CN103835903B - 一种行波热声冷热电联供系统 - Google Patents
一种行波热声冷热电联供系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103835903B CN103835903B CN201410095342.6A CN201410095342A CN103835903B CN 103835903 B CN103835903 B CN 103835903B CN 201410095342 A CN201410095342 A CN 201410095342A CN 103835903 B CN103835903 B CN 103835903B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- traveling wave
- wave thermoacoustic
- electromotor
- engine
- hot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims abstract description 70
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 45
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 16
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 claims description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 14
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 5
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 5
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1426—Pulse tubes with basic schematic including at the pulse tube warm end a so called warm end expander
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Linear Motors (AREA)
Abstract
本发明涉及的行波热声冷热电联供系统，其由至少三台行波热声发动机、至少一台行波热声制冷机和直线电机及谐振单元组成；行波热声发动机通过谐振单元首尾相连构成环路；行波热声制冷机一端旁接于谐振单元，另一端与直线发电机相连；系统通过行波热声发动机将热能转化成声功，行波热声制冷机利用一部分声功实现制冷，直线发电机将制冷机出口声功转化为电能，并为行波热声制冷机提供适合的相位，提高制冷机性能；各冷却机的冷却水温度升高用于生活供热；与现有技术相比，本系统可在一个装置中实现冷能与电能的同时产出，系统复杂度降低，可靠性提高，具有效率高、功率灵活等优点；可应用于太阳能、工业余热、生物质能等能源利用领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷热电联供系统，特别是一种行波热声冷热电联供系统。
背景技术
在工业生产及居民生活中的很多场合都同时需要冷、热、电资源。能源领域多年前就提出了分布式的冷热电联供方案，可以同时提供电力、生活用冷能和热能。现有的冷热电联供系统多以天然气或液体燃料为一次能源，利用燃气轮机、内燃机或蒸汽轮机产生电能、再利用吸收式或吸附式制冷将上述系统的较高温余热转化为冷能，流程中略高于环境温度的余热用于生活供热。通过能源的梯级利用，一方面实现了冷热电的同时输出，另一方面也提高了一次能源的综合利用率。但是，传统的冷热电联供系统通常至少由一个发电子系统和一个制冷子系统构成，有时甚至由多个子系统耦合在一起，系统复杂度较高。此外，由于制冷技术的限制，制冷温度不能进一步降低；而且小功率系统性能低下等问题，限制了在其它领域的应用。
