CN101726137B

CN101726137B - 回热器及其制造方法

Info

Publication number: CN101726137B
Application number: CN2008102242989A
Authority: CN
Inventors: 罗二仓; 戴巍; 吴张华; 姜琳; 李海冰
Original assignee: Shenzhen Zhongke Lihan Thermoacoustic Technology Engineering Research Center Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Zhongke Lihan Thermoacoustic Technology Engineering Research Center Co Ltd
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: CN101726137A

Abstract

本发明公开了一种回热器及其制造方法。回热器包括多个定位叠加的腐蚀板，所述腐蚀板设置有用于形成规则的气体流道的多个微孔。本发明的技术方案中回热器由多个腐蚀板定位叠加构成，腐蚀板上的微孔可形成规则的气体流道，并且通过微孔可精确控制气体流道的形状、尺寸和分布，在实现热能声能转换过程中，气体在气体流道流动时流动阻力小，因此气体的流动损失小，从而提高了回热器的热声转换效率；采用激光光绘及刻蚀工艺制成腐蚀板的方法有利于大规模生产，且生产过程中腐蚀板上微孔的形状可根据需要任意进行改变，降低了生产成本。

Description

回热器及其制造方法

技术领域

本发明涉及热声热机领域，尤其涉及一种回热器及其制造方法。

背景技术

随着热声理论的逐渐成熟，热声热机的应用越来越广泛。和传统的热机相比，热声热机具有诸多优点：1)采用声学部件来实现声功转换，减少了运动部件，结构简单，可靠性高；2)工作介质一般是惰性气体，例如氦气，无污染，对环境没有任何危害；3)采用低品位的热能驱动，例如太阳能、工业废热等，提高了能源的利用效率。热声热机的功能部件主要包括回热器和换能器，其中回热器是热声热机中实现热能声能转换的重要部件。热声热机可包括热声发动机和热声制冷机，在热声发动机中回热器主要用于将热能转换为声能，在热声制冷机中回热器主要利用声能实现从低温向高温的泵热效应。

现有技术中的回热器通常为金属丝网填充形式的回热器，图9为现有技术回热器中金属丝网的示意图，如图9所示，该金属丝网由金属丝编织而成。多片图9中的金属丝网随机叠加，并被填充固定到不锈钢套筒中，形成了回热器。该回热器中金属丝网的网孔形成了气体流道，气体在气体流道流动时来回振荡，同时受压力变化的作用以及与金属丝网热交换作用，完成热能和声能间的转换。

现有技术中的回热器存在如下缺陷：1)由于回热器是由多片金属丝网随机叠加而成，其形成的气体流道不规则，造成很大的流动阻力，气体流动损失大，热声转换效率低；2)受现有的丝网制造技术的限制，制造高目数的金属丝网难度大，成本高。

发明内容

本发明的目的是提出一种回热器及其制造方法，克服了现有技术中回热器气体流动阻力大、热声转换效率低的缺陷，从而减小了回热器中气体的流动阻力，提高了热声转换效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种回热器，包括多个定位叠加的腐蚀板，所述腐蚀板上设置有用于形成规则的气体流道的多个微孔。

所述腐蚀板还设置有定位孔，通过定位销穿通所述定位孔将多个腐蚀板定位叠加。所述微孔所述微孔为长方形孔、且平行分布于所述腐蚀板上。各个所述微孔沿平行方向被隔断为数段，所有微孔沿垂直方向上同一位置的隔断处形成一条加强筋。所述微孔间的间隔相等。所述微孔的宽度为5微米～500微米。所述微孔为圆形孔，且规则分布于所述腐蚀板上。所述微孔的直径为5微米～500微米。

