WO2018107827A1 - 一种利用热声发动机驱动热声热泵的系统 - Google Patents

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罗二仓
陈燕燕
张丽敏
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  • thermoacoustic engine includes a multi-stage engine component
  • an energy amplifying unit is connected between the energy input end and the energy output end of the first-stage engine component, and the rest are At least two energy amplifying units are connected between the energy input end and the energy output end of the stage engine assembly; in the adjacent two-stage engine components, the energy input ends of the at least two energy amplifying units of the latter stage respectively pass through the harmonic oscillator Correspondingly coupled in parallel to the energy output of any of the energy amplifying units of the previous stage.

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Abstract

一种利用热声发动机驱动热声热泵的系统，包括顺次连接在压缩机（18）和发电机（19）之间的热声发动机和热声热泵，热声发动机通过谐振子与热声热泵耦合；热声发动机用于利用加热逐级放大来自压缩机的声波能量，热声热泵用于将放大后的声波能量逐级降低，以将声波能量分别转换为热能和电能，谐振子用于形成行波声场。该系统通过谐振子将热声发动机与热声热泵耦合连接，使得该系统既能有效利用低品位热量，实现高效的制冷或供热功能，还能利用发电机与谐振子协同工作，将转化的电能通过发电机对压缩机电能进行补充，从而有效提高系统的工作效率，减小系统能量损失。

Description

一种利用热声发动机驱动热声热泵的系统
交叉引用
本申请引用于2016年12月14日提交的专利名称为“一种利用热声发动机驱动热声热泵的系统”的第2016111565334号中国专利申请，其通过引用被全部并入本申请。
技术领域
本发明涉及能源利用设备技术领域，尤其涉及一种利用热声发动机驱动热声热泵的系统。
背景技术
热声发动机是将热能转换为声波形式的机械能的新型动力装置，热能可以包括各种形式，例如太阳能，工业废热，燃烧热等；热声热泵则是将声波形式的机械能转化为热能，实现泵热或者制冷的装置。利用热声发动机驱动的热声热泵则可以利用热能获得制冷或者将低品位的热能进行提升，使用热能获得冷量，因此在电能缺乏的场合具有很好的应用前景。
广义的热泵包括制冷机和供热机，前者是获得冷量，后者是为了获得热量，以传统的利用热声发动机驱动热声制冷机的结构为例，其结构主要由三部分组成：传统热声发动机，传统热声制冷机，以及耦合二者的连接管。上述的结构通常存在以下三个方面的问题：
第一、传统热声发动机体积庞大，声功利用效率低。在传统热声发动机中，利用谐振管确定传统热声发动机的工作频率，谐振管的长度与声波的波长相关。例如对于一个50Hz工作频率的系统，谐振管的长度至少在5米以上的长度，而且谐振管的直径比较大，因此谐振管内的流动损失很大，通常要占到系统声功的30％以上。
第二、传统制冷机效率低。声波进入传统热声制冷机后，最后剩余的声功全部被惯性管和气库耗散掉，但是在此作为调相机构的惯性管和气库又是无法去除的。
第三、在上述结构中，传统热声发动机与传统热声制冷机的耦合效率 低。当发动机与制冷机之间直接连接时，能够进入制冷机的声功量较少，如果通过一定长度的管子连接(通常为四分之一波长)，进入制冷机的声功能增加，但上述的连接管内部的流动损失会增加。
综上所述，现有的利用热声发动机驱动的热声制冷机(或者供热机)的效率非常低。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供了一种高效的利用热声发动机驱动热声热泵的系统，能够优化系统结构，有效提高热声发动机和热声热泵之间的耦合效果，从而大幅提高系统性能和实用性。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用热声发动机驱动热声热泵的系统，包括顺次连接在压缩机和发电机之间的热声发动机和热声热泵，所述热声发动机通过谐振子与所述热声热泵耦合；所述热声发动机用于利用加热逐级放大来自所述压缩机的声波能量，所述热声热泵用于将放大后的所述声波能量逐级降低，以将所述声波能量分别转换为热能和电能，所述谐振子用于形成行波声场。
