一种环路声学共振型压缩机系统

摘要

本发明的环路型声学共振型压缩机系统，其包括：其包括：N个首尾相连并构成环路的热声单元；每一热声单元均由依次串接的热声发动机、谐振管及第一弹性膜组成，N为3～10的正整数，每个热声单元两端体积流率的相位差为360°/N；一低压气源和高压气源；热声发动机产生的声功输入到高压气源内通过高低压阀门的开闭配合达到给低压气体加压目的；系统实现了完全没有运动部件和完全无油，可靠性进一步提升；该系统中实现纯行波相位，每个热声单元的发动机产生的声功均被下一热声单元回收利用，以提高系统工作效率；系统通过改变充气压力和热端温度来调整单台压缩机压比；还可多台系统串联以实现多级压缩，具有良好的应用前景。

主权项

一种环路声学共振型压缩机系统，其包括：N个首尾相连并构成环路的热声单元；所述N个热声单元的每一热声单元均由依次串接的热声发动机、谐振管（6）以及第一弹性膜（7）组成，N为3～10的正整数，每个热声单元两端体积流率的相位差为360°/N；一个装有N个低压单向阀门（11）的低压气源（12）；一个装有N个高压单向阀门（13）的高压气源（14）；和N条第一连接管（10）；所述低压气源（12）的每一低压单向阀门（11）均通过一条第一连接管（10）和一个高压单向阀门（13）与所述的高压气源（14）相连通；每一热声发动机均由依次串接的由主室温端换热器（1）、回热器（2）、热端换热器（3）、热缓冲管（4）和次室温端换热器（5）组成；对每一热声发动机的热端换热器（3）加热；对每一热声发动机的主室温端换热器（1）和次室温端换热器（5）进行水冷，使它们维持在室温范围；所述第一弹性膜（7）安装在对每一热声发动机的主室温端换热器（1）进行水冷的水冷器前，以起到隔绝环路直流的作用；在靠近每一热声发动机的次室温端换热器（5）端的谐振管（6）上装有与所述第一连接管（10）相连通的第二连接管（8）；第二连接管（8）与第一连接管（10）相连通的端部装有第二弹性膜（9）；当热端换热器（3）与主室温端换热器（1）之间的温度梯度达到临界温度后，环路声学共振型压缩机系统起震；每一热声发动机的回热器（2）内部工作气体与回热器固体间发生热声效应，将输入该热声发动机的热端换热器（3）的热量转化为声功，并按该热声发动机的主室温端换热器（1）至热端换热器（3）的温度梯度方向输出，同时向该主室温换热器（1）放热，热量由水冷器的冷却水带走；每一热声发动机产生的声功通过第二接管（8）、第二弹性膜（9）向第一连接管（10）输出，并且通过与低压气源（12）相连接的低压单向阀门（11）以及与高压气源（14）相连接的高压阀门（13）间的开闭配合，给环路声学共振型压缩机系统气体加压；所述谐振管（6）为管径小于热声发动机的空管段，起到连接相邻热声发动机作用，和调节热声发动机相位的调节作用；并且剩余声功通过谐振管（6）送入下一热声单元中实现声功的回收，以进一步提高环路声学共振型压缩机系统工作效率；第一连接管（10）通过低压单向阀门（11）以及高压单向阀门（13）分别于低压气源（12）以及高压气源（14）相连通，在第一连接管（10）内将低压气体压缩成高压后输入高压气源（14）；每一热声发动机产生的声功以压力波动的形式向外界输出，这样就形成了一定的压比，即平均压力和波动压力幅值之和与平均压力和波动压力幅值之差的比值，利用每一热声发动机产生的波动压力配合第二弹性膜（9）的震动通过高低压单向阀门对气体进行增压；当第二弹性膜（9）处的压力波动由平衡位置向波谷运动时，第二弹性膜（9）向下止点运动，此时第一连接管（10）内的压力逐渐降低，当达到接近下至点的某一位置时低压单向阀门（11）打开，吸入待加压气体，开始吸气过程；此后第二弹性膜（9）随着压力波动继续向下运动至下至点，随后开始回升向上至点运动，第一连接管（10）内压力开始升高，达到一定程度后，低压单向阀门（11）关闭，停止吸气，完成吸气过程；随着第二弹性膜（9）进一步向上运动，第一连接管（10）压力进一步增大，气体被加压，此为压缩过程；当压力波动升高到一定程度后，高压单向阀门（13）打开，压力波动继续升高将加压完成的气体从第一连接管（10）内通过高压单向阀门（13）处输入到高压气源（14）；之后重复这种循环，以使环路声学共振系统的气体压比达到1.2～1.5倍。