行波热声冷热电联供系统基于热声热机原理，在一个装置中同时实现冷、热、电的输出。它利用行波热声发动机将热能转化成声功，具有能源适应性好、可靠性高、功率灵活、效率高等显著优点，可广泛应用于太阳能、生物质能、工业余热回收等领域。产生的机械能可以用来驱动行波热声制冷机及直线发电机，分别实现机械能到冷能和电能的转化，具有很好的应用前景。单级行波热声发动机分别驱动热声制冷机和直线发电机的装置已经存在。通常将热声制冷机的一端旁接于行波热声发动机的某一位置，另一端则连接针阀或惯性管及气库等方式消耗热声制冷机出口的膨胀功。理论上，制冷机冷端换热器出口的声功量大于获得的制冷量。在温度较低时，比如液氮温度以下，由于膨胀功的量相对于热声制冷机入口声功较小，可以不考虑回收。但在更高温度时，由于膨胀功的量较大，不回收膨胀功将对制冷机性能产生很大影响，而且温度越高影响越大。专利(申请号：200610049129)提供了一种可回收声功式的行波热声发动机驱动行波热声制冷机的装置，行波热声制冷机的膨胀功被重新送到发动机。然而，这种方式使得制冷机与发动机间的耦合度大大增加，系统设计及制作难度都大幅增加。单级行波热声发动机驱动直线发电机也已经被实验所验证，直线发电机旁接于行波热声发动机的谐振管入口或其它地方。通过调节直线发电机的声阻抗，可以获得较好整机性能。多个行波热声发动机分别驱动制冷机和发电机的构想也已经存在。专利(申请号：201110101971)公布一种双作用行波热声发电系统，该系统中采用了三个及三个以个的行波热声发动机，在两个行波热声发动机间串联了一个直线发电机。该发明可以实现热能到电能的转化，但存在发动机与发电机间耦合困难等问题。专利申请(申请号：201110103954)公布了一种双作用行波热声发动机驱动行波热声制冷机系统，如图1所示。该系统由至少三台行波热声发动机1和行波热声制冷机2组成。行波热声发动机1包括发动机主冷却器101、发动机回热器102、热端换热器103、发动机热缓冲管105及发动机次冷却器107。行波热声制冷机2包括制冷机主冷却器201、制冷机回热器202、冷端换热器203、制冷机热缓冲管205及制冷机次冷却器207。多台行波热声发动机通过相同数量的谐振单元首尾连接构成环路，行波热声制冷机的两端分别接旁接于发动机主冷却器一端及谐振单元的另一端，可使得行波热声制冷机出口的膨胀功能返回到行波热声发动机中。发动机热端换热器103吸收热量，发动机主冷却器101放出热量，在发动机回热器102两端构建温度差，使发动机回热器102内形成温度梯度。在该温度梯度的作用下，发动机回热器102将热能转化成声功。该行波热声发动机产生的声功一部分经谐振单元向外输出，一部分传输到下一步行波热声发动机的主冷却器，另一部分进入行波热声制冷机2中产生制冷，从行波热声制冷机2出口的声功又回到发动机环路中，与另外一部分声功一起进入到下一级行波热声发动机中被该级发动机的回热器放大，如此循环构成系统。实际上，将这里的谐振单元换成直线发电机，也可以产生电能，最终构成冷热电系统。然而，由于制冷机在发动机环路上的接入点过多，系统中声功分布极为复杂，很难进行设计与制作。总之，现有的发明还不能提供一种冷热电联供的简单、有效和高效技术途径。
本申请正是基于以上冷热电联供系统中存在的问题，提出了一种新型的设计，可以满足结构简单、功率灵活、效率高的冷热电联供的需求。
发明内容
本发明的技术方案如下：
本发明提供的行波热声冷热电联供系统，其由至少三台行波热声发动机1、至少一台行波热声制冷机2、至少一台直线电机3和谐振单元组成；所述的至少三台行波热声发动机1通过谐振单元首尾相连以构成环形回路；
每一台行波热声发动机1均包括：依次相连的发动机主冷却器101、发动机回热器102、发动机热端换热器103、发动机热缓冲管105和发动机次冷却器107；
所述的行波热声制冷机2包括：依次相连的制冷机主冷却器201、制冷机回热器202、制冷机冷端换热器203、制冷机热缓冲管205和制冷机次冷却器207；其特征在于：
所述的每一台行波热声发动机1还包括连接于发动机热端换热器103与发动机热缓冲管105间的热端层流化元件104和连接于发动机热缓冲管105与发动机次冷却器107间的发动机室温端层流化元件106；
所述的行波热声制冷机2还包括连接于制冷机冷端换热器203与制冷机热缓冲管205间的冷端层流化元件204和连接于制冷机热缓冲管205与制冷机次冷却(207间的制冷机室温端层流化元件206；
所述的行波热声制冷机2的一端旁接于所述的谐振单元的一端，另一端与所述的直线电机3相连接；
所述的谐振单元二端分别连接第一变径管108和第二变径管110，所述第一变径管108接于每一台行波热声发动机1的发动机次冷却器107端，所述的第二变径管110接于每一台行波热声发动机1的发动机主冷却器101端；所述第二变径管110内部放置一直流抑制元件111；
所述的直线电机3由两个对置放置的直线电机组成；所述的直线电机由活塞301、支撑单元302、定子线圈303、动子磁体304及外壳305组成；所述的直线电机3与所述的行波热声制冷机2相连；
