[发明专利]外激励双驱动行波热声热机

说明书

技术领域

本发明属于制冷与低温工程技术以及小型热动力技术领域，具体涉及的是涉及一种高效率大振幅的外激励双驱动行波热声热机。

背景技术

热声热机是利用热声效应将热变为压力波(声)的能量转换装置。热声效应是指当可压缩性流体工质(第一种介质)在热机系统中进行声振荡时与固体工质(第二种介质)之间进行热力相互作用而产生的时均能量效应。它是由处于声场中的固体介质与振荡流体之间的相互作用导致的时均热流和时均功流。按能量转换的方向，热声效应可以分为两类：一类是热驱动产生声功，即热致声效应；另外一类是消耗声功产生热流，即声驱动的泵热或制冷。热声效应可以在驻波声场、行波声场或两者混合的声场中产生和发生作用。从热声现象的研究中逐渐发展起来的热声学揭示了热声效应的机理：声波在流体中纵向传播的同时伴随着振荡流体与固体壁面间的横向交变的动量和热量的交换，这两个方向波动扩散的相互作用使得热声效应得以产生和维持。热声热机是一种直接利用热能，通过加热器、换热器、回热器、谐振管等部件的优化配置和相位调节，来产生声功的装置。

和传统的热机相比，热声热机具有结构简单，可靠性高，寿命长，无(或少有)运动部件，无环境污染等诸多优点。热声热机回热器内的流体振荡通过相位调节来实现声场和温度场的相干协同耦合。热声热机(制冷机)按照其工作声场可分为驻波热声热机(制冷机)和行波热声热机(制冷机)两类。驻波热声热机(制冷机)由于其本征特性限制了效率；行波热声热机(制冷机)是在不断地追求消除和简化斯特林机运动部件的努力过程中发展起来的。行波热声热机类似于斯特林循环，其过程本身是可逆的，故其热效率在理论上高于驻波热声热机。美国Los Alamos国家实验室Swift教授领导得热声研究小组，研制了由一个行波环和一个四分之一波长谐振管构成的热声斯特林热机。该热机合理利用了行波热声的高效率和驻波热声高振幅的优点，使系统的最高热效率可达到30％。在性能指标上的改善使得无运动部件的热声装置显示出广阔的发展前景。

目前所采用的热声热机通常为单驱动系统，且无外激励源。如中国专利CN200410098438.4“一种带有渐扩截面谐振腔的热声发动机”，采用渐扩截面的锥形谐振管可以达到减小粘性耗散，消除激波或者高次谐波，提高系统压比的目的；中国专利200610053272.3“空气冷却方式的热声发动机”在热声发动机中采用空气冷却技术，使热声发动机不依赖水源工作；中国专利200410016685.5“具有旁通结构的混合型行波热声发动机”介绍了具有旁通结构的混合型行波热声发动机；中国专利CN200710068642.5“多谐振管热声发动机”具有多谐振管，但仍为单一热源(加热器)驱动的热声系统。这些系统虽然在提高热声热机的性能方面各具特色，但缺点一是体积比功率较低，很难用于要求紧凑的场合；二是都没有外激励系统，一般要求较大的启动温差。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术而提出一种结构简单、效率高、启动温差小、选频特性好的外激励双驱动行波热声热机。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：外激励双驱动行波热声热机，其特征在于它包括第一激振器、第二激振器、第一热声器件、第二热声器件、第一冷却器、第二冷却器、变容谐振腔、环形声传输通道壳体；环形声传输通道壳体内为环形声传输通道，环形声传输通道壳体的长度为一个波长，环形声传输通道壳体上对称设有第一个端口、第二个端口，第三个端口、第四个端口，第一个端口、第二个端口，第三个端口、第四个端口分别与环形声传输通道相通；第一激振器设在环形声传输通道壳体上的第一个端口处，第一激振器的输出端朝向第一个端口；第二激振器设在环形声传输通道壳体上的第三个端口处，第二激振器的输出端朝向第三个端口；环形声传输通道壳体上的第二个端口或/和第四个端口处设置有变容谐振腔，变容谐振腔的开口端朝向第二个端口或/和第四个端口处；第一热声器件、第二热声器件、第一冷却器、第二冷却器分别对称布置在环形声传输通道内。

按上述方案，所述的环形声传输通道壳体由真空夹套波纹管制成，长度为一个波长。

按上述方案，所述的第一激振器为动磁式激振器或动圈式激振器或扬声器，第二激振器为动磁式激振器或动圈式激振器或扬声器。