CN111256387B - 基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷热电联供系统技术领域，公开了一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，包括热声发动机、热声制冷机和热释电发电单元，热声发动机、热声制冷机和热释电发电单元之间通过谐振管连接；热释电发电单元包括第一高温换热器以及分别位于第一高温换热器的两端的第一室温换热器和第二室温换热器，第一高温换热器与第一室温换热器之间通过一组热释电材料板叠连接，第一高温换热器与第二室温换热器之间通过第一热缓冲管连接或者通过另一组热释电材料板叠连接；热释电材料板叠用于连接外部的电路负载。该冷热电联供系统整机无运动部件，能够有效地解决了机械运动部件可靠性低的问题，同时系统可以收集利用太阳能、废热等。

Description

基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统

技术领域

本发明涉及冷热电联供系统技术领域，尤其涉及一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统。

背景技术

能源是影响人类生存和发展进步的关键因素之一。现阶段对于化石燃料的过度开采和使用，使得能源和环境问题的日益严重。探索绿色节能技术逐渐成为现全球能源环境重要的发展趋势。冷热电三联供系统是通过能量梯级利用，同时向用户提供电能、热能、冷能和生活用水等，可以有效提高能源的利用效率，是一种备受瞩目的高效能源综合利用方式。

冷热电三联供系统一般由发电、制冷和供热三大系统构成。发电系统根据发电原理不同可分为燃气轮机、内燃机、斯特林发动机、有机朗肯循环、燃料电池等；制冷系统通常包括蒸汽吸收式制冷机、吸附式制冷机或喷射式制冷机等；用于供热的余热回收系统包括余热锅炉或余热直燃机等。当前的冷热电三联供系统中基本都包含有机械运动部件，这在一定程度上会降低系统的可靠性，同时也会降低系统的运行周期寿命。

发明内容

本发明实施例提供一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，用以解决现有的冷热电联供系统包含机械运动部件、系统可靠性低、运行周期寿命不长的问题。

本发明实施例提供一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，包括热声发动机、热声制冷机和热释电发电单元，所述热声发动机、所述热声制冷机和所述热释电发电单元之间通过谐振管连接；所述热声制冷机用于消耗所述热声发动机产生的声功；

所述热释电发电单元包括第一高温换热器以及分别位于所述第一高温换热器的两端的第一室温换热器和第二室温换热器，所述第一高温换热器与所述第一室温换热器之间通过一组热释电材料板叠连接，所述第一高温换热器与所述第二室温换热器之间通过第一热缓冲管连接或者通过另一组热释电材料板叠连接；所述热释电材料板叠用于连接外部的电路负载，以在所述热声发动机产生的往复交变流体的驱动下，产生热释电电流。

其中，所述热释电发电单元安装于所述热声发动机和所述热声制冷机之间的谐振管内。

其中，所述谐振管为U型谐振管，所述U型谐振管内充注有液体换热工质，所述热释电发电单元位于所述U型谐振管中，所述热释电材料板叠与所述液体换热工质进行换热。

其中，位于所述热声发动机和所述热声制冷机之间的谐振管靠近所述热声发动机的出口的一端向外引出一个谐振管支路，所述热释电发电单元安装于所述谐振管支路内。

其中，所述热释电材料板叠由多层热释电材料板叠设而成，所述热释电材料板的板面方向平行于所述往复交变流体的流动方向。

其中，所述热声发动机包括依次相连的第三室温换热器、发动机回热器、第二高温换热器、第二热缓冲管和第四室温换热器；所述第四室温换热器远离所述第二热缓冲管的一端连接于所述谐振管，所述第四室温换热器和所述谐振管之间引出发动机调相惯性管连接至所述第三室温换热器远离所述发动机回热器的一端。

其中，所述热声制冷机包括依次相连的第五室温换热器、制冷机回热器、低温换热器、第三热缓冲管和第六室温换热器；所述第六室温换热器远离所述第三热缓冲管的一端连接于所述谐振管，所述第六室温换热器和所述谐振管之间引出制冷机调相惯性管连接至所述第五室温换热器远离所述制冷机回热器的一端。

