CN113915089A - 一种波纹管密封热声发电机和波纹管密封热声制冷机 - Google Patents

一种波纹管密封热声发电机和波纹管密封热声制冷机 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种波纹管密封热声发电机和波纹管密封热声制冷机，包括波纹管密封谐振子、热声发动机和直线发电机；波纹管密封谐振子包括：波纹管和谐振片；波纹管固定在热声发动机的管壁内，将管壁分隔成两部分，谐振片安装在波纹管的两端，密封空间内填充有用于谐振的液体；波纹管上至少一端的谐振片与直线发电机的活动端连接。本发明提供的波纹管密封热声发电机，采用波纹管对液体谐振子进行封装，并在波纹管的两端连接谐振片，代替传统直线发电机中活塞和气缸间的滑动支撑结构，使得波纹管密封谐振子能够作为热声发动机和直线发电机的中间结构来驱动直线发电机的运动，有效降低热声发电机的加工难度和成本。

Description

一种波纹管密封热声发电机和波纹管密封热声制冷机
技术领域
本发明涉及热声领域，尤其涉及一种波纹管密封热声发电机和波纹管密封热声制冷机。
背景技术
热声发电机由热声发动机和直线发电机两部分组成的。如图1所示，热声发动机主要包括加热器1、回热器2、水冷器3。直线发电机则主要包括活塞4、动子5、永磁体6、线圈7、内定子8、外定子9、气缸10等。当热声发动机中加热器1温度升高，水冷器3保持一定的温度，回热器2内轴线方向就会建立起温度梯度，当温度梯度达到一定值时，系统内气体就会产生自激振荡，发动机将热能转化为声波形式的机械能。声波可以推动直线发电机中的活塞4运动，因为动子5、永磁体6与活塞4固定连接在一起，因此活塞4运动是也会带着动子5和永磁体6运动，从而改变线圈7内的磁通量，将机械能转化为电能输出。
为提升发动机的换热性能，热声发动机中不能存在润滑油，所以直线发电机中的气缸10和活塞4不能采用润滑油进行润滑。所以直线发电机的活塞4和动子5仅能够采用板簧或者气浮的方式进行支撑，因此活塞4和气缸10之间必须保持10微米量级的间隙，这给加工和装配带来了巨大的困难。
发明内容
本发明实施例提供一种波纹管密封热声发电机和波纹管密封热声制冷机，用以解决热声发电机中的直线电机的动子无法采用油润滑支撑的问题。
本发明实施例提供一种波纹管密封热声发电机，包括：
波纹管密封谐振子、热声发动机和直线发电机；
所述波纹管密封谐振子包括：波纹管和谐振片；所述波纹管固定在所述热声发动机的管壁内，将所述管壁分隔成两部分，所述谐振片安装在所述波纹管的两端，所述谐振片与所述波纹管形成密封空间，所述密封空间内填充有用于谐振的液体；所述波纹管上至少一端的所述谐振片与所述直线发电机的活动端连接。
根据本发明一个实施例的波纹管密封热声发电机，所述波纹管密封热声发电机还包括：固定件；所述波纹管包括：第一波纹管和第二波纹管；所述谐振片包括：第一谐振片和第二谐振片；
所述第一波纹管连接在所述固定件的第一端，所述第一谐振片连接在所述第一波纹管远离所述固定件的一端；所述第二波纹管连接在所述固定件的第二端，所述第二谐振片连接在所述第二波纹管远离所述固定件的一端。
根据本发明一个实施例的波纹管密封热声发电机，所述波纹管密封热声发电机还包括：连接轴；所述固定件上设有轴承孔和连通孔，所述第一波纹管通过所述连通孔与所述第二波纹管连通，所述连接轴穿过所述轴承孔，所述连接轴的第一端与所述第一谐振片连接，所述连接轴的第二端与所述第二谐振片连接。
根据本发明一个实施例的波纹管密封热声发电机，所述固定件为固定法兰，所述谐振片为平板法兰。
根据本发明一个实施例的波纹管密封热声发电机，所述波纹管密封谐振子还包括：第一填充块和第二填充块；