为实现上述目的，本发明还提供了一种回热器的制造方法，包括：

步骤1、通过激光光绘工艺在光绘胶片上形成微孔图案，将形成有微孔图案的光绘胶片经过显影和定影工艺制成光绘菲林；

步骤2、在待腐蚀板上涂覆光阻剂，并将所述光绘菲林贴附于涂覆有光阻剂的待腐蚀板上，经过曝光和显影工艺去除待腐蚀板上对应于微孔图案处的光阻剂；

步骤3、将完成步骤2的待腐蚀板放入刻蚀液中进行刻蚀，将待腐蚀板上去除了光阻剂的部分刻蚀掉，形成多个微孔；

步骤4、将完成步骤3的待腐蚀板放入光阻剂去除溶液中，去除未曝光的光阻剂，形成腐蚀板；

步骤5、将多个所述腐蚀板定位叠加。

所述微孔为长方形孔、且平行分布于所述腐蚀板上。所述微孔的宽度为5微米～500微米。所述微孔图案包括加用于形成加强筋的加强筋区域，所述加强筋为各个所述微孔沿平行方向被隔断为数段，所有微孔沿垂直方向上同一位置的隔断处形成；则步骤2中经过曝光和显影工艺去除待腐蚀板上对应于微孔图案处的光阻剂具体为经过曝光和显影工艺去除待腐蚀板上对应于微孔图案处加强筋区域以外的光阻剂。所述微孔还可以为圆形孔，且规则分布于所述腐蚀板上。所述微孔的直径为5微米～500微米。

其中，所述步骤5具体包括：

步骤51、在所述腐蚀板上形成定位孔；

步骤52、通过定位销穿通所述定位孔将多个腐蚀板定位叠加。

本发明的技术方案中回热器由多个腐蚀板定位叠加构成，腐蚀板上的微孔可形成规则的气体流道，并且通过微孔可精确控制气体流道的形状、尺寸和分布，在实现热能声能转换过程中，气体在气体流道流动时流动阻力小，因此气体的流动损失小，从而提高了回热器的热声转换效率；采用激光光绘及刻蚀工艺制成腐蚀板的方法有利于大规模生产，且生产过程中腐蚀板上微孔的形状可根据需要任意进行改变，降低了生产成本。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明回热器实施例一的结构示意图；

图2为本发明回热器实施例一中腐蚀板的平面示意图；

图3为图2中局部放大图；

图4为本发明回热器实施例二的结构示意图；

图5为本发明回热器实施例二中腐蚀板的平面示意图；

图6为本发明腐蚀板的平面示意图；

图7为本发明回热器的制造方法实施例一的流程图；

图8为本发明回热器的制造方法实施例二的流程图；

图9为现有技术回热器中金属丝网的示意图。

附图标记说明

1-腐蚀板； 2-微孔； 3-定位孔；

4-定位销； 5-加强筋； 6-间隔。

具体实施方式

本发明技术方案中的回热器包括多个定位叠加的腐蚀板，腐蚀板设置有用于形成规则的气体流道的多个微孔。由于该回热器中气体流道是规则的，因此气体在气体流道中流动时流动阻力小，从而可以提高回热器的热声转换效率。本发明中的回热器还可称为板叠。

图1为本发明回热器实施例一的结构示意图，图2为本发明回热器实施例一中腐蚀板的平面示意图，图3为图2中局部放大图，如图1、2和3所示，回热器包括多个腐蚀板1，腐蚀板1上设置有多个微孔2，微孔2用于形成规则的气体流道，多个腐蚀板1定位叠加。其中，腐蚀板1还设置有四个定位孔3，通过四个定位销4穿通定位孔3将多个腐蚀板1定位叠加。腐蚀板1上的微孔2为长方形孔，且平行分布于腐蚀板1上，宽度可以为5微米～500微米。微孔2之间的间隔6相等。多个腐蚀板1上的微孔2形成规则的气体流道，也就是说，由于多个腐蚀板1的结构均是相同的，定位叠加后多个腐蚀板1上同一位置的微孔2是对齐的，因此，多个腐蚀板1上同一位置的微孔2形成了规则的气体流道。多个腐蚀板1定位叠加形成了回热器。其中，形成回热器的腐蚀板1的平面形状为圆形，腐蚀板1的尺寸和数量可以根据回热器运行时气体的振荡频率、气体的压力、回热器两端的温度等参数来决定。例如可以将本实施例中的回热器置入热声热机中，当热声热机运行时，该回热器可实现热能声能的转换。由于该回热器的气体流道是规则的，因此在实现热能声能转换过程中，气体在气体流道中流动时阻力小，气体流动损失小，提高了热声转换效率。