本发明实施例还提供一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，包括多个直连热声转换单元，多个所述直连热声转换单元通过谐振管依次首尾相连，形成环形结构；至少一个所述谐振管中安装有热释电发电单元；所述直连热声转换单元包括串联连接的热声发动机和热声制冷机，所述热声制冷机用于消耗所述热声发动机产生的声功；

所述热释电发电单元包括第一高温换热器以及分别位于所述第一高温换热器的两端的第一室温换热器和第二室温换热器，所述第一高温换热器与所述第一室温换热器之间通过一组热释电材料板叠连接，所述第一高温换热器与所述第二室温换热器之间通过第一热缓冲管连接；所述热释电材料板叠用于连接外部的电路负载，以在所述热声发动机产生的往复交变流体的驱动下，产生热释电电流。

其中，所述热声发动机包括依次相连的第三室温换热器、发动机回热器、第二高温换热器、第二热缓冲管；所述热声制冷机包括依次相连的第五室温换热器、制冷机回热器、低温换热器、第三热缓冲管和第六室温换热器；所述热声发动机的所述第二热缓冲管连接于所述热声制冷机的第五室温换热器；所述第三室温换热器远离所述发动机回热器的一端通过谐振管连接于另一个所述直连热声转换单元的第六室温换热器。

其中，所述热释电材料板叠由多层热释电材料板叠设而成，所述热释电材料板的板面方向平行于所述往复交变流体的流动方向。

本发明实施例提供的基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，包括热声发动机、热声制冷机和热释电发电单元，热声发动机、热声制冷机和热释电发电单元之间通过谐振管连接，其中热声制冷机通过热声发动机来直接驱动，实现能量从热能到声能、再到冷能的转化。热释电发电单元包括至少一组热释电材料板叠，且热释电材料板叠的两端分别连接高温换热器和室温换热器，因而热释电材料板叠沿着轴向方向存在着一定的温度梯度，当热声发动机驱动工作介质产生往复交变流动时，热释电材料板叠与工质流体进行热量交换，实现对热释电材料的间断式地加热或冷却，利用热释电材料的热释电效应产生热释电电流。该冷热电联供系统通过热驱动的方式产生热声效应和热释电效应，整机无运动部件，能够有效地解决了机械运动部件可靠性低的问题，同时系统可以收集利用太阳能、废热等。

本发明实施例还提供另一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，包括多个直连热声转换单元，多个直连热声转换单元通过谐振管依次首尾相连，形成环形结构，且至少一个谐振管中安装有热释电发电单元，其中直连热声转换单元包括串联连接的热声发动机和热声制冷机。该冷热电联供系统通过将热声发动机和热声制冷机布置在环路结构中，可以使各部件处在行波相位为主的声场中，有利于提高工作效率，同时从直连热声转换单元出来的交变流体能够驱动谐振管内的热释电发电单元产生电能，提高了系统的能量利用率，而且整机无运动部件，能够有效地解决了机械运动部件可靠性低的问题，同时系统可以收集利用太阳能、废热等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中的一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中的另一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统的结构示意图；

图3是本发明实施例中的又一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统的结构示意图；

图4是本发明实施例中的再一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统的结构示意图；

附图标记说明：

1、第三室温换热器； 2、发动机回热器； 3、第二高温换热器；

4、第二热缓冲管； 5、第四室温换热器； 6、发动机调相惯性管；

7、谐振管； 8、第一室温换热器； 9、热释电材料板叠；

10、第一高温换热器； 11、第一热缓冲管； 12、第二室温换热器；

13、第六室温换热器； 14、第三热缓冲管； 15、低温换热器；

16、制冷机回热器； 17、第五室温换热器； 18、制冷机调相惯性管；

19、外部的电路负载。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”……“第六”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。