进一步的，所述热声发动机包括至少一级发动机组件，各级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少一个能量放大单元；每个所述能量放大单元均包括：顺次连接在所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间的发动机主水冷器、发动机回热器和加热器。
进一步的，所述热声发动机包括多级发动机组件时，各级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有一个所述能量放大单元，各个所述能量放大单元之间分别通过谐振子串联耦合。
进一步的，所述热声发动机包括多级发动机组件时，第一级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个所述能量放大单元，其余各级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少两个所述能量放大单元；在相邻两级所述发动机组件中，后一级的至少两个所述能量放大单元的能量输入端分别通过谐振子、对应并联耦合在前一级的任一所述能量放大单元的能量输出端上。
进一步的，所述能量放大单元还包括发动机调相机构，所述发动机调相机构设置于加热器与发动机组件的能量输出端之间。
进一步的，所述热声热泵包括至少一级热泵组件，各级所述热泵组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少一个能量转换单元，各个所述能量转换单元均用于制冷或供热；
每个所述能量转换单元均包括：调温机构、热泵回热器和恒温头；
所述能量转换单元用于制冷时，所述调温机构、热泵回热器和恒温头顺次连接在所述热泵组件的能量输入端和能量输出端之间；
所述能量转换单元用于供热时，所述调温机构、热泵回热器和恒温头顺次连接在所述热泵组件的能量输出端和能量输入端之间。
进一步的，所述热声热泵包括多级热泵组件时，各级所述热泵组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有一个所述能量转换单元，各个所述能量转换单元之间分别通过谐振子串联耦合。
进一步的，所述热声热泵包括多级热泵组件时，最后一级所述热泵组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个所述能量转换单元，其余各级所述热泵组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少两个所述能量转换单元；在相邻两级所述发动机组件中，前一级的至少两个所述能量转换单元的能量输出端同时通过谐振子、并联耦合在后一级的一个所述能量转换单元的能量输入端上。
进一步的，所述能量转换单元还包括热泵调相机构，所述能量转换单元用于制冷时，所述热泵调相机构设置于恒温头与热泵组件的能量输出端之间；所述能量转换单元用于供热时，所述热泵调相机构设置于恒温头与热泵组件的能量输入端之间。
进一步的，所述谐振子包括活塞和支撑弹簧，所述支撑弹簧的一端固定，另一端与活塞连接，所述活塞沿声波能量的流向设置，用于形成行波声场。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
1、本发明的系统通过谐振子将热声发动机与热声热泵耦合连接，先通过热声发动机对来自压缩机的声波能量补充热能，从而逐级放大声波能 量，然后通过热声热泵将放大后的声波能量逐级降低、以将声波能量分别转换为热能和电能，使得该系统既能有效利用低品位热量，实现高效的制冷或供热功能，还能利用发电机与谐振子协同工作，将转化的电能通过发电机对压缩机电能进行补充，从而有效提高系统的工作效率，减小系统能量损失。
2、当多级能量放大单元之间串联耦合时，由于级数过高容易造成发动机回热器内横截面上的能量流动不均匀，从而降低热声发动机的工作效率，对此本系统进一步提出一种结构，通过将多级能量放大单元之间并联耦合，以保证发动机回热器内横截面上的能量流动均匀，从而进一步的有效提高系统的工作效率，同时合理优化系统结构；此外，并联耦合结构使得各个能量放大单元的制造尺寸相同，有利于批量化生产，降低生产成本。
3、当多级能量转换单元之间串联耦合时，由于级数过高容易造成供热回热器或制冷回热器的内横截面上的能量流动不均匀，从而降低热声热泵的供热或制冷的效率，对此本系统进一步提出一种结构，通过将多级能量转换单元之间并联耦合，以保证供热回热器或制冷回热器的内横截面上的能量流动均匀，从而进一步的有效提高系统的工作效率，同时合理优化系统结构；此外，并联耦合结构使得各个能量转换单元的制造尺寸相同，且能与热声发动机的能量放大单元对应设置，有利于批量化生产，降低生产成本。
