CN101275542B - 可利用多温位热源驱动的热声发动机 - Google Patents
可利用多温位热源驱动的热声发动机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101275542B CN101275542B CN2008100603709A CN200810060370A CN101275542B CN 101275542 B CN101275542 B CN 101275542B CN 2008100603709 A CN2008100603709 A CN 2008100603709A CN 200810060370 A CN200810060370 A CN 200810060370A CN 101275542 B CN101275542 B CN 101275542B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thermoacoustic engine
- temperature
- thermal source
- regenerator
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 108010053481 Antifreeze Proteins Proteins 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000306 component Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005184 irreversible process Methods 0.000 description 1
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Exhaust Silencers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可利用多温位热源驱动的热声发动机。它包括热声发动机的行波环路和热声发动机的谐振管，热声发动机的行波环路包相连接的直流抑制部件、主冷却器、回热器、热缓冲管、副冷却器及导流器、反馈回路、声容，其特征在于在回热器外侧设有加热装置，加热装置为多温位加热装置，从回热器的高温端到低温端依次布置高温位到低温位的加热装置。本发明充分利用了热声发动机的回热器在交变流动时的热声效应和回热功能，在其轴向的不同位置采用多温位的热源进行加热，进一步降低了可利用热源的温位，提高了热声发动机的热功转换效率，同时使回热器和加热装置的结构更加紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及热声发动机，尤其涉及一种可利用多温位热源驱动的热声发动机。
背景技术
热声效应是热与声之间相互转换的现象，热声发动机是利用热声效应实现热能到声能转变的机械。热声热机不需要外部的机械手段就可以使振荡流体的速度和压力之间建立起合理的相位关系，因此不需要机械传动部件，大大简化了系统的结构，从根本上消除了常规机械存在的磨损和振动，因而具有寿命长、成本低的优点。热声发动机可采用低品位热能驱动，可利用废热、太阳能和燃气等作为热源。采用低品位的热源不仅有利于节能，而且对于缺乏电能的场合更具有实际意义。此外，热声发动机采用惰性气体作为工质，顺应了环境保护的趋势0。
根据声场特性不同，热声发动机主要分为纯行波型、纯驻波型及行波驻波混合型三种型式。如果不做特别区分，一般也把行波驻波混合型热声发动机称为行波热声发动机，而把纯环路行波热声发动机称为纯行波热声发动机。行波声场中速度波和压力波动相位相同，而在驻波声场中二者相差90°。行波声场中的热声转换过程没有不可逆过程的参与，回热器水利半径远小于气体热渗透深度，能够保证气体与回热器的等温传热。因此行波热声发动机理论上进行的是可逆热声转换过程。驻波声场理论上不能产生声功，它是以降低热力学效率为代价来产生声功的，在驻波热声发动机中气体与固体之间存在传热的滞后，这一热滞后造成很大的不可逆损失。由于以上的原因，驻波热声发动机的热力学效率低于行波热声发动机。行波驻波混合型热声发动机在结构上包括一个行波环路和一个谐振直路，其热声转换核心部分是基于行波机制工作的，但它巧妙地利用了谐振管的驻波特性，结合了行波和驻波的优点，热功转换效率可以和内燃机相媲美。
自热声发动机提出以来，各国研究者致力于提高热声发动机的效率，措施包括优化热声发动机的结构以及改进热声发动机部件。热声发动机的加热器和回热器是热声发动机的核心部件，二者的改进对于提高热声发动机的效率有重要的意义。当前，能源紧缺已经成为现代社会面临的重要问题，而当前大量相对较低温位的热源却没有得到充分利用。因此，降低热源的温位无疑可显著提高热声发动机的优势。这需要对热声发动机回热器的工作机理进行分析。