如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，包括热声发动机、热声制冷机和热释电发电单元，热声发动机、热声制冷机和热释电发电单元之间通过谐振管7连接。热声制冷机用于消耗热声发动机产生的声功，以产生冷量。具体地，热声发动机可以采用行波热声发动机、驻波热声发动机、行波驻波混合式热声发动机或者其他类型的热声发动机，只要能够实现热功转换产生声功，为热释电发电单元提供交变流体即可。同样地，热声制冷机可以采用行波热声制冷机、驻波热声发动机、行波驻波混合式热声制冷机或者其他类型的热声制冷机，只要能够实现通过消耗声功，不断将热声制冷机的冷端的热量泵送热声制冷机的热端，既产生制冷效应，又产生泵热效应即可。本实施例中以行波热声发动机和行波热声制冷机为例进行说明，在实际应用中采用行波热声发动机和行波热声制冷机的冷热电联供系统的效率要高于采用其他类型的热声发动机和热声制冷机的冷热电联供系统。

无论是热声发动机还是热声制冷机，均是利用热声效应来实现热声转换的。热声效应是指固体介质与振荡流体之间产生的时均能量效应，产生沿着(或逆着)声传播方向的时均热流和时均功流。按能量转换方向的不同，热声效应分为两类：一是用热能来产生声能，包括各类热声发动机；二是用声能来输运热能，包括热声制冷机等等。而热驱动热声制冷机则是通过热声发动机来直接驱动热声制冷机，实现能量从热能到声能、再到冷能的转化。同时在热声制冷机和热声发动机工作的过程中，与回热器一侧连接的室温换热器均会释放一定的热量，构成泵热量的一部分，可以用于生活热水的供应等。

如图1至3所示，热释电发电单元可以设置在热声发动机和热声制冷机之间的谐振管7内，即热声发动机与热释电发电单元之间、热释电发电单元与热声制冷机之间均通过谐振管7来连接。具体地，谐振管7可以为直管形式或者U型管形式。需要具体说明的是，热释电材料发电单元可以布置在谐振管7的不同轴向长度位置处，具体的布置位置可以根据所选择的热释电材料的不同以及根据所需要提供的往复交变流动的气体工质的体积流速不同来决定。

在另一个具体的实施例中，在热声发动机和热声制冷机之间的谐振管7的左侧靠近热声发动机出口的一端还可以增加一个向上的谐振管支路(图中未示出)，热释电发电单元可以布置于该谐振管支路中，该谐振管支路背离谐振管7的一端为封闭端。具体地，谐振管支路可以为直管形式或者锥管形式。通过将热释电发电单元设置在热声发动机与热声制冷机之间的谐振管7或者谐振管支路中，其对热声发动机与热声制冷机的声场特性均不会造成过多影响，因而可以实现整个冷热电联供系统的效率最大化。

此外，热释电发电单元还可以设置在热声发动机背离热声制冷机的一侧的谐振管7内，或者设置在热声制冷机背离热声发动机的一侧的谐振管7内(图中均为示出)，只要保证热声制冷机、热声发动机和热释电发电单元彼此相互连通，使得热声发动机产生的往复交变流体可以流经热释电发电单元进行换热并发电即可。综合而言，在实际应用过程中，无论热释电发电单元是设置在热声发动机背离热声制冷机的一侧，还是设置在热声制冷机背离热声发动机的一侧，均会对热声发动机和热声制冷机的声场特性造成一定的影响，因而整个系统的效率会有所降低。

热释电发电单元包括第一高温换热器10以及分别位于第一高温换热器10的两端的第一室温换热器8和第二室温换热器12，第一高温换热器10与第一室温换热器8之间通过一组热释电材料板叠9连接，第一高温换热器10与第二室温换热器12之间通过第一热缓冲管11连接(如图1和图2所示)或者通过另一组热释电材料板叠9连接(如图3所示)。

