r>[0037]实施例1
[0038]如图3所示，本发明实施例1提供的烟气排热高效利用的多级行波热声发动机系统中包括3个结构一致、大小不一的热声发动机单元组成；各热声发动机单元通过直径不等的谐振管9首尾相连而成构成环路；每一热声发动机单元均由依次相连的直流抑制器1、主冷却器2、回热器3、加热器4、高温端层流化元件5、热缓冲管6、室温端层流化元件7和次冷却器8组成；
[0039]#1热声发动机单元、#2热声发动机单元及#3热声发动机单元的直径大小依次减小，逆时针分布在环路；其两两之间的谐振管9的直径也依次减小；多级行波热声发动机系统的负载接于#1热声发动机单元中的次冷却器8的出口与谐振管9的连接处。
[0040]高温工业烟气余热依次通过每一热声发动机单元中的加热器，加热器产生不同的高温；高温工业烟气余热首先通过#1热声发动机单元的加热器4，换热后加热器产生高温，高温烟气的温度降低；高温烟气接着通过#2热声发动机单元的加热器，完成换热后加热器产生较高温度，高温烟气的温度继续降低；高温烟气接着再流向#3热声发动机单元，换热后烟气温度进一步降低，加热器产生较高温度；3个加热器产生的温度按照高温工业烟气余热的通过先后依次降低；
[0041]每一热声发动机单元的主冷却器和次冷却器均通过水冷器冷却，维持在室温范围，每一热声发动机单元的加热器被高温烟气通过，维持在高温范围；当每一热声发动机单元的回热器达到一定温度梯度时，整个多级行波热声发动机系统起振；每一热声发动机单元的回热器内部工作气体与固体填料间产生热声效应，将输入到加热器的烟气余热转化成声功，声功沿着温度梯度的正方向传播；按声功传播的方向，声功放大过程如下:声功在3#热声发动机单元的回热器中放大，经过2#热声发动机单元，声功在2#热声发动机单元中的回热器里进一步放大，声功再通向1#热声发动机单元，并在1#热声发动机单元回热器中进行进一步放大；最后，经过三级放大的声功一部分被负载消耗，其余声功被谐振管反馈回环路重复上述过程，最终使得多级行波热声发动机系统稳定运行；
[0042]由于声功经过多级放大，谐振管9的直径随着声功的每次放大而逐渐变大;#1和#3热声发动机单元之间的谐振管最细，#1和#2热声发动机单元之间的谐振管最粗，它们中间的谐振管的直径逐渐变化。
[0043]实施例2:
[0044]图4是本发明实施例2提供的烟气余热高效利用的多级行波热声发动机系统由6个结构一致、大小不一的热声发动机单元组成；各热声发动机单元通过直径不等的谐振管9首尾相连而成构成环路；每一热声发动机单元均由依次相连的直流抑制器1、主冷却器2、回热器3、加热器4、高温端层流化元件5、热缓冲管6、室温端层流化元件7和次冷却器8组成；
[0045]其中#1?#6热声发动机单元大小依次减小，逆时针分布在环路；其两两之间谐振管的直径也依次减小；多级行波热声发动机系统的负载接于#1热声发动机单元中的次冷却器8的出口与谐振管9的连接处；
[0046]高温工业烟气余热依次通过每一热声发动机单元中的加热器，加热器产生不同高温；高温工业烟气余热首先通过#1热声发动机单元的加热器4，换热后加热器产生高温，高温烟气的温度降低；高温烟气接着通过#2热声发动机单元的加热器，完成换热后加热器产生较高温度，高温烟气的温度继续降低；高温烟气接着再流向#3热声发动机单元，与之换热后温度进一步降低，接着如此依次通向M?#6热声发动机单元；6个加热器产生的温度按照高温工业烟气余热的通过的先后依次降低。与实施例1不同，实施例2中每个加热器之间温度差较小，这能够有效避免回热器中大温差产生的温度不均匀的问题；
[0047]每一热声发动机单元的主冷却器和次冷却器均通过水冷器冷却，维持在室温范围，每一热声发动机单元的加热器被高温烟气通过，维持在高温范围；当每一热声发动机单元的回热器达到一定温度梯度时，整个多级行波热声发动机系统起振；每一热声发动机单元的回热器内部工作气体与固体填料间产生热声效应，将输入到加热器的烟气余热转化成声功，声功沿着温度梯度的正方向传播；按声功传播的方向，声功放大过程如下:声功在6#热声发动机单元的回热器中放大，传递到5#热声发动机单元，声功在5#热声发动机单元中的回热器里进一步放大；接着，声功传递到4#热声发动机单元，在4#热声发动机单元的回热器里进一步放大；经过三次放大的声功继续依次通过3#?1#热声发动机单元并依次进行放大；最终，经过六级放大的声功一部分被负载消耗，其余声功被谐振管反馈回环路重复上述过程，最终使得多级行波热声发动机系统稳定运行。