所述每台行波热声发动机1的热端换热器103与一高于环境温度的高温热源相连以吸收该高温热源的热量形成高温端；所述的发动机主冷却器101和发动机次冷却器107分别与冷却水相连，将热量释放给冷却水，冷却水温度升高；在每台所述的行波热声发动机1的发动机回热器102上形成温度梯度，在该温度梯度条件下，热能转化成声功；上一台行波热声发动机1传递过来的声功在该台行波热声发动机1的发动机回热器102中得以放大，放大的声功沿着温度梯度的正方向传播，依次经过该台行波热声发动机1的热端换热器103、发动机热缓冲管105、发动机次冷却器107和第一变径管108向谐振管109及行波热声制冷机2输出；一部分声功进入行波热声制冷机2中产生制冷效应，热量从冷端换热器203输送到制冷机主冷却器201并释放给冷却水，冷却水温度升高；行波热声制冷机2的冷端换热器203出口的声功经制冷机热缓冲管205及制冷机次冷却器207到达直线电机3，驱动直线电机3的活塞301及动子磁体304做往复运动，动子磁体304在定子线圈303中运动，造成定子线圈303中磁通量的变化；定子线圈303中将产生用以驱动电负载的感应电动势，而完成声功到电能的转化；剩余声功沿所述谐振管109传播到下一台行波热声发动机1的发动机主冷却器101，并在该下一台行波热声发动机1的发动机回热器的温度梯度下放大；如此循环构成行波热声冷热电联供系统。
所述的谐振单元为谐振管109、固体谐振单元112或液体谐振单元113。
所述的行波热声制冷机2一端旁接于所述谐振管109的端部或谐振管109上的任意位置处。
所述的固体谐振单元112由一个气缸和直线往复运动于该气缸中的一个固体活塞组成。
所述的液体谐振单元113为装有液体的U型管。
本发明的优点在于：该行波热声冷热电联供系统可以在同一装置中实现冷、热、电三种资源，大大简化了系统的复杂度。同时，还可以实现宽温区的制冷。此外，该行波热声冷热电联供系统具有很好的热源适应性，可以利用天然气、各种液体固体燃料，也可以利用太阳能。因此，本发明的行波热声冷热电联供系统更具有实用价值和应用前景。
附图说明
图1为现有的双作用行波热声制冷/发电系统结构示意图；
图2为本发明的行波热声冷热电联供系统(实施例1)结构示意图；
图3为本发明的行波热声冷热电联供系统(实施例2)结构示意图；
图4为本发明的行波热声冷热电联供系统(实施例3)结构示意图；
图5为本发明的行波热声冷热电联供系统(实施例4)结构示意图。
图6为本发明的行波热声冷热电联供系统(实施例5)结构示意图。
图7为本发明的行波热声冷热电联供系统(实施例6)结构示意图。
具体实施方式
本发明的行波热声冷热电联供系统可以在同一装置中实现冷、热、电三种资源，大大简化了系统的复杂度。同时，还可以实现宽温区的制冷。此外，该行波热声冷热电联供系统具有很好的热源适应性，可以利用天然气、各种液体固体燃料，也可以利用太阳能；因此本发明的行波热声冷热电联供系统更具有实用价值和应用前景。
下面通过附图及实施例进一步描述本发明。
实施例1：
图2为本发明的行波热声冷热电联供系统(实施例1)结构示意图。如图2所示，本实施例的行波热声冷热电联供系统由三台行波热声发动机1、三台行波热声制冷机2、三台直线电机3和谐振管109组成；
每台行波热声发动机1均包括依次相连的发动机主冷却器101、发动机回热器102、发动机热端换热器103、发动机热端层流化元件104、发动机热缓冲管105、发动机室温端层流化元件106和发动机次冷却器107；
每台行波热声制冷机2均包括依次相连的制冷机主冷却器201、制冷机回热器202、制冷机冷端换热器203、制冷机冷端层流化元件204、制冷机热缓冲管205、制冷机室温端层流化元件206和制冷机次冷却器207；
所述的三台行波热声发动机1通过谐振管109首尾相连以构成环路回路；所述三台行波热声制冷机2的制冷机主冷却器201端分别旁接于谐振管109上，三台行波热声制冷机2的另一端分别连接一直线电机3；
相邻二行波热声发动机1之间谐振管109的近发动机次冷却器107端连接第一变径管108，相邻二行波热声发动机1之间谐振管109的另一端连接第二变径管110；第二变径管110内部还放置有一直流抑制元件111；
每一直线电机3均由两个对置放置的直线电机组成；每一直线电机均由活塞301、支撑单元302、定子线圈303、动子磁体304及外壳305组成；