热释电材料板叠9用于连接外部的电路负载19，以在热声发动机产生的往复交变流体的驱动下，产生热释电电流。热释电材料板叠9利用热释电材料具有的热释电效应来发电。热释电效应是晶体的一种自然物理效应，是指当晶体受热或冷却后，由于温度的变化而导致自发式极化强度变化，从而在晶体某一方向产生表面极化电荷的现象。当dT/dt＝0时，即温度不随时间发生变化，则晶体的自发极化强度就不会发生改变，同时也就不会有热释电电流的产生；而当温度升高时，即dT/dt>0，则晶体的自发极化强度会减小，这时如果将外电路用导线连接，那么电路中会有热释电电流产生，当温度逐渐升高并达到平衡时，晶体的自发极化强度也将不再发生变化；反之，当温度降低时，即dT/dt<0，则晶体的自发极化强度会增大，在外电路中也相应地会有热释电电流的产生，直到达到新的平衡。

因而，在热释电发电单元中，第一高温换热器10不断从系统外界热源吸热产生高温，因而第一高温换热器10的温度高于第一室温换热器8和第二室温换热器12的温度，因而在热释电材料板叠9的轴向方向上存在着一定的温度梯度。本实施例中以图1和图2中的设置有单个热释电材料板叠9和单个第一热缓冲管11的热释电发电单元为例进行说明。

当热声发动机产生的交变流动的工质气体(或液体)沿着第一高温换热器10流向第一室温换热器8的方向振荡时，热释电材料板叠9与工质气体(或液体)进行热量交换吸收热量温度升高，热释电材料的自发极化强度随之减小，外接电路中会有热释电电流的产生；反之当工质气体(或液体)沿着第一室温换热器8流向第一高温换热器10的方向振荡时，热释电材料板叠9与工质气体(或液体)进行热量交换释放热量温度降低，热释电材料的自发极化强度随之增加，外接电路中会有反向的热释电电流的产生。因而利用热释电材料的热释电效应，通过对热释电发电单元进行间断式加热或冷却，就能产生热释电电流。

本实施例提供的一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，包括热声发动机、热声制冷机和热释电发电单元，热声发动机、热声制冷机和热释电发电单元之间通过谐振管连接，其中热声制冷机通过热声发动机来直接驱动，实现能量从热能到声能、再到冷能的转化。热释电发电单元包括至少一组热释电材料板叠，且热释电材料板叠的两端分别连接高温换热器和室温换热器，因而热释电材料板叠沿着轴向方向存在着一定的温度梯度，当热声发动机驱动工作介质产生往复交变流动时，热释电材料板叠与工质流体进行热量交换，实现对热释电材料的间断式地加热或冷却，利用热释电材料的热释电效应产生热释电电流。该基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统通过热驱动的方式来产生热声效应和热释电效应，整机无运动部件，能够有效地解决了机械运动部件可靠性低的问题，同时系统可以收集利用太阳能、废热等。

进一步地，如图2和图3所示，谐振管7位于热声发动机和热声制冷机之间，且谐振管7为U型谐振管，U型谐振管内充注有液体换热工质，热释电发电单元位于U型谐振管中，热释电材料板叠与液体换热工质进行换热。具体地，U型谐振管内填充的液体换热工质为电绝缘液体，例如导热油等。而在热声发动机和热声制冷机中使用的为工质气体，具体可以为氦气、氢气、氮气或其它惰性气体，也可以是这些气体的多元混合工质。热声发动机单元产生的交变流动的工质气体推动U型谐振管内的液体换热工质产生往复运动，液体换热工质与固态的热释电材料板叠9进行热交换，使得热释电材料被间断性地加热或冷却，从而在外部的电路负载19中产生热释电电流。与上述实施例相同的是，热释电发电单元也可以根据热释电材料的不同，放置在U型谐振管的不同轴向长度位置。