所述连接轴的第一端通过所述第一填充块与所述第一谐振片连接，所述连接轴的第二端通过所述第二填充块与所述第二谐振片连接。
根据本发明一个实施例的波纹管密封热声发电机，所述直线发电机包括：
动子、永磁体、外定子和内定子；
所述动子可活动地安装在所述内定子和所述外定子之间，所述动子的一端与所述谐振片连接，所述动子的另一端与所述永磁体连接。
根据本发明一个实施例的波纹管密封热声发电机，外定子包括：铁芯和线圈；所述铁芯的槽内缠绕有所述线圈。
根据本发明一个实施例的波纹管密封热声发电机，所述液体为润滑油。
根据本发明一个实施例的波纹管密封热声发电机，所述热声发动机包括：依次连接的热腔、加热器、回热器和水冷器；所述热腔依次通过所述加热器、回热器和水冷器与所述波纹管一端的谐振片间隔设置。
根据本发明一个实施例的波纹管密封热声发电机，所述波纹管密封热声发电机分为多组，各组所述波纹管密封热声发电机依次首尾连接。
本发明提供的波纹管密封热声发电机，采用波纹管对液体谐振子进行封装，并在波纹管的两端连接谐振片，以此来代替传统直线发电机中活塞和气缸间的滑动支撑结构，使得波纹管密封谐振子能够作为热声发动机和直线发电机的中间结构来驱动直线发电机的运动，有效降低热声发电机的加工难度和成本。
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是现有热声发电机的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的波纹管密封热声发电机的结构示意图；
图3是本发明另一实施例提供的波纹管密封热声发电机的结构示意图；
附图标记：
1、加热器；2、回热器；3、水冷器；4、活塞；5、动子；6、永磁体；7、线圈；8、内定子；9、外定子；10、气缸；11、管壁；12、波纹管；13、谐振片；14、液体；15、固定件；16、连接轴；17、第一填充块；18、第二填充块；19、热腔。
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作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。
下面结合图2描述本发明实施例的提供的波纹管密封热声发电机，该波纹管密封热声发电机包括：波纹管密封谐振子、热声发动机和直线发电机。波纹管密封谐振子包括：波纹管12和谐振片13；波纹管12固定在热声发动机的管壁11内，将管壁11分隔成两部分，谐振片13安装在波纹管12的两端，谐振片13与波纹管12形成密封空间，密封空间内填充有用于谐振的液体14。波纹管12上至少一端的谐振片13与直线发电机的活动端连接。
根据需求，可在一端或两端的谐振片13上连接直线发电机。
工作过程中，热声发动机将热能转化为声波形式的机械能，声波可以推动波纹管密封谐振子运动。由于波纹管12具有良好的伸缩性能，当气体推动一侧的谐振片13运动时，液体14基本没有可压缩性，另一侧的谐振片13就会进行相同的运动。从而可通过另一侧的谐振片13带动直线发电机的活动端运动，直线发电机通过改变线圈内的磁通量，将机械能转化为电能输出。
如果主动向直线发电机中输入电能，则热声发电机可以变成直线压缩机驱动的热声制冷机。对应地，直线发电机变成了直线压缩机。热声发动机中原来的加热器则变成了冷端换热器，从而可利用热声发动机冷端换热器来提供制冷量。
本发明实施例提供的波纹管密封热声发电机，采用波纹管对液体谐振子进行封装，并在波纹管的两端连接谐振片，以此来代替传统直线发电机中活塞和气缸间的滑动支撑结构，使得波纹管密封谐振子能够作为热声发动机和直线发电机的中间结构来驱动直线发电机的运动，有效降低热声发电机的加工难度和成本。
