然后通過(guò)熱聲熱泵將放大后的聲波能量逐級(jí)降低、以將聲波能量分別轉(zhuǎn)換為熱能和電能，使得該系統(tǒng)既能有效利用低品位熱量，實(shí)現(xiàn)高效的制冷或供熱功能，還能利用發(fā)電機(jī)與諧振子協(xié)同工作，將轉(zhuǎn)化的電能通過(guò)發(fā)電機(jī)對(duì)壓縮機(jī)電能進(jìn)行補(bǔ)充，從而有效提高系統(tǒng)的工作效率，減小系統(tǒng)能量損失。

需要說(shuō)明的是，可以預(yù)設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的能量放大比例，對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)熱泵組件的能量剩余比例，使能量放大比例與能量剩余比例相對(duì)應(yīng)，且能量放大單元的個(gè)數(shù)和能量轉(zhuǎn)換單元個(gè)數(shù)，均對(duì)應(yīng)按能量放大比例設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的等比放大和等比轉(zhuǎn)換。比如能量放大比例為3時(shí)，則在相鄰兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中，將后一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的3個(gè)能量放大單元的能量輸入端并聯(lián)耦合在前一級(jí)的能量放大單元的能量輸出端上，即可實(shí)現(xiàn)等比放大；對(duì)應(yīng)的，能量剩余比例為1/3，且在相鄰兩級(jí)熱泵組件中，將前一級(jí)熱泵組件的3個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸出端并聯(lián)耦合在后一級(jí)的能量轉(zhuǎn)換單元的能量輸入端上，即可實(shí)現(xiàn)等比轉(zhuǎn)換。

本實(shí)施例三的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中，設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)組件與熱泵組件之間的活塞16和支撐彈簧17、以及設(shè)置在多級(jí)熱泵組件之間的活塞27和支撐彈簧28的結(jié)構(gòu)設(shè)置，均可以按照如實(shí)施例一所述的兩種諧振子的結(jié)構(gòu)中的一種設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)聲波能量在行波聲場(chǎng)中的高效流動(dòng)，進(jìn)而促進(jìn)系統(tǒng)性能的提高。

實(shí)施例四

本實(shí)施例四提出了一種熱聲熱泵系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)分別與實(shí)施例一、實(shí)施例二和實(shí)施例三基本相同，相同之處不再贅述，不同之處在于：本實(shí)施例四的系統(tǒng)中，多級(jí)熱泵組件用于供熱，即各個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元均用于供熱。

其中，如圖4所示，該能量轉(zhuǎn)換單元包括：作為調(diào)溫機(jī)構(gòu)的主吸熱器21、作為熱泵回?zé)崞鞯墓峄責(zé)崞?2和作為恒溫頭的熱頭23，此時(shí)主吸熱器21、供熱回?zé)崞?2和熱頭23順次連接在熱泵組件的能量輸出端和能量輸入端之間，聲波能量經(jīng)過(guò)諧振子作用進(jìn)入供熱機(jī)后，一部分聲波能量在主吸熱器21吸收熱量，經(jīng)由供熱回?zé)崞?2泵送到熱頭23，從而產(chǎn)生供熱作用，另一部分聲波能量通過(guò)推動(dòng)發(fā)電機(jī)19運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)化為電能，在此過(guò)程中，聲波能量因轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鸺?jí)減小，最終剩余的聲波能量轉(zhuǎn)化為電能輸入發(fā)電機(jī)19中。該熱聲熱泵在供熱時(shí)可以完成作為供熱機(jī)取暖、作為加熱裝置加熱特殊部件、實(shí)現(xiàn)低品位余熱的回收等工作。

在上述的供熱機(jī)中，每一個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元中還包括熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)，以對(duì)聲波能量轉(zhuǎn)化為熱能的過(guò)程進(jìn)行溫控補(bǔ)償，由于本實(shí)施例四的熱聲熱泵為供熱機(jī)，因此熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)設(shè)置于恒溫頭與熱泵組件的能量輸入端之間；優(yōu)選該熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)包括供熱機(jī)熱緩沖管24和供熱機(jī)的層流化元件25，供熱機(jī)熱緩沖管24和供熱機(jī)的層流化元件25順次連接在熱頭23和熱泵組件的能量輸入端之間，確保在熱頭23與能量輸入端之間形成溫度緩沖，避免供熱機(jī)因熱頭23與諧振子或壓縮機(jī)18過(guò)近，造成溫度過(guò)高，進(jìn)而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。

實(shí)施例五

本實(shí)施例五提出了一種熱聲驅(qū)動(dòng)組件、熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和熱聲熱泵系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)分別與實(shí)施例一、實(shí)施例二、實(shí)施例三和實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)相比基本相同，相同之處不再贅述，不同之處在于，本實(shí)施例五中，分別在上述四個(gè)實(shí)施例所述的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，卸除發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)，即將每個(gè)能量放大單元的加熱器3均直接與能量輸出端連接，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)中的能量流動(dòng)的損失，提高系統(tǒng)效率。

或者分別在上述四個(gè)實(shí)施例所述的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，卸除熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)。具體為：當(dāng)能量轉(zhuǎn)換單元用于制冷時(shí)，將每個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元的恒溫頭均直接與能量輸出端連接，當(dāng)能量轉(zhuǎn)換單元用于供熱時(shí)，將每個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元的恒溫頭均直接與能量輸入端連接，從而減少熱聲熱泵內(nèi)的能量流動(dòng)損失，提高系統(tǒng)效率。

或者分別在上述四個(gè)實(shí)施例所述的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，按照上述兩種方式同時(shí)卸除發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)相機(jī)構(gòu)和熱泵調(diào)相機(jī)構(gòu)，從而同時(shí)減少熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和熱聲熱泵內(nèi)的能量流動(dòng)損失，進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率。

本發(fā)明所述的所有實(shí)施例均是為了示例和描述起見(jiàn)而給出的，而并不是無(wú)遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開(kāi)的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說(shuō)明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。