[0048]由于声功经过多级放大，谐振管9的直径随着声功的每次放大而逐渐变大;#1和#6热声发动机单元之间的谐振管最细，#1和#2热声发动机单元之间的谐振管最粗，它们中间的谐振管的直径逐渐变化。
[0049]本发明提供的烟气余热多级行波热声发动机系统使用时，热声发动机单元中的加热器4依次被高温工业烟气余热通过；高温工业烟气余热首先通过热声发动机单元中的加热器，与之换热后接着通过另一个热声发动机单元的加热器，高温工业烟气余热完成换热后再流向下一个热声发动机单元，如此依次通过每一热声发动机单元的加热器；热声发动机单元中加热器4产生的温度按照高温工业烟气余热的通过先后依次降低；所述热声发动机单元的主冷却器2和次冷却器8通过水冷器冷却，维持在室温范围；每一热声发动机的回热器3上形成温度梯度，当该温度梯度达到临界温度梯度后，整个多级行波热声发动机系统起振；每一热声发动机单元的回热器3内部工作气体与固体填料间产生热声效应，将输入到加热器4的烟气余热转化成声功，声功沿着温度梯度的正方向传播，依次经过热缓冲管6和次换热器8，再经谐振管9传递到下一级热声发动机单元；声功在下一级热声发动机单元的回热器中被进一步放大，再经过谐振管向下一级热声发动机单元传递，如此重复?’最后，经过多级放大的声功一部分被负载消耗，其余声功被谐振管反馈回环路重复上述过程，最终使得多级行波热声发动机系统稳定运行。
[0050]综上所述，本发明具有以下优点:本发明提供的烟气余热多级行波热声发动机系统中发动机单元通过谐振管首位相连构成环路，发动机单元的直径依次减小，发动机单元包括依次串联的直流抑制器、主冷却器、回热器、加热器、高温端层流化元件、热缓冲管、低温端层流化元件及次冷却器。本发明提供的烟气余热多级行波热声发动机系统中梯级利用了不同温度的余热即排热，可以实现更高的转化效率；取消了传统热声发动机体积较大的驻波谐振管，对谐振管消耗的声功进行了回收，具有潜在高效率；具有无运动部件，结构紧凑，能量密度高，输出装置简单，集中输出，成本低的优点。
[0051]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种烟气余热多级行波热声发动机系统，其特征在于:包括至少三个热声发动机单元及谐振管(9)，所述发动机单元通过所述谐振管(9)首位相连构成环路，所述发动机单元的直径依次减小，所述发动机单元包括依次串联的直流抑制器(I)、主冷却器(2)、回热器(3)、加热器(4)、高温端层流化元件(5)、热缓冲管￠)、低温端层流化元件(7)及次冷却器
2.根据权利要求1所述的烟气余热多级行波热声发动机系统，其特征在于:所述直流抑制器(I)设置于所述主冷却器(2)入口和谐振管(9)连接处，所述直流抑制器(I)为弹性隔膜元件或非对称水力元件。
3.根据权利要求1所述的烟气余热多级行波热声发动机系统，其特征在于:所述热声发动机单元及谐振管(9)中使用的工质为氦气、氢气、氮气或其组合。
4.根据权利要求1所述的烟气余热多级行波热声发动机系统，其特征在于:还包括设置于最先通过烟气排热的所述次冷却器(8)的出口与所述谐振管(9)的连接处的负载。
5.根据权利要求4所述的烟气余热多级行波热声发动机系统，其特征在于:所述负载为直线电机或脉管制冷机。
6.根据权利要求1所述的烟气余热多级行波热声发动机系统，其特征在于:所述高温端层流化元件(5)设置于所述热缓冲管￠)的高温侧，所述室温端层流化元件(7)设置于所述热缓冲管出)的室温侧。
7.根据权利要求1所述的烟气余热多级行波热声发动机系统，其特征在于:所述谐振管(9)的直径随着上一级所述热声发动机单元的直径减小而减小。
【专利摘要】本发明涉及发动机技术领域，公开了一种烟气余热多级行波热声发动机系统。该烟气余热多级行波热声发动机系统包括至少三个热声发动机单元及谐振管，所述发动机单元通过所述谐振管首位相连构成环路，所述发动机单元的直径依次减小，所述发动机单元包括依次串联的直流抑制器、主冷却器、回热器、加热器、高温端层流化元件、热缓冲管、低温端层流化元件及次冷却器。本发明提供的烟气余热多级行波热声发动机系统中梯级利用了不同温度的余热即排热，可以实现更高的转化效率；取消了传统热声发动机体积较大的驻波谐振管，对谐振管消耗的声功进行了回收，具有潜在高效率，结构紧凑，能量密度高，输出装置简单，集中输出，成本低的优点。
【IPC分类】F03G7-00
【公开号】CN104847608
【申请号】CN201510166538
【发明人】罗二仓, 徐静远, 张丽敏, 吴张华, 戴巍
【申请人】中国科学院理化技术研究所
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月9日