图4为本发明回热器实施例二的结构示意图，图5为本发明回热器实施例二中腐蚀板的平面示意图，如图4和5所示，回热器包括多个腐蚀板1，腐蚀板1设置有多个微孔2，微孔2用于形成规则的气体流道，多个腐蚀板1定位叠加。腐蚀板1还设置有四个定位孔3，通过四个定位销4穿通定位孔3将多个腐蚀板1定位叠加。腐蚀板1上的微孔2的形状为长方形，且平行分布于腐蚀板1上，宽度可以为5微米～500微米。微孔2之间的间隔相等，具体可参见图3中的局部示意图。多个腐蚀板1上的微孔2形成规则的气体流道，也就是说，由于多个腐蚀板1的结构均是相同的，定位叠加后多个腐蚀板1上同一位置的微孔2是对齐的，因此，多个腐蚀板1上同一位置的微孔2形成了规则的气体流道。各个微孔2沿平行方向被隔断为数段，所有微孔2沿垂直方向上同一位置的隔断处形成一条加强筋5，本实施例中形成有3条加强筋5，在回热器运行时，气体在气体流道中流动时来回振荡，其压力会发生变化，从而形成压力交替变化的气体流场，加强筋5可以避免微孔2间的间隔6在压力变化的气体流场的作用下发生抖动而造成微孔2的形状发生变化，从而可以使由微孔2形成的气体流道在压力变化的气体流场中保持其规则性和稳定性。多个腐蚀板1定位叠加形成了回热器。其中，形成回热器的腐蚀板1的平面形状为圆形，腐蚀板1的尺寸和数量可以根据回热器运行时气体的振荡频率、气体的压力、回热器两端的温度等参数来决定。例如可以将本实施例中的回热器置入热声热机中，当热声热机运行时，该回热器可实现热能声能的转换。由于该回热器的气体流道是规则的，因此在实现热能声能转换过程中，气体在气体流道中流动时阻力小，气体流动损失小，提高了热声转换效率。

在本发明回热器中，腐蚀板上的微孔还可以为其他形状，例如圆形、多边形或者其他任意形状。图6为本发明腐蚀板的平面示意图，如图6所示，该腐蚀板1设置有微孔2，微孔2用于形成规则的气体流道。微孔2为圆形孔，且规则分布于腐蚀板1上，其直径可以为5微米～500微米。腐蚀板1的平面形状为圆形。腐蚀板1还设置有四个定位孔3，用于将多个腐蚀板1定位叠加。此处仅以圆形的微孔为例，其他形状不再具体描述。实际生产过程中，可根据需要将微孔做成其他任意形状。另外，腐蚀板的形状除圆形外，还可以根据实际需要将其做成其它形状。

本发明回热器中腐蚀板的材料可以为不锈钢或者铜。

本发明回热器中腐蚀板上定位孔的数量和位置并不局限于实施例中所描述的数量和位置。例如还可以为二个、三个或五个以上。

在本发明回热器中多个腐蚀板的定位叠加，除了采用上述通过设置定位孔的方式外，还可以采用在腐蚀板上冲压出凸起/凹陷结构，并利用冲压出的凸起/凹陷来实现腐蚀板的定位叠加；以及利用焊接等常规方式将多个腐蚀板定位叠加，在此不具体表述。

图7为本发明回热器的制造方法实施例一的流程图，如图7所示，具体包括：

步骤101、通过激光光绘工艺在光绘胶片上形成微孔图案，将形成有微孔图案的光绘胶片经过显影和定影工艺制成光绘菲林，其中，微孔图案用于形成微孔；

步骤102、在待腐蚀板上涂覆光阻剂，并将光绘菲林贴附于涂覆有光阻剂的待腐蚀板上，经过曝光和显影工艺去除待腐蚀板上对应于微孔图案处的光阻剂；

步骤103、将完成步骤102的待腐蚀板放入刻蚀液中进行刻蚀，将待腐蚀板上去除了光阻剂的部分刻蚀掉，形成多个微孔；

步骤104、将形成微孔的待腐蚀板放入光阻剂去除溶液中，去除步骤102中未曝光的光阻剂，形成腐蚀板；

步骤105、在腐蚀板上形成定位孔，通过定位销穿通定位孔将多个腐蚀板定位叠加。

本实施例中形成的微孔为长方形孔，且平行分布于腐蚀板上，或者为圆形孔，且规则分布于腐蚀板上。长方形孔的宽度可为5微米～500微米。圆形孔的直径可以5微米～500微米。

本实施例中腐蚀板(待腐蚀板)的材料优选为不锈钢。腐蚀板的形状可以为圆形或者其它任意形状。则步骤103中的刻蚀液可以使用FeCL₃溶液或者其它可以刻蚀不锈钢的溶液。步骤104中的光阻剂去除溶液可以使用NaOH溶液。在步骤102之前还可以包括对待腐蚀板进行去油、清洗和烘干的步骤。另外，本实施例中腐蚀板(待腐蚀板)的材料还可以为铜。