如图3所示，当U型谐振管内填充有液体换热工质时，将热释电材料板叠9设置成一种对称结构，即第一高温换热器10与第一室温换热器8之间通过一组热释电材料板叠9连接，第一高温换热器10与第二室温换热器12之间通过另一组热释电材料板叠9连接，且两组热释电材料板叠9均电连接于外部的电路负载19。相较于当谐振管7内流通气相换热工质时采用对称结构的热释电材料板叠9而言，本实施例对热声发动机产生的声功的消耗更少，整体的工作效率更高。

本实施例通过在热释电发电单元内填充液体工质与热释电材料进行换热，从而形成气-液耦合振动热声系统，该系统可以在较低的谐振频率工况下运行。

进一步地，如图1至图3所示，热释电材料板叠9由多层热释电材料板叠设而成，热释电材料板的板面方向平行于往复交变流体的流动方向。具体地，热释电材料可以采用单晶材料，如硫酸三甘肽(triglycine sulfate，简称TGS)等，或者采用高分子有机聚合物，如聚氟乙烯(polyvinyl fluoride，简称PVF)等，或者采用金属氧化物陶瓷，如钛酸铅、钽钪酸铅等。

进一步地，如图1至图3所示，热声发动机包括依次相连的第三室温换热器1、发动机回热器2、第二高温换热器3、第二热缓冲管4和第四室温换热器5。第四室温换热器5远离第二热缓冲管4的一端(即第四室温换热器5的右端)连接于谐振管7，第四室温换热器5和谐振管7之间引出发动机调相惯性管6连接至第三室温换热器1远离发动机回热器2的一端(即第三室温换热器1的左端)，以形成环形结构，构成行波型式的热声发动机。

热声发动机工作时，第二高温换热器3从系统外界热源，例如太阳能热源、高温工业废热热源或高温工业烟气热源等，吸收热量达到高温，在发动机回热器2内沿着轴向方向形成温度梯度并进行热功转换、声功被不断放大，为热释电材料发电单元提供了交变流动的工质气体，同时一部分热量则通过第三室温换热器1向系统外界放出热量进行泵热，可以用于生活热水的供应等；声功流经第二热缓冲管4和第四室温换热器5后部分声功通过发动机调相惯性管6反馈至第三室温换热器1，另一部分声功则流出热声发动机。利用第二热缓冲管4可以使第二高温换热器3处的高温逐渐过渡到第四室温换热器5处的室温，使整个热声发动机内除了热声转换部件以外的温度均为室温。利用发动机调相惯性管6可以调节热声发动机的声波相位，使热声发动机处于最佳的工作状态。

更进一步地，如图1至图3所示，热声制冷机包括依次相连的第五室温换热器17、制冷机回热器16、低温换热器15、第三热缓冲管14和第六室温换热器13。第六室温换热器13远离第三热缓冲管14的一端(即第六室温换热器13的左端)连接于谐振管7，第六室温换热器13和谐振管7之间引出制冷机调相惯性管18连接至第五室温换热器17远离制冷机回热器16的一端(即第五室温换热器17的右端)，以形成环形结构，构成行波型式的热声制冷机。

热声制冷机工作时，流出热声发动机的声功通过制冷机调相惯性管18流向第五室温换热器17，然后在制冷机回热器16内沿着温度梯度下降的方向声功被不断消耗，低温换热器15则不断从系统外界吸收热量产生制冷效应，并将热量泵送到第五室温换热器17产生泵热效应，第五室温换热器17可以采用冷却水回路进行冷却，将第五室温换热器17换热的热能转换为热水供应给用户。

如图4所示，本发明实施例还提供另一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，包括多个直连热声转换单元，多个直连热声转换单元通过谐振管7依次首尾相连，形成环形结构。至少一个谐振管7中安装有热释电发电单元，直连热声转换单元包括串联连接的热声发动机和热声制冷机，热声制冷机用于消耗热声发动机产生的声功。本实施例中的热释电发电单元与上述实施例中的热释电发电单元相同，此处不再赘述。与上述实施例不同的是，本实施例中包含两个或者以上的直连热声转换单元，每个直连热声转换单元中的热声发动机和热声制冷机采用的是直连结构。具体地，热声发动机和热声制冷机之间可以通过第二热缓冲管4直接相连，热声发动机产生的声功直接流入热声制冷机中被消耗掉，然后热声发动机产生的交变流体在谐振管7中可以驱动热释电发电单元发电。