本发明还提供一种波纹管密封热声发电机，如图2所示，波纹管密封热声发电机还包括：固定件15。波纹管通过固定件15固定在热声发动机的管壁11内。波纹管12包括：第一波纹管和第二波纹管；谐振片13包括：第一谐振片和第二谐振片；第一波纹管连接在固定件15的第一端，第一谐振片连接在第一波纹管远离固定件15的一端；第二波纹管连接在固定件15的第二端，第二谐振片连接在第二波纹管远离固定件15的一端。
波纹管12可采用焊接的方式进行固定。其中，第一波纹管焊接在固定件15的第一端，第二波纹管焊接在固定件15的第二端。第一谐振片焊接在第一波纹管远离固定件15的一端。第二谐振片焊接在第二波纹管远离固定件15的一端。
其中，固定件15可选用固定法兰，谐振片13可选用平板法兰。
由于液体14和谐振片13带有一定的重量，而波纹管12较为柔软，为减少谐振片13重力对波纹管12的变形影响。波纹管密封谐振子还包括：连接轴16。固定件15上设有轴承孔和连通孔，第一波纹管通过连通孔与第二波纹管连通，用于连通固定件15两侧的液体14。连接轴16穿过轴承孔，连接轴16的第一端与第一谐振片连接，连接轴16的第二端与第二谐振片连接。当气体推动第一谐振片运动时，由于液体14基本没有可压缩性，第一谐振片通过连接轴16带动第二谐振片，第二谐振片就会进行相同的运动。
如果波纹管12内的填充液体14是润滑油，那么还可以在轴承孔内起到润滑的作用。
进一步地，在连接轴16上还可以固定填充块材料，减少液体14的填充量，这样液体14的重力对波纹管12的变形影响也可以减少。具体地，波纹管密封谐振子还包括：第一填充块17和第二填充块18；连接轴16的第一端通过第一填充块17与第一谐振片连接，连接轴16的第二端通过第二填充块18与第二谐振片连接。
本实施例中，直线发电机包括：动子5、永磁体6、外定子9和内定子8。动子5可活动地安装在内定子8和外定子9之间，动子5的一端与谐振片13连接，动子5的另一端与永磁体6连接。由于动子5和永磁体6与谐振片13固定在一起，因此永磁体6就可以改变线圈7中的磁通量，从而将声波转化为电能。
其中，外定子包括：铁芯和线圈7。铁芯的槽内缠绕有线圈7。铁芯可选用硅钢片，硅钢片叠成若干块成包围住线圈7。
本实施例中，热声发动机包括：依次连接的热腔19、加热器1、回热器2和水冷器3；热腔19依次通过加热器1、回热器2和水冷器3与热声发动机的管壁11连通。
工作过程中，加热器1温度升高，水冷器3保持一定的温度，回热器2内轴线方向就会建立起温度梯度，当温度梯度达到一定值时，热声发动机的管壁11内的流体就会产生自激振荡，从而发动机将热能转化为声波形式的机械能。而且由于润滑油被波纹管12密封，热声发动机内部不会受到污染而影响换热，同时润滑油又可以对轴承和支撑轴起到良好的润滑作用。
为加强热声发动机的功率，如图3所示，波纹管密封热声发电机分为多组，各组波纹管密封热声发电机依次首尾连接。每组波纹管密封热声发电机中均设有波纹管密封谐振子、热声发动机和直线发电机。
在其它实施例中，还可根据实际需求调整各组中热声发动机和直线发电机的数量，以满足不同工作需要。
波纹管密封热声发动机也可以更换为热声制冷机。此时电能输入直线压缩机(直线发电机反过来用就变成了直线压缩机)，驱动动子5、波纹管12等往复运动产生压力波，压力波再驱动热声制冷结构(替换热声发动机)进行制冷，从而可构成一套电驱动热声制冷系统。
基于此，本发明还提供一种波纹管密封热声制冷机，该波纹管密封热声制冷机包括：
波纹管密封谐振子、热声制冷结构和直线压缩机；波纹管密封谐振子包括：波纹管和谐振片；波纹管固定在热声制冷结构的管壁内，将管壁分隔成两部分，谐振片安装在波纹管的两端，谐振片与波纹管形成密封空间，密封空间内填充有用于谐振的液体；波纹管上至少一端的谐振片与直线压缩机的活动端连接。