每台行波热声发动机1的发动机热端换热器103与一高于环境温度的高温热源相连以吸收该高温热源的热量形成高温端；每台行波热声发动机1的发动机主冷却器101和发动机次冷却器107分别与装有冷却水的水冷器相连，将热量释放给水冷器的冷却水；如此，在每台行波热声发动机1的发动机回热器102上形成温度梯度，在该温度梯度条件下，热能转化成声功；上一台行波热声发动机1传递过来的声功在该台行波热声发动机1的发动机回热器102中得以放大，放大的声功沿着温度梯度的正方向传播，依次经过该台行波热声发动机1的发动机热端换热器103、发动机热缓冲管(105)、发动机次冷却器107和第一变径管108向谐振管(109)及行波热声制冷机2输出；一部分声功进入行波热声制冷机2中产生制冷效应，热量从制冷机冷端换热器203输送到制冷机主冷却器201并释放给水冷器的冷却水，冷却水温度升高；行波热声制冷机2的制冷机冷端换热器203出口的声功经制冷机热缓冲管205及制冷机次冷却器207到达直线电机3，并驱动直线电机3的活塞301及动子磁体304做往复运动，动子磁体304在定子线圈303中运动，造成定子线圈303中磁通量的变化；定子线圈303中将产生用以驱动电负载的感应电动势，而完成声功到电能的转化；剩余声功沿谐振管109传播到下一台行波热声发动机1的发动机主冷却器101，并在该下一台行波热声发动机1的发动机回热器的温度梯度下再放大；如此循环构成行波热声冷热电联供系统。
由此，在各行波热声制冷机的制冷机冷端换热器203处获得制冷量；各直线电机输出电功、流出各冷却器的冷却水吸收热量后温度上升，再在所需场合对外供热，以构成本发明的行波热声冷热电联供系统的实施例1。
实施例2：
图3为本发明的行波热声冷热电联供系统(实施例2)结构示意图。如图3所示，本实施例的行波热声冷热电联供系统其由三台行波热声发动机1、一台行波热声制冷机2、一台直线电机3和谐振管109组成；
每台行波热声发动机1均包括依次相连的发动机主冷却器101、发动机回热器102、发动机热端换热器103、发动机热端层流化元件104、发动机热缓冲管105、发动机室温端层流化元件106和发动机次冷却器107；
本实施例就只有一台行波热声制冷机2，该台行波热声制冷机2包括依次相连的制冷机主冷却器201、制冷机回热器202、制冷机冷端换热器203、制冷机冷端层流化元件204、制冷机热缓冲管205、制冷机室温端层流化元件206和制冷机次冷却器207；
本实施例的三台行波热声发动机1通过谐振管109首尾相连以构成环路回路；
该台行波热声制冷机2的制冷机主冷却器201端旁接于一谐振管109上，该台行波热声制冷机2的另一端连接直线电机3；
相邻二行波热声发动机1之间的谐振管109的近发动机次冷却器107端连接第一变径管108，相邻二行波热声发动机1之间的谐振管109的另一端连接第二变径管110；第二变径管110内部还放置有一直流抑制元件111；
直线电机3由两个对置放置的直线电机组成；每一直线电机均由活塞301、支撑单元302、定子线圈303、动子磁体304及外壳305组成；
每台行波热声发动机1的发动机热端换热器103与一高于环境温度的高温热源相连以吸收该高温热源的热量形成高温端；每台行波热声发动机1的发动机主冷却器101和发动机次冷却器107分别与装有冷却水的水冷器相连，将热量释放给冷却水，冷却水温度升高；在每台行波热声发动机1的发动机回热器102上形成温度梯度，在该温度梯度条件下，热能转化成声功；上一台行波热声发动机1传递过来的声功在该台行波热声发动机1的发动机回热器102中得以放大，放大的声功沿着温度梯度的正方向传播，依次经过该台行波热声发动机1的发动机热端换热器103、发动机热缓冲管105、发动机次冷却器107和第一变径管108向谐振管109输出；若谐振管109旁接有行波热声制冷机2及直线电机3时，一部分声功进入该行波热声制冷机2中产生制冷效应，热量从制冷机冷端换热器203输送到制冷机主冷却器201并释放给水冷器的冷却水，冷却水温度升高；该行波热声制冷机2的制冷机冷端换热器203出口的声功经制冷机热缓冲管205及制冷机次冷却器207到达直线电机3，以驱动直线电机3的活塞301及动子磁体304做往复运动，动子磁体304在定子线圈303中运动，造成定子线圈303中磁通量的变化；定子线圈303中将产生用以驱动电负载的感应电动势，而完成声功到电能的转化；剩余声功沿谐振管109传播到下一台行波热声发动机1的发动机主冷却器101；若谐振管109未旁接行波热声制冷机及直线发电机，则所有声功经谐振管109传播到下一台行波热声发动机1的发动机主冷却器101；该进入下一台发动机主冷却器101的声功在该行波热声发动机的发动机回热器102的温度梯度下放大；如此循环构成行波热声冷热电联供系统；
由此，在行波热声制冷机的制冷机冷端换热器203处获得了制冷量；在各直线电机输出了电功；流出各冷却器的冷却水吸收了热量后温度上升，再在所需场合对外供热；由此构成了一个行波热声冷热电联供系统的实施例2。
容易得出：本实施例系统也可以有两台行波热声制冷机及直线电机，即三个行波热声发动机1驱动两台行波热声制冷机2及两台直线电机3工作；这样，使得系统在实际运行时可以根据需求来调整行波热声制冷机及直线电机的运行数量。
实施例3：