目前为了在热声发动机的回热器中形成温度梯度，分别在回热器的热端和冷端布置加热器和冷却器。通过加热器对回热器的热端进行加热，加热器提供的是单一温位的热源。通过研究发现，交变流动回热器中的气体微团不仅具有传统热力学观点的回热过程(逆流回热过程)，同时还具有进行热声转换的压缩、放热、膨胀以及吸热等完整的热机循环过程。微团从高温热源吸收热量，通过众多气体微团的协同作用，逐步将高温热源的热量转化为声功，而不能转换的部分则排向环境热源之中。回热器中的每个气体微团都可以看作是一个功能完整的微型热声发动机，只不过它们工作在多温位，参考文献[1](罗二仓，戴巍，吴张华等.交变流动热机的介观热力循环理论第二部分发动机回热器的介观热力循环模型及分析.低温工程.2004，(2)：1-10)。
因此，对不同的气体微团可以根据它们的工作温区，匹配相应温度的热源，而不是采用单一温位的热源。本发明根据热声发动机回热器工作机理，可在同一台热声发动机上采用多温位的热源驱动，在热声发动机效率和性能基本保持不变的条件下采用了更低品位的热源，提高了系统的
效率，使得热声发动机能够利用低品位热源驱动这一优点更加突出。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可利用多温位热源驱动的热声发动机。
它包括热声发动机的行波环路和热声发动机的谐振管，热声发动机的行波环路包相连接的直流抑制部件、主冷却器、回热器、热缓冲管、副冷却器及导流器、反馈回路、声容，其特征在于在回热器外侧设有加热装置，加热装置为多温位加热装置，从回热器的高温端到低温端依次布置高温位到低温位的加热装置。
所述的回热器和加热装置为整体结构。热声发动机是行波热声发动机、驻波热声发动机或行波驻波混合型热声发动机。加热装置为加热丝、电热管、硅碳管或感应加热器。加热装置利用的热源为热水、高温蒸汽、中高温烟气或核反应热。
本发明利用回热器内微观气团工作过程的特点，实现在同一台热声发动机上利用多温位的热源驱动，使得驱动热声发动机高温位热源的比重降低，低温位热源的比重增加，从而使热声发动机利用的热源温位拓展到更低，既达到节能的目的，同时并没有降低热声发动机的效率。另外，把热声发动机的回热器和加热装置制作为一体，使热声发动机的结构更加紧凑。
附图说明
图1可利用多温位热源驱动的行波热声发动机示意图；
图2可利用多温位热源驱动的驻波热声发动机示意图；
图3可利用多温位热源驱动的纯环路行波热声发动机示意图；
图4可利用多温位热源驱动的多级串联式热声发动机示意图；
图中：直流抑制部件1、主冷却器2、加热装置3、回热器4、热缓冲管5、副冷却器及导流器6、谐振管7、反馈回路8、声容9。
具体实施方式
现有热声发动机的回热器靠单一温位的热源进行驱动，可利用多温位热源驱动的热声发动机是在原有的热声发动机上对回热器和加热装置进行改进而成的。本发明提出把热声发动机的回热器4从高温端到室温端分为n个单元，依次对每个单元提供温位由高到低的热源Th，1，Th，2，…，Tc，n-1，Tc，n。回热器4的填料采用不锈钢丝网，外壳采用传热性能较差的刚性管制作，其作用是密封高压气体，为工作流体提供刚性支撑。在外壳上布置工作温位依次在Th，1，Th，2，…，Tc，n-1，Tc，n的加热装置3，其制作为高温换热器，把高温换热器焊接在回热器4的外壳上。高温换热器采用具有较大导热系数并能够耐较高温度的材质制作，在其上加工热源通道，当热源为流体时，热源通道内通过高温流体；当热源为加热丝或加热棒等固体时，在换热器热源通道内布置固体热源，通过高温换热器对回热器的相应位置进行加热。由于热源温位不同，针对多温位的换热器其材质和结构可根据具体情况进行设计。
如图1所示，可同时利用多温位热源驱动的热声发动机包括热声发动机的行波环路和热声发动机的谐振管7，热声发动机的行波环路包相连接的直流抑制部件1、主冷却器2、回热器4、热缓冲管5、副冷却器及导流器6、反馈回路8、声容9，其特征在于在回热器4外侧设有加热装置3，加热装置3为多温位加热装置，从回热器4的高温端到低温端依次布置高温位到低温位的加热装置。
所述的回热器4和加热装置3为整体结构。热声发动机是行波热声发动机、驻波热声发动机或行波驻波混合型热声发动机。加热装置3为加热丝、电热管、硅碳管或感应加热器。加热装置3利用的热源为热水、高温蒸汽、中高温烟气或核反应热。
图2是可利用多温位热源驱动的驻波热声发动机结构简图，具体结构和部件参考文献[2](金滔，陈国邦，沈渏.120K热声驱动脉管制冷机.低温工程，2001，122(4)：34-38)。本发明对驻波热声发动机的回热器和加热装置进行改进，把二者一体化制作，实现在同一台驻波热声发动机上采用多温位热源进行驱动。
图3是可利用多温位热源驱动的纯环路行波热声发动机示意图，具体结构和部件参考文献[3](T.Yazaki，A.Iwata，T.Maekawa，et al.Traveling wavethermoacoustic engine in a loop tube.Phys.Rev.Lett.，1998，81(15)：3128-3131)。本发明把纯环路行波热声发动机的回热器和加热装置一体化制作。
图4是可利用多温位热源驱动的多级串联式热声发动机示意图，具体结构和部件参考文献[4](D.L.Gardner，G.W.Swift.A cascade thermoacoustic engine.J.Acoust.Soc.Am.，2003，114(4)：1905-1919)。多级串联式热声发动机在直线型拓扑结构上实现了驻波和行波声场的结合，本质是行波驻波混合型热声发动机。该型式使该热声发动机的结构得到简化，也是一种有前途的热声发动机。该热声发动机分为两级，两级均有可利用多温位热源的回热器和加热装置，本发明均把两级上的回热器和加热装置一体化制作，其材质和结构根据热源的形式和温位进行设计。