4、通过增设发动机调相机构和/或热泵调相机构，确保系统的工作温度处于合理范围内，进一步提高系统工作的安全性和稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例一的系统结构示意图；
图2为本发明实施例二的系统结构示意图；
图3为本发明实施例三的系统结构示意图；
图4为本发明实施例四的系统结构示意图。
其中，1、发动机主水冷器；2、发动机回热器；3、加热器；4、发动机热缓冲管；5、次水冷器；9、制冷机主水冷器；10、制冷回热器；11、冷头；12、脉管；13、制冷机的层流化元件；18、压缩机；19、发电机；20、吸热器；21、供热回热器；22、热头；23、供热机热缓冲管；24、供 热机的层流化元件；16、25、27、活塞；17、26、28、支撑弹簧。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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本发明中的具体含义。
本发明提供的利用热声发动机驱动热声热泵的系统，包括顺次连接在压缩机18和发电机19之间的热声发动机和热声热泵，热声发动机通过谐振子与热声热泵耦合；热声发动机用于利用加热逐级放大来自压缩机18的声波能量，热声热泵用于将放大后的声波能量逐级降低，以将声波能量分别转换为热能和电能，谐振子用于形成行波声场。
其中，为了提高热声发动机和热声热泵之间的耦合效率，简化结构，优选谐振子包括活塞16、25、27和支撑弹簧17、26、28，支撑弹簧17、26、28的一端固定，另一端与活塞16、25、27连接，活塞16、25、27沿声波能量的流向设置，用于形成行波声场。
具体的，支撑弹簧17、26、28的轴线沿声波能量的流向设置，支撑弹簧17、26、28的一端固定在声波能量来源端，即热声发动机的能量输出端，支撑弹簧17、26、28的另一端固定在活塞16、25、27背面，活塞16、25、27的正面朝向热声热泵的能量输入端，活塞16、25、27在支撑弹簧17、26、28的弹力作用下，在热声发动机和热声热泵之间发生谐振作用，从而形成行波声场，以促进声波能量的传递效率，有效降低能量输 送时的能量损耗。
以下以五个具体实施例详细描述本系统的结构和工作原理。
实施例一
本实施例一的系统如图1所示，该系统的热声发动机和热声热泵顺次连接在压缩机18和发电机19之间，且热声发动机通过谐振子与热声热泵耦合。
本实施例一的热声发动机设有一级发动机组件，该发动机组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个能量放大单元；能量放大单元包括顺次连接在发动机组件的能量输入端和能量输出端之间的发动机主水冷器1、发动机回热器2和加热器3，在热声发动机工作时，首先利用加热器3对热声发动机内部进行加热，以使温度升高，然后压缩机18通过运动向热声发动机内输入机械能，由于发动机回热管的一端连接加热器3，另一端连接发动机主水冷器1，使得发动机回热管的两端形成具有温度梯度的热能场，当来自压缩机18的机械能进入回热管时，受到热能场的影响，产生自激的声波震荡，从而使声波能量受到热能补充，具体表现在：与从热声发动机的能量输入端进入的能量相比，从热声发动机的能量输出端输出的声波能量放大了一定比例；同时，加热器3可以充分回收利用低品位余热，将其补充入声波能量中，从而实现低品位余热的回收，转化为高品位能量再次利用。
在上述的能量放大单元中还包括发动机调相机构，以对经过热能补充放大的声波能量进行温控补偿，本实施例一的发动机调相机构优选包括发动机热缓冲管和次水冷器4，发动机热缓冲管和次水冷器4顺次连接在加热器3和发动机组件能量输出端之间，确保在加热器3与谐振子之间形成温度缓冲，避免热声发动机的加热器3与谐振子过近，造成加热器3的工作温度过高，进而造成系统不稳定。
本实施例一的热声热泵为制冷机，该热声热泵设有一级热泵组件，该级热泵组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个用于制冷的能量转换单元，该能量转换单元包括：作为调温机构的制冷机主水冷器9、作为热泵回热器的制冷回热器10和作为恒温头的冷头11，当热声热泵为制冷机时，能量转换单元用于制冷，此时制冷机主水冷器9、制冷回热器10 和冷头11顺次连接在热泵组件的能量输入端和能量输出端之间，声波能量经过谐振子作用进入制冷机后，一部分声波能量被用来将冷头11内的热量经由制冷回热器10泵送到制冷机主水冷器9，从而产生制冷作用，另一部分声波能量通过推动发电机19运动而转化为电能，从而可以利用发电机19为压缩机18供电，使系统得到能量的闭环补充，使系统结构更加紧凑，减少系统能量损失；同时，由于部分能量在系统内循环利用，从而使得系统的工作频率由压缩机18决定，仅控制压缩机18即可控制系统的工作频率，使得系统的控制更为简单。
在上述的能量转换单元中还包括热泵调相机构，以对声波能量转化为热能的过程进行温控补偿，由于本实施例一的热声热泵为制冷机，因此热泵调相机构设置于恒温头与热泵组件的能量输出端之间，优选该热泵调相机构包括脉管12和制冷机的层流化元件13，脉管12和制冷机的层流化元件13顺次连接在冷头11和热泵组件的能量输出端之间，确保在冷头11与能量输出端之间形成温度缓冲，避免制冷机因冷头11与发电机19或谐振子过近，造成冷头11温度过高，进而造成系统不稳定。