图4为本发明的行波热声冷热电联供系统(实施例3)结构示意图。如图4所示，本实施例包含有四个行波热声发动机1、四台行波热声制冷机2、四台直线电机3及四段谐振管109组成；该四台行波热声发动机1通过谐振管109首尾相连以构成环路回路；且在每一个谐振管109上均旁接一台行波热声制冷机2及直线电机3。实际上，行波热声制冷机2及直线电机3可以分别旁接于谐振管109端部或谐振管109上的任意位置处。
实施例4：
图5为本发明的行波热声冷热电联供系统(实施例4)结构示意图。如图5所示，本实施例的行波热声冷热电联供系统由六台行波热声发动机1、六台行波热声制冷机2、六台直线电机3及六段谐振管109组成；该六台行波热声发动机1通过谐振管109首尾相连以构成环路回路；且在每一个谐振管上均旁接一台行波热声制冷机2及直线电机3；同样的，行波热声制冷机2及直线电机3可以分别旁接于谐振管109端部或谐振管109上的任意位置处。
理论上，可以将任意多个且在每一个谐振管上均旁接一台行波热声制冷机及直线电机后串联组成环路，实际情况下需要结合回热器处的声场相位和系统的功率密度等条件，选择合适的台数。
实施例5：
图6为本发明的行波热声冷热电联供系统(实施例5)结构示意图。如图6所示，本实施例种行波热声冷热电联供系统，其由三台行波热声发动机1、三台行波热声制冷机2、三台直线电机3和固体谐振单元112组成；所述的三台行波热声发动机1通过固体谐振单元112首尾相连以构成环路回路；所述每台行波热声制冷机2的一端旁接于固体谐振单元112的一端上，另一端与所述的直线电机3相连接。
每台所述的行波热声发动机1均包括：依次相连的发动机主冷却器101、发动机回热器102、发动机热端换热器103、发动机热缓冲管105、发动机次冷却器107以及连接于热端换热器103与发动机热缓冲管105间的热端层流化元件104和连接于发动机热缓冲管105与发动机次冷却器107间的发动机室温端层流化元件106；所述的固体谐振单元112二端分别连接第一变径管108和第二变径管110，所述第一变径管108接于每一台行波热声发动机1的发动机次冷却器107端，第二变径管110接于每一台行波热声发动机1的发动机主冷却器101端；第二变径管110内部还放置一直流抑制元件111。
所述的行波热声制冷机2包括：依次相连的制冷机主冷却器201、制冷机回热器202、冷端换热器203、制冷机热缓冲管205、制冷机次冷却器207以及连接于冷端换热器203与制冷机热缓冲管205间的冷端层流化元件204和连接于制冷机热缓冲管205与制冷机次冷却器207间的制冷机室温端层流化元件206。
所述的直线电机3由两个对置放置的直线电机组成；所述的直线电机由活塞301、支撑单元302、定子线圈303、动子磁体304及外壳305组成；所述的直线电机3与所述的行波热声制冷机2相连；
所述每台行波热声发动机1的发动机热端换热器103与一高于环境温度的高温热源相连以吸收该高温热源的热量形成高温端；所述的发动机主冷却器101和发动机次冷却器107分别与水冷器相连，将热量释放给其中的冷却水，冷却水温度升高；在每台行波热声发动机1的发动机回热器102上形成温度梯度，在该温度梯度条件下，热能转化成声功；上一台行波热声发动机1传递过来的声功在该台行波热声发动机1的发动机回热器102中得以放大，放大的声功沿着温度梯度的正方向传播，依次经过该台行波热声发动机1的发动机热端换热器103、发动机热缓冲管105、发动机次冷却器107和第一变径管108向固体谐振单元112及行波热声制冷机2输出；一部分声功进入行波热声制冷机2中产生制冷效应，热量从制冷剂冷端换热器203输送到制冷机主冷却器201并释放给冷却水，冷却水温度升高；行波热声制冷机2的制冷机冷端换热器203出口的声功经制冷机热缓冲管205及制冷机次冷却器207到达直线电机3，以驱动直线电机3的活塞301及动子磁体304做往复运动，动子磁体304在定子线圈303中运动，造成定子线圈303中磁通量的变化；定子线圈303中将产生用以驱动电负载的感应电动势，而完成声功到电能的转化；剩余声功被所述固体谐振单元112传播到下一台行波热声发动机1的发动机主冷却器101，并在该下一台行波热声发动机1的发动机回热器的温度梯度下放大；如此循环构成行波热声冷热电联供系统。
由此，在各行波热声制冷机的冷端换热器获得了制冷量；在各直线电机输出了电功；流出各冷却器的冷却水吸收了热量后温度上升，再在所需场合对外供热。构成了本发明行波热声冷热电联供系统的实施例5。
本实施例的固体谐振单元112由一个活塞及气缸组成，活塞可在气缸内作直线往复运动。
实施例6：