Claims (5)
1.一种同时利用多温位热源驱动的热声发动机，包括热声发动机的行波环路和热声发动机的谐振管(7)，热声发动机的行波环路包相连接的直流抑制部件(1)、主冷却器(2)、回热器(4)、热缓冲管(5)、副冷却器及导流器(6)、反馈回路(8)、声容(9)，其特征在于在回热器(4)外侧设有加热装置(3)，加热装置(3)为多温位加热装置，从回热器(4)的高温端到低温端依次布置高温位到低温位的加热装置。
2.根据权利要求1所述的一种利用多温位热源驱动的热声发动机，其特征在于所述的回热器(4)和加热装置(3)为整体结构。
3.根据权利要求1所述的一种利用多温位热源驱动的热声发动机，其特征在于所述的热声发动机是行波热声发动机、驻波热声发动机或行波驻波混合型热声发动机。
4.根据权利要求1所述的一种利用多温位热源驱动的热声发动机，其特征在于所述的加热装置(3)为加热丝、电热管、硅碳管或感应加热器。
5.根据权利要求1所述的一种利用多温位热源驱动的热声发动机，其特征在于所述的加热装置(3)利用的热源为热水、高温蒸汽、中高温烟气或核反应热。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100603709A CN101275542B (zh) | 2008-04-09 | 2008-04-09 | 可利用多温位热源驱动的热声发动机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100603709A CN101275542B (zh) | 2008-04-09 | 2008-04-09 | 可利用多温位热源驱动的热声发动机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101275542A CN101275542A (zh) | 2008-10-01 |
| CN101275542B true CN101275542B (zh) | 2010-06-23 |
Family
ID=39995322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100603709A Expired - Fee Related CN101275542B (zh) | 2008-04-09 | 2008-04-09 | 可利用多温位热源驱动的热声发动机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101275542B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102141017B (zh) * | 2011-01-24 | 2013-01-16 | 北京理工大学 | 一种基于行驻波正交叠加声场的热声发动机 |
| CN103486778B (zh) * | 2013-10-08 | 2015-06-17 | 东南大学 | 一种有源调控的板叠式热声机回热器装置 |
| CN104315748B (zh) * | 2014-10-09 | 2017-02-08 | 浙江大学 | 热能驱动的具有导流器的环路行波热声热泵 |
| CN105822514A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-08-03 | 南京航空航天大学 | 一种以氢气为工质的热声发动机及其控制方法 |
| CN106438243B (zh) * | 2016-10-24 | 2019-09-24 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种驻波型热声发动机驱动的热磁发电系统 |
| CN110345031B (zh) * | 2018-04-03 | 2020-12-11 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种舰艇发电系统 |
| CN110701011B (zh) * | 2018-07-09 | 2021-10-29 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种热声发动机 |
| CN110701012B (zh) * | 2018-07-09 | 2022-04-08 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种热声发动机 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4114380A (en) * | 1977-03-03 | 1978-09-19 | Peter Hutson Ceperley | Traveling wave heat engine |