本实施例提供的一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，包括多个直连热声转换单元，多个直连热声转换单元通过谐振管依次首尾相连，形成环形结构，且至少一个谐振管中安装有热释电发电单元，其中直连热声转换单元包括串联连接的热声发动机和热声制冷机。该冷热电联供系统通过将热声发动机和热声制冷机布置在环路结构中，可以使各部件处在行波相位中，有利于提高工作效率，同时直连热声转换单元产生的交变流体能够驱动谐振管内的热释电发电单元产生电能，提高了系统的能量利用率，而且整机无运动部件，能够有效地解决了机械运动部件可靠性低的问题，同时系统可以收集利用太阳能、废热等。

进一步地，如图4所示，热声发动机包括依次相连的第三室温换热器1、发动机回热器2、第二高温换热器3、第二热缓冲管4。热声制冷机包括依次相连的第五室温换热器17、制冷机回热器16、低温换热器15、第三热缓冲管14和第六室温换热器13。热声发动机的第二热缓冲管4连接于热声制冷机的第五室温换热器17，第三室温换热器1远离发动机回热器2的一端通过谐振管7连接于另一个直连热声转换单元的第六室温换热器13。

在该系统结构中，工作介质可以为气体(如氦气等)。在直连热声转换单元内，第二高温换热器3从系统外界热源吸收热量产生高温，声功从第三室温换热器1流向发动机回热器2并沿着温度梯度上升的方向被不断放大，热量则从第二高温换热器3输送到第三室温换热器1中产生泵热量，可以用于生活热水的供应等；声功通过第二热缓冲管4和第五室温换热器17后流向制冷机回热器16并沿着温度梯度下降的方向被不断消耗，低温换热器15则不断吸收外界热量产生制冷量，并将热量输送到第五室温换热器17产生泵热量，第五室温换热器17可以采用冷却水回路进行冷却，将第五室温换热器17换热的热能转换为热水供应给用户。热释电发电单元的发电原理则与上述实施例相同，热声发动机产生的往复振荡的流体使得热释电材料被间断性地加热或冷却，从而产生热释电电流。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，包括热声发动机、热声制冷机和热释电发电单元，热声发动机、热声制冷机和热释电发电单元之间通过谐振管连接，其中热声制冷机通过热声发动机来直接驱动，实现能量从热能到声能、再到冷能的转化。热释电发电单元包括至少一组热释电材料板叠，且热释电材料板叠的两端分别连接高温换热器和室温换热器，因而热释电材料板叠沿着轴向方向存在着一定的温度梯度，当热声发动机驱动工作介质产生往复交变流动时，热释电材料板叠与工质流体进行热量交换，实现对热释电材料的间断式地加热或冷却，利用热释电材料的热释电效应产生热释电电流。该冷热电联供系统通过热驱动的方式来产生热声效应和热释电效应，整机无运动部件，能够有效地解决了机械运动部件可靠性低的问题，同时系统可以收集利用太阳能、废热等。

本发明提供的另一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，包括多个直连热声转换单元，多个直连热声转换单元通过谐振管依次首尾相连，形成环形结构，且至少一个谐振管中安装有热释电发电单元，其中直连热声转换单元包括串联连接的热声发动机和热声制冷机。该冷热电联供系统通过将热声发动机和热声制冷机布置在环路结构中，可以使各部件处在行波相位中，有利于提高工作效率，同时直连热声转换单元产生的交变流体能够驱动谐振管内的热释电发电单元产生电能，提高了系统的能量利用率，而且整机无运动部件，能够有效地解决了机械运动部件可靠性低的问题，同时系统可以收集利用太阳能、废热等。