图7为本发明的行波热声冷热电联供系统(实施例6)结构示意图。如图7(图7的二端相连，整个系统为环形结构)所示，与实施例5不同，本实施例采用液体谐振单元113替代固体谐振单元或谐振管来连接行波热声发动机1构成环路；行波热声制冷机2及直线电机3旁接于液体谐振单元113的两端之一；液体谐振单元113的液体放置于U型管中；所述液体可以为任意液体。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种行波热声冷热电联供系统，其由至少三台行波热声发动机(1)、至少一台行波热声制冷机(2)、至少一台直线电机(3)和谐振单元组成；所述的至少三台行波热声发动机(1)通过谐振单元首尾相连以构成环形回路；
每一台行波热声发动机(1)均包括：依次相连的发动机主冷却器(101)、发动机回热器(102)、发动机热端换热器(103)、发动机热缓冲管(105)和发动机次冷却器(107)；
所述的行波热声制冷机(2)包括：依次相连的制冷机主冷却器(201)、制冷机回热器(202)、制冷机冷端换热器(203)、制冷机热缓冲管(205)和制冷机次冷却器(207)；其特征在于：
所述的每一台行波热声发动机(1)还包括连接于发动机热端换热器(103)与发动机热缓冲管(105)间的热端层流化元件(104)和连接于发动机热缓冲管(105)与发动机次冷却器(107)间的发动机室温端层流化元件(106)；
所述的行波热声制冷机(2)还包括连接于制冷机冷端换热器(203)与制冷机热缓冲管(205)间的冷端层流化元件(204)和连接于制冷机热缓冲管(205)与制冷机次冷却器(207)间的制冷机室温端层流化元件(206)；
所述的行波热声制冷机(2)的一端旁接于所述的谐振单元的一端，另一端与所述的直线电机(3)相连接；
所述的谐振单元二端分别连接第一变径管(108)和第二变径管(110)，所述第一变径管(108)接于每一台行波热声发动机(1)的发动机次冷却器(107)端，所述的第二变径管(110)接于每一台行波热声发动机(1)的发动机主冷却器(101)端；所述第二变径管(110)内部放置一直流抑制元件(111)；
所述的直线电机(3)由两个对置放置的直线电机组成；所述的直线电机由活塞(301)、支撑单元(302)、定子线圈(303)、动子磁体(304)及外壳(305)组成；所述的直线电机(3)与所述的行波热声制冷机(2)相连；
所述每台行波热声发动机(1)的热端换热器(103)与一高于环境温度的高温热源相连以吸收该高温热源的热量形成高温端；所述的发动机主冷却器(101)和发动机次冷却器(107)分别与冷却水相连，将热量释放给冷却水，冷却水温度升高；在每台所述的行波热声发动机(1)的发动机回热器(102)上形成温度梯度，在该温度梯度条件下，热能转化成声功；上一台行波热声发动机(1)传递过来的声功在该台行波热声发动机(1)的发动机回热器(102)中得以放大，放大的声功沿着温度梯度的正方向传播，依次经过该台行波热声发动机(1)的热端换热器(103)、发动机热缓冲管(105)、发动机次冷却器(107)和第一变径管(108)向谐振管(109)及行波热声制冷机(2)输出；一部分声功进入行波热声制冷机(2)中产生制冷效应，热量从冷端换热器(203)输送到制冷机主冷却器(201)并释放给冷却水，冷却水温度升高；行波热声制冷机(2)的冷端换热器(203)出口的声功经制冷机热缓冲管(205)及制冷机次冷却器(207)到达直线电机(3)，驱动直线电机(3)的活塞(301)及动子磁体(304)做往复运动，动子磁体(304)在定子线圈(303)中运动，造成定子线圈(303)中磁通量的变化；定子线圈(303)中将产生用以驱动电负载的感应电动势，而完成声功到电能的转化；剩余声功沿所述谐振管(109)传播到下一台行波热声发动机(1)的发动机主冷却器(101)，并在该下一台行波热声发动机(1)的发动机回热器的温度梯度下放大；如此循环构成行波热声冷热电联供系统。
2.按权利要求1所述的行波热声冷热电联供系统，其特征在于，所述的谐振单元为谐振管(109)、固体谐振单元(112)或液体谐振单元(113)。
3.按权利要求2所述的行波热声冷热电联供系统，其特征在于，所述的行波热声制冷机(2)一端旁接于所述谐振管(109)的端部或谐振管(109)上的任意位置处。
4.按权利要求2所述的行波热声冷热电联供系统，其特征在于，所述的固体谐振单元(112)由一个气缸和直线往复运动于该气缸中的一个固体活塞组成。
5.按权利要求2所述的行波热声冷热电联供系统，其特征在于，所述的液体谐振单元(113)为装有液体的U型管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410095342.6A CN103835903B (zh) | 2014-03-14 | 2014-03-14 | 一种行波热声冷热电联供系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410095342.6A CN103835903B (zh) | 2014-03-14 | 2014-03-14 | 一种行波热声冷热电联供系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103835903A CN103835903A (zh) | 2014-06-04 |