其中，波纹管密封谐振子的具体的结构可参阅图2至图3的文字描述，在此不再赘述。
本发明实施例提供的波纹管密封热声制冷机，采用波纹管对液体谐振子进行封装，并在波纹管的两端连接谐振片，以此来代替传统直线压缩机中活塞和气缸间的滑动支撑结构，使得波纹管密封谐振子能够作为热声制冷结构和直线压缩机的中间结构来驱动热声制冷结构。
综上所述，本发明实施例提供的波纹管密封热声发电机，采用波纹管对液体谐振子进行封装，并在波纹管的两端连接谐振片，以此来代替传统直线发电机中活塞和气缸间的滑动支撑结构，使得波纹管密封谐振子能够作为热声发动机和直线发电机的中间结构来驱动直线发电机的运动，有效降低热声发电机的加工难度和成本。
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 (10)

1.一种波纹管密封热声发电机，其特征在于，包括：
波纹管密封谐振子、热声发动机和直线发电机；
所述波纹管密封谐振子包括：波纹管和谐振片；所述波纹管固定在所述热声发动机的管壁内，将所述管壁分隔成两部分，所述谐振片安装在所述波纹管的两端，所述谐振片与所述波纹管形成密封空间，所述密封空间内填充有用于谐振的液体；所述波纹管上至少一端的所述谐振片与所述直线发电机的活动端连接。
2.根据权利要求1所述的波纹管密封热声发电机，其特征在于，所述波纹管密封热声发电机还包括：固定件；所述波纹管包括：第一波纹管和第二波纹管；所述谐振片包括：第一谐振片和第二谐振片；
所述第一波纹管连接在所述固定件的第一端，所述第一谐振片连接在所述第一波纹管远离所述固定件的一端；所述第二波纹管连接在所述固定件的第二端，所述第二谐振片连接在所述第二波纹管远离所述固定件的一端。
3.根据权利要求2所述的波纹管密封热声发电机，其特征在于，所述波纹管密封热声发电机还包括：连接轴；所述固定件上设有轴承孔和连通孔，所述第一波纹管通过所述连通孔与所述第二波纹管连通，所述连接轴穿过所述轴承孔，所述连接轴的第一端与所述第一谐振片连接，所述连接轴的第二端与所述第二谐振片连接。
4.根据权利要求2所述的波纹管密封热声发电机，其特征在于，所述固定件为固定法兰，所述谐振片为平板法兰。
5.根据权利要求3所述的波纹管密封热声发电机，其特征在于，所述波纹管密封谐振子还包括：第一填充块和第二填充块；
所述连接轴的第一端通过所述第一填充块与所述第一谐振片连接，所述连接轴的第二端通过所述第二填充块与所述第二谐振片连接。
6.根据权利要求1所述的波纹管密封热声发电机，其特征在于，所述直线发电机包括：
动子、永磁体、外定子和内定子；
所述动子可活动地安装在所述内定子和所述外定子之间，所述动子的一端与所述谐振片连接，所述动子的另一端与所述永磁体连接。
7.根据权利要求1所述的波纹管密封热声发电机，其特征在于，所述液体为润滑油。
8.根据权利要求1所述的波纹管密封热声发电机，其特征在于，所述热声发动机包括：依次连接的热腔、加热器、回热器和水冷器；所述热腔依次通过所述加热器、所述回热器和所述水冷器与所述波纹管一端的谐振片间隔设置。
9.根据权利要求1所述的波纹管密封热声发电机，其特征在于，所述波纹管密封热声发电机分为多组，各组所述波纹管密封热声发电机依次首尾连接。
10.一种波纹管密封热声制冷机，其特征在于，包括：
波纹管密封谐振子、热声制冷结构和直线压缩机；
所述波纹管密封谐振子包括：波纹管和谐振片；所述波纹管固定在所述热声制冷结构的管壁内，将所述管壁分隔成两部分，所述谐振片安装在所述波纹管的两端，所述谐振片与所述波纹管形成密封空间，所述密封空间内填充有用于谐振的液体；所述波纹管上至少一端的所述谐振片与所述直线压缩机的活动端连接。
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