最后应说明的是：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 (9)

1.一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，其特征在于，包括热声发动机、热声制冷机和热释电发电单元，所述热声发动机、所述热声制冷机和所述热释电发电单元之间通过谐振管连接，所述热释电发电单元安装于所述热声发动机和所述热声制冷机之间的谐振管内；所述热声制冷机用于消耗所述热声发动机产生的声功；

所述热释电发电单元包括第一高温换热器以及分别位于所述第一高温换热器的两端的第一室温换热器和第二室温换热器，所述第一高温换热器与所述第一室温换热器之间通过一组热释电材料板叠连接，所述第一高温换热器与所述第二室温换热器之间通过第一热缓冲管连接或者通过另一组热释电材料板叠连接；所述热释电材料板叠用于连接外部的电路负载，以在所述热声发动机产生的往复交变流体的驱动下，产生热释电电流。

2.根据权利要求1所述的基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，其特征在于，所述谐振管为U型谐振管，所述U型谐振管内充注有液体换热工质，所述热释电发电单元位于所述U型谐振管中，所述热释电材料板叠与所述液体换热工质进行换热。

3.根据权利要求1所述的基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，其特征在于，位于所述热声发动机和所述热声制冷机之间的谐振管靠近所述热声发动机的出口的一端向外引出一个谐振管支路，所述热释电发电单元安装于所述谐振管支路内。

4.根据权利要求1所述的基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，其特征在于，所述热释电材料板叠由多层热释电材料板叠设而成，所述热释电材料板的板面方向平行于所述往复交变流体的流动方向。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，其特征在于，所述热声发动机包括依次相连的第三室温换热器、发动机回热器、第二高温换热器、第二热缓冲管和第四室温换热器；所述第四室温换热器远离所述第二热缓冲管的一端连接于所述谐振管，所述第四室温换热器和所述谐振管之间引出发动机调相惯性管连接至所述第三室温换热器远离所述发动机回热器的一端。

6.根据权利要求5所述的基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，其特征在于，所述热声制冷机包括依次相连的第五室温换热器、制冷机回热器、低温换热器、第三热缓冲管和第六室温换热器；所述第六室温换热器远离所述第三热缓冲管的一端连接于所述谐振管，所述第六室温换热器和所述谐振管之间引出制冷机调相惯性管连接至所述第五室温换热器远离所述制冷机回热器的一端。

7.一种基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，其特征在于，包括多个直连热声转换单元，多个所述直连热声转换单元通过谐振管依次首尾相连，形成环形结构；至少一个所述谐振管中安装有热释电发电单元；所述直连热声转换单元包括串联连接的热声发动机和热声制冷机，所述热声制冷机用于消耗所述热声发动机产生的声功；

所述热释电发电单元包括第一高温换热器以及分别位于所述第一高温换热器的两端的第一室温换热器和第二室温换热器，所述第一高温换热器与所述第一室温换热器之间通过一组热释电材料板叠连接，所述第一高温换热器与所述第二室温换热器之间通过第一热缓冲管连接；所述热释电材料板叠用于连接外部的电路负载，以在所述热声发动机产生的往复交变流体的驱动下，产生热释电电流。

8.根据权利要求7所述的基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，其特征在于，所述热声发动机包括依次相连的第三室温换热器、发动机回热器、第二高温换热器、第二热缓冲管；所述热声制冷机包括依次相连的第五室温换热器、制冷机回热器、低温换热器、第三热缓冲管和第六室温换热器；所述热声发动机的所述第二热缓冲管连接于所述热声制冷机的第五室温换热器；所述第三室温换热器远离所述发动机回热器的一端通过谐振管连接于另一个所述直连热声转换单元的第六室温换热器。

9.根据权利要求7所述的基于热声效应和热释电效应的冷热电联供系统，其特征在于，所述热释电材料板叠由多层热释电材料板叠设而成，所述热释电材料板的板面方向平行于所述往复交变流体的流动方向。

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