| CN103835903B true CN103835903B (zh) | 2016-06-15 |
Family
ID=50799728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410095342.6A Active CN103835903B (zh) | 2014-03-14 | 2014-03-14 | 一种行波热声冷热电联供系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103835903B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104912690B (zh) * | 2015-04-10 | 2016-09-28 | 中国科学院理化技术研究所 | 声学共振多级行波热声发动机耦合压电陶瓷的发电装置 |
| CN105066499B (zh) * | 2015-04-28 | 2017-06-13 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种声学共振型热声发动机驱动的气体多级液化装置 |
| CN106286004B (zh) * | 2016-09-29 | 2018-06-22 | 佛山市程显科技有限公司 | 一种热声驱动的多相交流热磁发电系统 |
| CN110345031B (zh) * | 2018-04-03 | 2020-12-11 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种舰艇发电系统 |
| CN109974324B (zh) * | 2019-02-27 | 2021-03-12 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种可用作发电、制冷或热泵的热声环路系统 |
| CN111206989B (zh) * | 2020-01-15 | 2021-01-26 | 浙江大学 | 一种热声发动机耦合的自由活塞直线发电系统 |
| CN113137778B (zh) * | 2020-01-18 | 2023-02-10 | 中国科学院理化技术研究所 | 无运动部件的冷热电联供系统 |
| CN113137779B (zh) * | 2020-01-18 | 2023-05-23 | 中国科学院理化技术研究所 | 无运动部件的冷热电联供系统 |
| CN113700623A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-11-26 | 中国科学院理化技术研究所 | 热声冷热电联供装置 |
| CN113324343B (zh) * | 2021-05-07 | 2022-06-07 | 太原理工大学 | 一种能够回收余热的冷热电联产系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5953921A (en) * | 1997-01-17 | 1999-09-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Torsionally resonant toroidal thermoacoustic refrigerator |
| CN101275541A (zh) * | 2007-03-27 | 2008-10-01 | 中国科学院理化技术研究所 | 热声行波发动机及其应用 |
| CN102734098A (zh) * | 2011-04-01 | 2012-10-17 | 中科力函(深圳)热声技术有限公司 | 一种双作用单级行波热声系统 |
| CN102748891A (zh) * | 2011-04-18 | 2012-10-24 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机 |
| CN103352817A (zh) * | 2013-07-12 | 2013-10-16 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种直线型双作用热声发电系统 |
