本发明涉及热声,特别是涉及一种热声发动机。
背景技术:
1、目前的多级行波热声发动机利用多级回热器逐级叠加声波,可以有效地提升发动机功率密度和热声转化效率,但该结构导致大量声能被浪费,无法实现声能的高效利用,其原因是该结构产生的声能拥有较高的频率,高频声波穿透能力强,导致声波通过管道壁等结构件扩散至大气环境中而无法利用。同时,这种结构无法消除管道内产生的谐波,造成声能损耗。
技术实现思路
1、本发明的目的在于,提供一种热声发动机,以提高热声发动机的声能利用率。
2、为解决上述技术问题,本发明提供一种热声发动机。
3、本发明的热声发动机,包括一级回路、二级回路和三级回路,所述三级回路中设置有涡轮组件;
4、所述一级回路包括至少两个首尾相连的热声核心舱,所述热声核心舱用于将外部热源转换成声波,所述热声核心舱中设置有用于对声波进行重整的声容;
5、所述二级回路连接所述一级回路和三级回路,所述二级回路用于供进入的声波叠加并将叠加后的声波引入所述三级回路中以推动涡轮组件。
6、进一步地,所述热声核心舱包括依次相连的室温换热器、高温换热器、回热器、低温换热器和谐振管,所述谐振管与相邻的另一所述热声核心舱连接,所述高温换热器用于将外部热量以换热的方式引入所述热声核心舱。
7、进一步地,所述室温换热器和所述高温换热器之间设置有热缓冲管,所述室温换热器设置在所述热缓冲管中。
8、进一步地,所述一级回路包括四个首尾相连的所述热声核心舱,所述二级回路和所述一级回路之间通过四个直角四通接头连通。
9、进一步地,所述三级回路包括四个首尾相连且相互隔离的驱动腔室,所述涡轮组件设置在所述驱动腔室中。
10、进一步地,所述驱动腔室包括连通的涡轮舱和气室,所述涡轮组件设置在所述涡轮舱中,所述气室的一端封闭,另一端开放以与所述涡轮舱连通。
11、进一步地,所述二级回路包括第一管路和第二管路,所述第一管路和所述第二管路均有四个,所述第一管路用于连接相邻的两个所述直角四通接头,所述第二管路的一端与所述第一管路连接,另一端与所述驱动腔室连接。
12、进一步地,所述二级回路还包括两个第三管路,所述第三管路用于将相邻的两个所述第一管路连通。
13、进一步地,所述第一管路和所述第二管路均为弧形管路。
14、进一步地,所述涡轮组件包括转轴和带动所述转轴转动的叶轮组件,所述转轴的外侧和所述涡轮舱之间设置有气体轴承以形成高压密封区域。
15、进一步地,所述转轴包括同轴固定连接的涡轮轴段和电机轴段。
16、进一步地,所述声容包括支撑架和弹性膜,所述支撑架用于支撑所述弹性膜,所述弹性膜上设置有贯穿所述弹性膜的压力平衡孔。
17、进一步地,所述弹性膜上还设置有谐振块,所述谐振块用于微调所述弹性膜的固有振动频率。
18、进一步地,所述谐振块的直径与所述弹性膜的直径之比的取值范围为1:1.2~1:6。
19、进一步地,所述弹性膜上成型有环形波纹结构,所述环形波纹结构为正弦波结构。
20、进一步地,所述正弦波结构的尺寸为asinx,a的取值范围为0.5~3毫米,x为3°~45°。
21、相比于现有技术,本发明至少具有以下有益效果:
22、在使用时,先对热声核心舱供应外部热源,由热声核心舱将外部热源转换成声波,声波在一级回路中被声容重整并进行谐波过滤,重整后的声波进入二级回路,由于核心舱有多个,因此进入二级回路的声波也有多个,多个声波在二级回路中不断叠加,由于一级回路和二级回路是连通的,因此叠加后的声波还能进入一级回路中并被声容在再次重整,最终形成新的声波进入第三回路中推动涡轮组件,在此过程中,声容能够降低一级回路中气体工质的流速,增大局部压力,并将压力传递至二级回路,增大二级回路的压差,以更好地驱动三级回路中的涡轮组件。当用于发电时,涡轮组件能够带动发电机旋转,产生电流。每一个热声核心舱产生的声波均经过声容重整且消除谐波,重整后的声波的频率较低,不容易穿透管道扩散至环境中,因此能够提升声能利用率,提高热声发动机的净输出功率。
1.一种热声发动机,其特征在于,包括一级回路、二级回路和三级回路,所述三级回路中设置有涡轮组件;
2.根据权利要求1所述的热声发动机,其特征在于,所述热声核心舱包括依次相连的室温换热器、高温换热器、回热器、低温换热器和谐振管,所述谐振管与相邻的另一所述热声核心舱连接,所述高温换热器用于将外部热量以换热的方式引入所述热声核心舱。
3.根据权利要求2所述的热声发动机,其特征在于,所述室温换热器和所述高温换热器之间设置有热缓冲管,所述室温换热器设置在所述热缓冲管中。
4.根据权利要求1所述的热声发动机,其特征在于,所述一级回路包括四个首尾相连的所述热声核心舱,所述二级回路和所述一级回路之间通过四个直角四通接头连通。
5.根据权利要求4所述的热声发动机,其特征在于,所述三级回路包括四个首尾相连且相互隔离的驱动腔室,所述涡轮组件设置在所述驱动腔室中。
6.根据权利要求5所述的热声发动机,其特征在于,所述驱动腔室包括连通的涡轮舱和气室,所述涡轮组件设置在所述涡轮舱中,所述气室的一端封闭,另一端开放以与所述涡轮舱连通。
7.根据权利要求5所述的热声发动机,其特征在于,所述二级回路包括第一管路和第二管路,所述第一管路和所述第二管路均有四个,所述第一管路用于连接相邻的两个所述直角四通接头,所述第二管路的一端与所述第一管路连接,另一端与所述驱动腔室连接。
8.根据权利要求7所述的热声发动机,其特征在于,所述二级回路还包括两个第三管路,所述第三管路用于将相邻的两个所述第一管路连通。
9.根据权利要求7所述的热声发动机,其特征在于,所述第一管路和所述第二管路均为弧形管路。
10.根据权利要求5所述的热声发动机,其特征在于,所述涡轮组件包括转轴和带动所述转轴转动的叶轮组件,所述转轴的外侧和所述涡轮舱之间设置有气体轴承以形成高压密封区域。