| CN1560470A (zh) * | 2004-02-26 | 2005-01-05 | 浙江大学 | 具有旁通结构的混合型行波热声发动机 |
| CN1916404A (zh) * | 2006-09-05 | 2007-02-21 | 浙江大学 | 采用热管传热驱动的热声发动机 |
-
2008
- 2008-04-09 CN CN2008100603709A patent/CN101275542B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4114380A (en) * | 1977-03-03 | 1978-09-19 | Peter Hutson Ceperley | Traveling wave heat engine |
| CN1560470A (zh) * | 2004-02-26 | 2005-01-05 | 浙江大学 | 具有旁通结构的混合型行波热声发动机 |
| CN1916404A (zh) * | 2006-09-05 | 2007-02-21 | 浙江大学 | 采用热管传热驱动的热声发动机 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 孙大明，邱利民，严伟林，陈萍，甘智华.热声发动机用加热器的设计与实验验证.工程热物理学报25 2.2004,25(2),226-228. |
| 孙大明,邱利民,严伟林,陈萍,甘智华.热声发动机用加热器的设计与实验验证.工程热物理学报25 2.2004,25(2),226-228. * |
| 孙大明，邱利民，张武.可用于热声发动机的加热方式.低温与超导30 2.2002,30(2),27-31. |
| 孙大明,邱利民,张武.可用于热声发动机的加热方式.低温与超导30 2.2002,30(2),27-31. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101275542A (zh) | 2008-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101275542B (zh) | 可利用多温位热源驱动的热声发动机 | |
| CN110887278B (zh) | 用于低品位热源的能量自给型二氧化碳冷热电联产系统 | |
| CN101603473A (zh) | 运用斯特林发动机的废热回收装置 | |
| CN103835903B (zh) | 一种行波热声冷热电联供系统 | |
| CN207333051U (zh) | 一种高低温斯特林发电机组串联的联合发电系统 | |
| CN103670974B (zh) | 同时回收利用冷能和热能的双作用热声发电系统 | |
| CN103983036A (zh) | 一种用于内燃机余热回收的co2循环多联产系统 | |
| CN101915147A (zh) | 内燃机和斯特林复合发动机 | |
| CN205591989U (zh) | 基于有机朗肯循环车用发电系统的冷却结构 | |
| CN101581286A (zh) | 太阳能斯特林发动机装置 | |
| CN103470352A (zh) | 基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置 | |
| CN103683659B (zh) | 一种利用液化天然气燃烧的双作用热声发电系统 | |
| CN103670788B (zh) | 同时利用冷热源的声学共振型多级行波热声发动机系统 | |
| CN104786864A (zh) | 一种采用热声发电机的增程式电动汽车系统 | |
| CN109854466A (zh) | 一种利用太阳能的冷热电联产系统 | |
| Jiang et al. | A Stirling generator with multiple bypass expansion for variable-temperature waste heat recovery | |
| CN103527433A (zh) | 一种同时利用冷源和热源的热声发动机系统 | |
| CN101201007A (zh) | 利用热泵驱动的发电系统 | |
| TW201300639A (zh) | 以低溫熱源推動之動力系統 | |
| Luo et al. | Decoupled duplex Stirling machine: Conceptual design and theoretical analysis | |
| CN101566405B (zh) | 一种行驻波型声场的热驱动热声制冷机装置 | |
| CN104153910A (zh) | 开式循环斯特林发动机 | |
| CN103670975B (zh) | 一种同时利用冷源和热源的热声发电系统 | |
| CN105114268A (zh) | 一种液化天然气冷能驱动的热声系统 | |
| CN203717159U (zh) | 外热式发动机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100623 Termination date: 20130409 |