图8为本发明回热器的制造方法实施例二的流程图，如图8所示，具体包括：

步骤201、通过激光光绘工艺在光绘胶片上形成微孔图案，将形成有微孔图案的光绘胶片经过显影和定影工艺制成光绘菲林，其中，微孔图案中包括用于形成加强筋的加强筋区域，该微孔图案用于形成微孔和加强筋；

步骤202、在待腐蚀板上涂覆光阻剂，并将光绘菲林贴附于涂覆有光阻剂的待腐蚀板上，经过曝光和显影工艺去除待腐蚀板上对应于微孔图案处加强筋区域以外的光阻剂；

步骤203、将完成步骤202的待腐蚀板放入刻蚀液中进行刻蚀，将待腐蚀板上去除了光阻剂的部分刻蚀掉，形成多个微孔；

步骤204、将形成微孔的待腐蚀板放入光阻剂去除溶液中，去除步骤202中未曝光的光阻剂，形成腐蚀板，其中包括形成加强筋；

步骤205、在腐蚀板上形成定位孔，通过定位销穿通定位孔将多个腐蚀板定位叠加。

本实施例中微孔的形状为长方形孔，且平行分布于腐蚀板上。微孔的宽度为5微米～500微米。各个微孔沿平行方向被隔断为数段，所有微孔沿垂直方向上同一位置的隔断处所形成一条加强筋。

本实施例中腐蚀板(待腐蚀板)的材料优选为不锈钢。腐蚀板的形状可以为圆形或者其它任意形状。则步骤203中的刻蚀液可以使用FeCL₃溶液或者其它可以刻蚀不锈钢的溶液。步骤204中的光阻剂去除溶液可以使用NaOH溶液。在步骤202之前还可以包括对待腐蚀板进行去油、清洗和烘干的步骤。另外，本实施例中腐蚀板(待腐蚀板)的材料还可以为铜。

在本发明回热器制造方法中多个腐蚀板的定位叠加，除了采用上述通过设置定位孔的方式外，还可以采用在腐蚀板上冲压出凸起/凹陷结构，并利用冲压出的凸起/凹陷来实现腐蚀板的定位叠加；以及利用焊接等常规方式将多个腐蚀板定位叠加，在此不具体表述。

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进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种回热器，其特征在于，包括多个定位叠加的腐蚀板，所述腐蚀板上设置有用于形成规则的气体流道的多个微孔。

2.根据权利要求1所述的回热器，其特征在于，所述腐蚀板还设置有定位孔，通过定位销穿通所述定位孔将多个腐蚀板定位叠加。

3.根据权利要求1所述的回热器，其特征在于，所述微孔为长方形孔、且平行分布于所述腐蚀板上。

4.根据权利要求3所述的回热器，其特征在于，各个所述微孔沿平行方向被隔断为数段，所有微孔沿垂直方向上同一位置的隔断处形成一条加强筋。

5.根据权利要求3或4所述的回热器，其特征在于，所述微孔间的间隔相等。

6.根据权利要求5所述的回热器，其特征在于，所述微孔的宽度为5微米～500微米。

7.根据权利要求1所述的回热器，其特征在于，所述微孔为圆形孔，且规则分布于所述腐蚀板上。

8.根据权利要求7所述的回热器，其特征在于，所述微孔的直径为5微米～500微米。

9.一种回热器的制造方法，其特征在于，包括：

步骤5、将多个所述腐蚀板定位叠加。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述微孔为长方形孔、且平行分布于所述腐蚀板上。

11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述微孔图案包括用于形成加强筋的加强筋区域，所述加强筋为各个所述微孔沿平行方向被隔断为数段、所有微孔沿垂直方向上同一位置的隔断处形成；则步骤2中经过曝光和显影工艺去除待腐蚀板上对应于微孔图案处的光阻剂具体为经过曝光和显影工艺去除待腐蚀板上对应于微孔图案处加强筋区域以外的光阻剂。

12.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述微孔为圆形孔，且规则分布于所述腐蚀板上。

13.根据权利要求9-12任一所述的制造方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：

步骤51、在所述腐蚀板上形成定位孔；

14.根据权利要求10或11所述的制造方法，其特征在于，所述微孔的宽度为5微米～500微米。

15.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述微孔的直径为5微米～500微米。