需要说明的是，设置在热声发动机和热声热泵之间的谐振子的结构中，当支撑弹簧17沿声波能量的流向设置时，活塞16的正面朝向行波声场的能量输出端，其背面朝向行波声场的能量输入端，利用支撑弹簧17的伸缩带动活塞16谐振运动，从而实现声波能量在行波声场中的高效流动；除此之外，还可以设置旁通通道，将支撑弹簧17的一端固定在旁通通道的末端，另一端连接在活塞16的背面，使活塞16在行波声场中通过支撑弹簧17的带动而运动，从而实现声波能量在行波声场中的高效流动。
同样的，设置在各级发动机组件之间的活塞25和支撑弹簧26、以及设置在各级热泵组件之间的活塞27和支撑弹簧28，均可以采用上述两种谐振子的结构中的一种设置，以实现声波能量在行波声场中的高效流动，进而促进系统性能的提高。
实施例二
本实施例二的系统结构和工作原理与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：本实施例二的系统结构如图2所示，该系统中，热声发动机设有多级发动机组件，各级发动机组件的能量输入端和能量输 出端之间均连接有一个能量放大单元，各个能量放大单元之间分别通过谐振子串联耦合；热声热泵设有多级热泵组件，各级热泵组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有一个能量转换单元，各个能量转换单元之间分别通过谐振子串联耦合；在最后一级发动机组件的能量输出端和第一级热泵组件的能量输入端之间设置谐振子，利用谐振子形成的行波声场，将经过多级发动机组件逐级放大的声波能量高效输入热声热泵中，利用多级热泵组件逐级转换，从而进一步提高系统的工作效率。
本实施例二的系统中，热声热泵为制冷机，即多级热泵组件将声波能量逐级转换降低热量，从而对外制冷。热声发动机和热声热泵均采用两级结构，一方面，热声发动机设有两级发动机组件，每一级发动机组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有一个能量放大单元，且两个能量放大单元之间分别通过谐振子串联耦合，谐振子在两个能量放大单元之间形成了行波声场，优选的，该谐振子的结构与设置在热声发动机和热声热泵之间的谐振子的结构相同；另一方面，热泵机组设有两级热泵组件，每一级热泵组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有一个能量转换单元，两个能量转换单元之间分别通过谐振子串联耦合，谐振子在两个能量转换单元之间形成了行波声场，优选的，该谐振子的结构与设置在热声发动机和热声热泵之间的谐振子的结构相同。
本实施例二的系统工作时，两级发动机组件内的加热器3分别对发动机组件进行加热，压缩机18通过运动产生的压力波形成声波能量，声波能量先后在两级发动机回热器2内被逐级放大，随后通过谐振子的行波声场作用，高效输入制冷机内，进入制冷机的声波能量先后在两级热泵组件内换热制冷，剩余能量用于推动发电机19运动发电。
需要说明的是，本实施例二的热声发动机和热声热泵均为两级结构，也可以分别采用两级以上的结构串联耦合，其中，热声发动机的结构级数与热声热泵的结构级数可以相同也可以不同，可根据能量的放大和降低的需要进行选择；由于采用串联耦合结构，因此每一个谐振子的两个端面的面积可以不相等，以便使得谐振子两侧的热声发动机和制冷机获得更好的能量输入输出的匹配。
实施例三
实施例二的系统采用串联耦合结构时，为了便于能量匹配，系统中相邻两级发动机组件的尺寸不同，通常在后一级的发动机组件的直径大于在前一级的发动机组件的直径，同理可知，相邻两级热泵组件中，在前一级的热泵组件的直径大于在后一级的热泵组件的直径；但由于每级发动机组件的长度基本保持不变(组件内部结构相同)，故而在热声发动机中，随着多级发动机组件的增设，靠后的发动机组件将变成扁而粗的结构，这种结构对于保持各级发动机回热器2的内横截面上的能量流动均匀性和温度分布均匀性来说，是非常困难的，能量流动不均匀和温度分布不均匀均会严重降低发动机性能；此外，各级发动机组件及各级热泵组件的尺寸不同，会导致在工业生产中需要调配不同生产线进行生产，极大的增加了制造成本。
为了解决上述的技术问题，本实施例三提出了一种具有并联耦合结构的系统，如图3所示，该系统结构和工作原理与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：本实施例三的系统采用并联耦合结构，其中，热声发动机包括多级发动机组件时，第一级发动机组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个能量放大单元，其余各级发动机组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少两个能量放大单元；在相邻两级发动机组件中，后一级的至少两个能量放大单元的能量输入端分别通过谐振子、对应并联耦合在前一级的任一能量放大单元的能量输出端上。