-
2014
- 2014-03-14 CN CN201410095342.6A patent/CN103835903B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5953921A (en) * | 1997-01-17 | 1999-09-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Torsionally resonant toroidal thermoacoustic refrigerator |
| CN101275541A (zh) * | 2007-03-27 | 2008-10-01 | 中国科学院理化技术研究所 | 热声行波发动机及其应用 |
| CN102734098A (zh) * | 2011-04-01 | 2012-10-17 | 中科力函(深圳)热声技术有限公司 | 一种双作用单级行波热声系统 |
| CN102748891A (zh) * | 2011-04-18 | 2012-10-24 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机 |
| CN103352817A (zh) * | 2013-07-12 | 2013-10-16 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种直线型双作用热声发电系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103835903A (zh) | 2014-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103835903B (zh) | 一种行波热声冷热电联供系统 | |
| CN103758657B (zh) | 一种声学共振型行波热声发电系统 | |
| CN101375018B (zh) | 电耦合热循环系统及方法 | |
| US9777951B2 (en) | Thermoacoustic engine | |
| CN103353184B (zh) | 一种直线型双作用制冷系统 | |
| CN103808063A (zh) | 一种声学共振型热驱动行波热声制冷系统 | |
| CN103670788B (zh) | 同时利用冷热源的声学共振型多级行波热声发动机系统 | |
| CN108167147A (zh) | 一种串级冷热电联产装置 | |
| CN104124334A (zh) | 一种热声发动机驱动的热磁发电系统 | |
| CN105225715A (zh) | 一种基于斯特林循环的行李箱式核能发电装置 | |
| CN105805974B (zh) | 一种冷电联产系统 | |
| CN101275542B (zh) | 可利用多温位热源驱动的热声发动机 | |
| CN103808064B (zh) | 一种环形声学共振型热驱动热声制冷系统 | |
| CN205825484U (zh) | 一种冷电联产系统 | |
| CN111256387B (zh) | 基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统 | |
| CN104912690A (zh) | 声学共振多级行波热声发动机耦合压电陶瓷的发电装置 | |
| CN103527433A (zh) | 一种同时利用冷源和热源的热声发动机系统 | |
| CN103759464B (zh) | 一种直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统 | |
| CN103670975A (zh) | 一种同时利用冷源和热源的热声发电系统 | |
| US8096118B2 (en) | Engine for utilizing thermal energy to generate electricity | |
| CN109974324A (zh) | 一种可用作发电、制冷或热泵的热声环路系统 | |
| CN113324343B (zh) | 一种能够回收余热的冷热电联产系统 | |
| CN103175330B (zh) | 活塞功回收型脉管制冷系统 | |
| CN103670976A (zh) | 一种同时利用冷源和热源的热声发动机系统 | |
| CN110971143B (zh) | 一种可实现回热的静止式热磁发电装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |