气体弹簧调相器及热声发电机

1.本发明涉及热声设备技术领域，尤其涉及一种气体弹簧调相器及热声发电机。


背景技术：

2.热声技术是一种实现热能与声波(声波是机械能的一种)之间的能量转换的技术。为了获得理想的转换效率，热声设备中的关键部件(主要是回热器)必须获得特定的声场相位关系，因此调相器是热声设备中必不可少的部件。针对小功率的热声设备，调相器主要是采用弹簧活塞组成的谐振结构进行调相。随着热声设备功率的增大，调相器动质量将相应地增大，而板簧要想获得大刚度，厚度必须增加，但其对应的变形量就会减少，无法同时满足大功率设备中大刚度、大位移的需求，因此人们设计出了气体弹簧调相器。
3.然而现有结构的气体弹簧调相器，一般包括高温侧和室温侧两个气体弹簧腔。高温侧气体弹簧腔因为通过薄壁筒与高温换热器相邻，因此高温热气很容易加热高温气体弹簧腔周围的活塞和气缸，出现高温侧的气缸和活塞由于温度升高导致的变形难以控制的问题，进而造成活塞气缸配合变差，严重影响调相器的性能。


技术实现要素：

4.本发明提供一种气体弹簧调相器，用以解决现有技术中高温侧的气缸和活塞由于温度升高导致的变形难以控制的问题，提高了气体弹簧调相器的性能。
5.本发明提供一种气体弹簧调相器，包括法兰、室温侧气缸、室温侧活塞、室温侧壁面、高温侧气缸和高温侧活塞，所述室温侧气缸与所述法兰的第一端面相连，所述室温侧活塞设置于所述室温侧气缸内，以使所述法兰、所述室温侧气缸和所述室温侧活塞之间形成第一室温弹簧腔；所述室温侧壁面与所述法兰的第一端面相连，且所述室温侧壁面设置于所述室温侧气缸的外部，以使所述法兰、所述室温侧气缸、所述室温侧活塞和所述室温侧壁面之间形成第二室温弹簧腔；所述高温侧气缸与所述法兰的第二端面相连，所述高温侧活塞设置于所述高温侧气缸内，所述法兰、所述高温侧气缸和所述高温侧活塞之间形成空容积，在所述高温侧气缸上对应所述空容积的位置处设有第一通气孔。
6.根据本发明提供的一种气体弹簧调相器，还包括活塞轴，所述法兰设有供所述活塞轴穿过的轴孔，所述活塞轴的第一端穿过所述轴孔与所述室温侧活塞相连，所述活塞轴的第二端与所述高温侧活塞相连。
7.根据本发明提供的一种气体弹簧调相器，还包括薄壁筒和防辐射屏，所述薄壁筒与所述高温侧活塞相连，所述防辐射屏设置于所述薄壁筒的内部，且所述防辐射屏与所述薄壁筒相连。
8.根据本发明提供的一种气体弹簧调相器，还包括高温侧壳体，所述高温侧壳体与所述法兰的第二端面相连，所述高温侧气缸和所述薄壁筒均设置于所述高温侧壳体的内部，以使所述高温侧壳体、所述高温侧气缸以及所述薄壁筒之间形成膨胀腔。
9.根据本发明提供的一种气体弹簧调相器，还包括室温侧壳体和电机活塞，所述室
温侧壳体与所述法兰的第一端面相连，所述室温侧壁面和所述电机活塞均设置于所述室温侧壳体的内部，以使所述室温侧壳体、所述法兰、所述室温侧壁面以及所述电机活塞之间形成压缩腔。
10.根据本发明提供的一种气体弹簧调相器，在所述法兰上设有第二通气孔，所述第二通气孔贯穿所述法兰的第一端面和第二端面，且所述第二通气孔的一端与所述高温侧气缸的外部相连通，所述第二通气孔的另一端与所述压缩腔相连通。
11.根据本发明提供的一种气体弹簧调相器，在所述法兰上设有第二通气孔，所述第二通气孔贯穿所述法兰的第一端面和第二端面，且所述第二通气孔的一端与所述高温侧气缸的外部相连通，所述第二通气孔的另一端与所述第二室温弹簧腔相连通；在所述第二室温弹簧腔的内部设有通气管道，所述通气管道的一端与所述第二通气孔相连通，所述通气管道的另一端穿过所述室温侧壁面与所述压缩腔相连通。
12.根据本发明提供的一种气体弹簧调相器，还包括设置于所述高温侧壳体内且依次连通的水冷器、回热器和高温换热器，所述水冷器、所述回热器和所述高温换热器均设置于所述高温侧气缸的外侧，且所述水冷器靠近所述法兰，所述高温换热器远离所述法兰。
13.根据本发明提供的一种气体弹簧调相器，所述室温侧活塞为一端封闭且另一端开口的筒体结构，所述室温侧活塞的开口端朝向所述法兰；所述高温侧活塞为一端封闭且另一端开口的筒体结构，所述高温侧活塞的开口端背向所述法兰。
14.本发明还提供一种热声发电机，包括上述的气体弹簧调相器。
15.本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
16.本发明提供的气体弹簧调相器，包括法兰、室温侧气缸、室温侧活塞、室温侧壁面、高温侧气缸和高温侧活塞，将室温侧气缸与法兰的第一端面相连，将室温侧活塞设置于室温侧气缸内并与室温侧气缸滑动配合，以使法兰、室温侧气缸和室温侧活塞之间形成第一室温弹簧腔；将室温侧壁面与法兰的第一端面相连，并将室温侧壁面设置于室温侧气缸的外部，以使法兰、室温侧气缸、室温侧活塞和室温侧壁面之间形成第二室温弹簧腔；将高温侧气缸与法兰的第二端面相连，将高温侧活塞设置于高温侧气缸内并与高温侧气缸滑动配合，使高温侧气缸和高温侧活塞之间形成空容积，并在高温侧气缸上对应该空容积的位置处设置第一通气孔。由此，本发明提供的气体弹簧调相器，通过在高温侧气缸上设置与空容积连通的第一通气孔，从而使得高温侧的空容积失去原有的气体弹簧的作用，通过在室温侧分别设置第一室温弹簧腔和第二室温弹簧腔，当室温侧活塞进行往复运动时，会同时改变第一室温弹簧腔和第二室温弹簧腔内的压力，由于第一室温弹簧腔和第二室温弹簧腔均设置于室温侧，不易被加热，因此能够保持室温侧气缸和室温侧活塞之间的密封间隙稳定，从而避免升温变形的问题，提高了气体弹簧调相器的性能。
17.本发明提供的热声发电机，包括上述的气体弹簧调相器。由于该热声发电机设置有上述的气体弹簧调相器，使得该热声发电机具有上述气体弹簧调相器的全部优点，进而提高了该热声发电机的使用性能。
18.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明提供的气体弹簧调相器的一种结构示意图；
21.图2是本发明提供的气体弹簧调相器的另一种结构示意图。
22.附图标记：
23.1：法兰；
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2：高温侧气缸；
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3：室温侧气缸；
24.4：高温侧活塞；
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5：室温侧活塞；
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6：轴孔；
25.7：活塞轴；
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8：空容积；
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9：第一室温弹簧腔；
26.10：薄壁筒；
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11：防辐射屏；
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12：水冷器；
27.13：回热器；
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14：高温换热器；
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15：膨胀腔；
28.16：压缩腔；
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17：第二通气孔；
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18：电机活塞；
29.19：室温侧壁面；
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20：第一通气孔；
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21：第二室温弹簧腔；
30.22：高温侧壳体；
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23：室温侧壳体；
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24：通气管道。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
32.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
34.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性
表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
36.下面结合图1和图2描述本发明的气体弹簧调相器的具体实施例。
37.本发明实施例的气体弹簧调相器，包括法兰1、室温侧气缸3、室温侧活塞5、室温侧壁面19、高温侧气缸2和高温侧活塞4，其中室温侧气缸3与法兰1的第一端面相连，室温侧活塞5设置于室温侧气缸3内，并且室温侧活塞5与室温侧气缸3之间滑动密封配合，以使法兰1、室温侧气缸3和室温侧活塞5之间形成第一室温弹簧腔9。其中室温侧壁面19与法兰1的第一端面相连，且室温侧壁面19设置于室温侧气缸3的外部，以使法兰1、室温侧气缸3、室温侧活塞5和室温侧壁面19之间形成第二室温弹簧腔21。其中高温侧气缸2与法兰1的第二端面相连，高温侧活塞4设置于高温侧气缸2内，并且高温侧活塞4与高温侧气缸2滑动配合，以使高温侧气缸2、高温侧活塞4和法兰1之间形成空容积8，在高温侧气缸2上对应该空容积8的位置处设有第一通气孔20。也即，第一通气孔20的一端连通空容积8，第一通气孔20的另一端连通空容积8的外部空间。
38.也即，本发明实施例的气体弹簧调相器，通过在高温侧气缸2上设置与空容积8相连通的第一通气孔20，从而使得高温侧的空容积8失去了原有的气体弹簧的作用。同时，本发明实施例的气体弹簧调相器，通过在室温侧分别设置第一室温弹簧腔9和第二室温弹簧腔21，当室温侧活塞5进行往复运动时，能够同时改变第一室温弹簧腔9和第二室温弹簧腔21内的压力，由于第一室温弹簧腔9和第二室温弹簧腔21均设置于室温侧，也即，第一室温弹簧腔9和第二室温弹簧腔21均远离高温侧，因此不易被加热，从而能够保持室温侧气缸3和室温侧活塞5之间的密封间隙稳定，进而避免出现升温变形的问题，提高了气体弹簧调相器的性能。
39.在本发明的一些实施例中，该气体弹簧调相器还包括活塞轴7，法兰1设有供活塞轴7穿过的轴孔6，其中活塞轴7的第一端穿过轴孔6与室温侧活塞5相连，活塞轴7的第二端与高温侧活塞4相连。也即，活塞轴7与轴孔6之间滑动密封配合，通过活塞轴7在轴孔6的往复运动，能够带动室温侧活塞5和高温侧活塞4同步进行往复运动。
40.在本发明的一些实施例中，该气体弹簧调相器还包括薄壁筒10和防辐射屏11，其中薄壁筒10与高温侧活塞4相连，防辐射屏11设置于薄壁筒10的内部，且防辐射屏11与薄壁筒10的内侧壁相连。也即，通过设置薄壁筒10，能够起到热缓冲的作用。通过在薄壁筒10的内部设置一层或多层防辐射屏11，能够减少薄壁筒10与高温侧活塞4之间的辐射传热。
41.在本发明的一些实施例中，该气体弹簧调相器还包括高温侧壳体22，该高温侧壳体22与法兰1的第二端面相连，高温侧气缸2和薄壁筒10均设置于高温侧壳体22的内部，以使高温侧壳体22、高温侧气缸2以及薄壁筒10之间形成膨胀腔15。也即，膨胀腔15设置于高温侧壳体22内远离法兰1的位置处。
42.其中，该气体弹簧调相器还包括室温侧壳体23和电机活塞18，室温侧壳体23与法兰1的第一端面相连，室温侧壁面19和电机活塞18均设置于室温侧壳体23的内部，以使室温侧壳体23、法兰1、室温侧壁面19以及电机活塞18之间形成压缩腔16。也即，电机活塞18与室温侧壳体23的内部滑动密封配合，且电机活塞18设置于室温侧壳体23内远离法兰1的位置
处。
43.在本发明的一些实施例中，如图1所示，可以在法兰1上设置第二通气孔17，该第二通气孔17贯穿法兰1的第一端面和第二端面，并且第二通气孔17的一端与高温侧气缸2的外部相连通，第二通气孔17的另一端与压缩腔16相连通。也即，空容积8可以通过第一通气孔20与第二通气孔17相连通，进而通过第二通气孔17与压缩腔16相连通。
44.在工作时，在第一通气孔20和第二通气孔17的导气作用下，使得空容积8与膨胀腔15的压力波动接近，因此高温侧气缸2与高温侧活塞4之间不需要较高的密封要求，在制造时，高温侧气缸2与高温侧活塞4之间的间隙可以设置较大，因此大大降低了加工制造的难度，即使高温侧气缸2和高温侧活塞4仍然存在一定的温度升高，也不会对气体弹簧调相器的性能产生大的影响。
45.在本发明的另一些实施例中，如图2所示，还可以在法兰1上设有第二通气孔17，该第二通气孔17贯穿法兰1的第一端面和第二端面，并且该第二通气孔17的一端与高温侧气缸2的外部相连通，该第二通气孔17的另一端与第二室温弹簧腔21相连通。在第二室温弹簧腔21的内部设有通气管道24，该通气管道24的一端与第二通气孔17相连通，该通气管道24的另一端穿过室温侧壁面19与压缩腔(图中未示)相连通。也即，空容积8可以通过第一通气孔20与第二通气孔17相连通，进而通过第二通气孔17和通气管道24与压缩腔相连通。在本实施例中，可以将室温侧壁面19的直径设置较大，以使第二室温弹簧腔21的容积增大，从而满足使用需求。
46.同理，在工作时，在第一通气孔20、第二通气孔17和通气管道24的导气作用下，使得空容积8与膨胀腔15的压力波动接近，因此高温侧气缸2与高温侧活塞4之间不需要较高的密封要求，在制造时，高温侧气缸2与高温侧活塞4之间的间隙可以设置较大，因此大大降低了加工制造的难度，即使高温侧气缸2和高温侧活塞4仍然存在一定的温度升高，也不会对气体弹簧调相器的性能产生大的影响。
47.在本发明的一些实施例中，该气体弹簧调相器还包括设置于高温侧壳体22内且依次连通的水冷器12、回热器13和高温换热器14，水冷器12、回热器13和高温换热器14均设置于高温侧气缸2的外侧。其中水冷器12靠近法兰1设置，并且水冷器12与法兰1之间具有间隙，以使第一通气孔20能够与第二通气孔17相连通，水冷器12能够与第二通气孔17相连通。其中高温换热器14远离法兰1设置，以使高温换热器14与膨胀腔15相连通。
48.具体来说，室温侧活塞5为一端封闭且另一端开口的筒体结构，室温侧活塞5的开口端朝向法兰1，从而便于形成第二室温弹簧腔21。
49.具体来说，高温侧活塞4为一端封闭且另一端开口的筒体结构，高温侧活塞4的开口端背向法兰1，从而便于与薄壁筒10进行安装。
50.另一方面，本发明实施例还提供一种热声发电机，包括上述实施例的气体弹簧调相器。由于该热声发电机设置有上述实施例的气体弹簧调相器，使得该热声发电机具有上述实施例的气体弹簧调相器的全部优点，进而提高了该热声发电机的使用性能。
51.最后应说明的是：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。