[发明专利]热声学系统

说明书

本发明的技术背景

本发明涉及一种蓄热式热声能量转换器(TAEC)，其包含一个声学或机械—声学共振回路和一个夹持在两个热交换器之间的蓄热器。

通常，TAEC是一个封闭系统，其中一个热力循环过程用以使热量与声能即气压振荡之间彼此相互转换。TAEC具有多种性能，从而使得它们非常适合于用作热泵，例如用于制冷或加热，或用作发动机以驱动泵或产生电源。基于TAEC的系统中的移动部件的数量是受到限制的并且基本上不需要润滑。结构应简单并能提供大自由度的实施方式，以使制造和维护成本低。TAEC对环境无害：可以采用空气或惰性气体作为传热介质，而非毒性或臭氧层破坏物质。操作温度的范围较大，因而可以用于多种用途。由于系统是封闭的，因此产生的外部噪音低；此外，频谱受到限制，因此，如需要，可以采取适宜的措施以使噪声和振动最小化。

一个蓄热式TAEC包含一个容纳着气体的声学或机械—声学共振回路以及两个分别位于“蓄热器”两侧的热交换器，蓄热器由具有良好热交换性能的多孔材料制成。假定具有一定温度的气体处于振荡状态下，则热量会在声波的作用下从一个热交换器，即入口热交换器，传输到另一个热交换器，即出口热交换器。

TAEC可以用作热泵或发动机。在前面一种情况下，要加入机械能，以使气体被诸如薄膜、膜盒或自由活塞结构等装置而引起振荡；通过振荡气体，热能被从一个热交换器“抽吸”到另一个。在后面一种情况下，即作为发动机时，热量被供应到一个热交换器，而且热量被从另一个排出，从而使气体柱的振荡保持下去；气体的运动可以作为有用能量而通过薄膜输出。上述热泵还可以被上述发动机直接驱动，而不必加入薄膜和E/M转换器，从而利用输出的热量驱动热泵系统，而不需要有任何移动部件。在后面所参考的专利中，TAEC被称作“脉冲管”，其特征在于，一个所谓的热声叠堆带有一个受限的热交换器，而热交换器的长度大于或等于气体的局部扩展幅值。为了使制冷功率增大，根据上述专利，脉冲管带有一个或多个“开口”，即小直径排出口或支路，它们连接着一个缓冲器。这种可控“泄漏”的结果是，叠堆位置处的气压与速度之间的相位移减小而且阻抗降低了，从而提高了热泵效率。事实上，存在一个RC网络问题。尽管通过这个RC网络可以提高功率，但由于网络中的阻力部件(开口)中的能量耗散，因此网络效率将受到负面影响。

在后面所参考的专利中，TAEC还被称作“移动波热力机”，其特征在于，一个蓄热器包含在一个移动波共振器中。在移动波共振器的蓄热器位置处的阻抗值相对较低，从而导致蓄热器中的流动阻力影响显著。因此，效率受到负面影响。

本发明的目的是以这样的方式提高TAEC的功率，即上述示例性实施例中出现的效率损耗不会或几乎不出现，而网络效率远高于现有TAEC。本发明概述

本发明提供了一种TAEC，其包含一个声学或机械一声学共振回路，该回路中装有一个带有热交换器的蓄热器，其中蓄热器带有一个支路，其由一个(无损耗)延迟线或声感应(惯性)装置构成。在后面参考的各文件中的一个文件(Ceperly)中可以看到，为了最佳操作蓄热器，需要使其中主要呈现出一个实阻抗，即气压(p)与气体速度(v)彼此之间具有很大的相位差。此外，蓄热器中的阻抗值应比薄膜的特征阻抗高，以便限制流动阻力的影响。可以理解，在一个蓄热器中，气压(p)与气体速度(v)之间的相位差为90度左右。

通过在支路与蓄热器的组合结构两侧向上述支路施加一个压差(dp)，可以获得一个超前时间或感应(惯性)，其与支路或蓄热器中的初始气体速度(v)之间的相位差分别为大约90度。蓄热器中的气体速度与上述组合结构两侧的压差(dp)成正比。由于通过这种方式发生了两次90左右的相位移，因此蓄热器中的网络气体速度几乎与共振器中的气压(p)反相，从而可以实现近乎实阻抗的要求。