上述结构热声发动机中，采用并联耦合结构使得每一级能量放大单元的能量输入端的能量输入量相等，从而保证所有的发动机组件可以采用相同的尺寸设计，避免级数靠后的发动机组件尺寸过大而导致系统性能下降的情况，同时有效降低了批量生产的生产成本，具有更好的经济效益。
同样的，为了保证能量传输的匹配性，热声热泵的并联耦合结构与热声发动机的结构对应，热声热泵包括多级热泵组件时，最后一级热泵组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个能量转换单元，其余各级热泵组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少两个能量转换单元；在相邻两级发动机组件中，前一级的至少两个能量转换单元的能量输出端同时通过谐振子、并联耦合在后一级的一个能量转换单元的能量输入端上。
具体的，以下以系统采用两级并联耦合结构，且热声热泵为制冷机为 例，对该系统的各级结构和能量传输进行详细说明。
系统采用两级并联耦合结构，热声发动机和制冷机分别设有两级发动机组件和两级热泵组件，两级发动机组件之间、第二级发动机组件和第一级热泵组件之间、以及两级热泵组件之间分别通过谐振子产生行波声道，从而实现声波能量的高效传输。
其中，第一级发动机组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个能量放大单元，声波能量经过第一级发动机组件后被放大两倍，对应的，第二级发动机组件的能量输入端和能量输出端之间并联连接两个能量放大单元，第二级的两个能量放大单元的能量输入端分别通过谐振子、对应并联耦合在第一级的能量放大单元的能量输出端上，则放大两倍后的声波能量被平均分配到第二级发动机组件的两个能量放大单元中，分别进行二次放大。
对应的，制冷机设有两级热泵组件，热泵组件用于制冷，其中，第二级热泵组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个能量转换单元，而第一级热泵组件的能量输入端和能量输出端之间并联连接有两个能量转换单元，声波能量经过第一级热泵组件后通过制冷耗能，降为输入能量的1/2，第一级的两个能量转换单元的能量输出端同时通过一个谐振子、并联耦合在第二级的一个能量转换单元的能量输入端上；第一级的两个能量转换单元的能量输入端各自通过一个谐振子、与两级发动机组件的两个能量放大单元的能量输出端串联耦合，从而确保能量传输的可靠匹配，则被上一级热泵组件降低后的声波能量被一起合并到第二级热泵组件的两个能量放大单元中，分别进行二次制冷耗能，以进一步降低能量。
需要说明的是，可以预设能量放大单元的能量放大比例，对应预设能量转换单元的能量转换比例，使能量放大比例与能量转换比例相对应，且能量放大单元的个数和能量转换单元个数，分别按能量放大比例和能量转换比例设置，即可实现系统的等比放大和等比转换。比如能量放大比例为3时，则在相邻两级发动机组件中，将后一级发动机组件的3个能量放大单元的能量输入端并联耦合在前一级的能量放大单元的能量输出端上，即可实现等比放大；对应的，能量转换比例为1/3，在相邻两级热泵组件中，将前一级热泵组件的3个能量转换单元的能量输出端并联耦合在后一级的 能量转换单元的能量输入端上，即可实现等比转换。
实施例四
本实施例四的系统分别与实施例一、实施例二、实施例三和实施例四的系统相比，相同之处不再赘述，不同之处在于：本实施例四的系统如图4所示，该系统的热声热泵为供热机，即各个能量转换单元均用于供热。
其中，该能量转换单元包括：作为调温机构的主吸热器20、作为热泵回热器的供热回热器21和作为恒温头的热头22，此时主吸热器20、供热回热器21和热头22顺次连接在热泵组件的能量输出端和能量输入端之间，声波能量经过谐振子作用进入供热机后，一部分声波能量在吸热器20吸收热量，经由供热回热器21泵送到热头22，从而产生供热作用，另一部分声波能量通过推动发电机19运动而转化为电能，在此过程中，声波能量因转变为热能而逐级减小，最终剩余的声波能量转化为电能输入发电机19中。该热声热泵在供热时可以完成作为供热机取暖、作为加热装置加热特殊部件、实现低品位余热的回收等工作。
在上述的供热机中，每一个能量转换单元中还包括热泵调相机构，以对声波能量转化为热能的过程进行温控补偿，由于本实施例四的热声热泵为供热机，因此热泵调相机构设置于恒温头与热泵组件的能量输入端之间；优选该热泵调相机构包括供热机热缓冲管23和供热机的层流化元件24，供热机热缓冲管23和供热机的层流化元件24顺次连接在热头22和热泵组件的能量输入端之间，确保在热头22与能量输入端之间形成温度缓冲，避免供热机因热头22与谐振子或压缩机18过近，造成温度过高，进而造成系统不稳定。
实施例五
本实施例五的系统分别与实施例一、实施例二、实施例三和实施例四的系统相比，相同之处不再赘述，不同之处在于，本实施例五的系统为：分别在上述四个实施例所述的系统基础上，卸除发动机调相机构，即将每个能量放大单元的加热器3均直接与能量输出端连接，从而减少发动机中的能量流动的损失，提高系统效率。
或者在上述四个实施例所述的系统基础上，卸除热泵调相机构。具体为：当能量转换单元用于制冷时，将每个能量转换单元的恒温头均直接与 能量输出端连接，当能量转换单元用于供热时，将每个能量转换单元的恒温头均直接与能量输入端连接，从而减少热声热泵内的能量流动损失，提高系统效率。
或者在上述四个实施例所述的系统基础上，按照上述两种方式同时卸除发动机调相机构和热泵调相机构，从而同时减少热声发动机和热声热泵内的能量流动损失，进一步提高系统效率。
本发明所述的所有实施例均是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

  1. 一种利用热声发动机驱动热声热泵的系统，其特征在于，包括顺次连接在压缩机和发电机之间的热声发动机和热声热泵，所述热声发动机通过谐振子与所述热声热泵耦合；所述热声发动机用于利用加热逐级放大来自所述压缩机的声波能量，所述热声热泵用于将放大后的所述声波能量逐级降低，以将所述声波能量分别转换为热能和电能，所述谐振子用于形成行波声场。
  2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热声发动机包括至少一级发动机组件，各级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少一个能量放大单元；
    每个所述能量放大单元均包括：顺次连接在所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间的发动机主水冷器、发动机回热器和加热器。
  3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述热声发动机包括多级发动机组件时，各级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有一个所述能量放大单元，各个所述能量放大单元之间分别通过谐振子串联耦合。
  4. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述热声发动机包括多级发动机组件时，第一级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个所述能量放大单元，其余各级所述发动机组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少两个所述能量放大单元；
    在相邻两级所述发动机组件中，后一级的至少两个所述能量放大单元的能量输入端分别通过谐振子、对应并联耦合在前一级的任一所述能量放大单元的能量输出端上。
  5. 根据权利要求2-4任一项所述的系统，其特征在于，所述能量放大单元还包括发动机调相机构，所述发动机调相机构设置于加热器与发动机组件的能量输出端之间。
  6. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热声热泵包括至少一级热泵组件，各级所述热泵组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少一个能量转换单元，各个所述能量转换单元均用于制冷或供热；
    每个所述能量转换单元均包括：调温机构、热泵回热器和恒温头；
    所述能量转换单元用于制冷时，所述调温机构、热泵回热器和恒温头顺次连接在所述热泵组件的能量输入端和能量输出端之间；
    所述能量转换单元用于供热时，所述调温机构、热泵回热器和恒温头顺次连接在所述热泵组件的能量输出端和能量输入端之间。
  7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述热声热泵包括多级热泵组件时，各级所述热泵组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有一个所述能量转换单元，各个所述能量转换单元之间分别通过谐振子串联耦合。
  8. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述热声热泵包括多级热泵组件时，最后一级所述热泵组件的能量输入端和能量输出端之间连接有一个所述能量转换单元，其余各级所述热泵组件的能量输入端和能量输出端之间均连接有至少两个所述能量转换单元；
    在相邻两级所述发动机组件中，前一级的至少两个所述能量转换单元的能量输出端同时通过谐振子、并联耦合在后一级的一个所述能量转换单元的能量输入端上。
  9. 根据权利要求6-8任一项所述的系统，其特征在于，所述能量转换单元还包括热泵调相机构，
    所述能量转换单元用于制冷时，所述热泵调相机构设置于恒温头与热泵组件的能量输出端之间；
    所述能量转换单元用于供热时，所述热泵调相机构设置于恒温头与热泵组件的能量输入端之间。
  10. 根据权利要求1-4和6-8中任一项所述的系统，其特征在于，所述谐振子包括活塞和支撑弹簧，所述支撑弹簧的一端固定，另一端与活塞连接，所述活塞沿声波能量的流向设置，用于形成行波声场。
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