CN114136136A - 一种压力波换热器 - Google Patents

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Abstract

本申请属于能源处理技术领域，具体涉及一种压力波换热器。该换热器包括气源(1)及换热器(3)，气源被配置成通过第一管路向设备(2)供气；换热器(3)具有密闭腔，密闭腔具有空气入口(31)、空气出口(32)、管路入口(33)及管路出口(34)，密闭腔内具有热质流动管路，热质流动管路量自管路入口(33)引入，自管路出口(34)引出，空气入口(31)通过第二管路连接至第一管路，管路出口(34)连接有第三管路，第三管路上设置有升温调节阀(4)。本申请采用压力波换热，无需考虑漏电危险及防火需求，另一方面，本申请可采用废弃脉动压力作为能源，提高能源利用率，减少设备用气时的压力脉动的影响。

Description

一种压力波换热器
技术领域
本申请属于能源处理技术领域，具体涉及一种压力波换热器。
背景技术
传统换热器采用电能或其他形式的独立能源用于气体或液体加热，存在以下缺点：
1)现有换热器均采用电能或燃烧产生的热能作为液体或气体的加热源；
2)现有换热器大部分采用有用功作为能源；
3)采用电能作为能源需要考虑漏电防护安全；
4)采用燃料作为能源需要考虑防火措施；
5)采用易爆燃料作为能源需要考虑防爆措施。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种压力波换热器，采用大型气体试验设备运行中产生的压力波作为热源用于气体或液体加热。压力波为试验设备运行中产生的无用功。利用气体试验设备运行中产生的无用功-压力波作为能源用于气体或液体加热，能够提高能源的利用率。
本申请压力波换热器，主要包括：
气源，所述气源被配置成通过第一管路向设备供气；
换热器，所述换热器具有密闭腔，所述密闭腔具有空气入口、空气出口、管路入口及管路出口，所述密闭腔内具有热质流动管路，所述热质流动管路量自所述管路入口引入，自所述管路出口引出，所述空气入口通过第二管路连接至所述第一管路，所述管路出口连接有第三管路，所述第三管路上设置有升温调节阀。
优选的是，所述气源与设备之间设置有稳压装置。
优选的是，所述气源与所述稳压装置之间设置有第一调节阀及第二调节阀，所述第一调节阀与第二调节阀之间设置有分叉口，所述第二管路通过所述分叉口连接至所述第一管路。
优选的是，所述热质流动管路在连接至管路入口处设置有第三调节阀，所述热质流动管路在连接至管路出口处设置有第四调节阀。
优选的是，所述热质流动管路在所述换热器的密闭腔内呈波折线样式自管路入口延伸至管路出口。
优选的是，所述热质流动管路在所述换热器的密闭腔内呈弹簧圈回旋样式自管路入口延伸至管路出口。
优选的是，所述升温调节阀被配置成根据升温需求调节阀门开度，升温需求快时阀门开度小。
本申请采用压力波换热，无需考虑漏电危险及防火需求，另一方面，本申请可采用废弃脉动压力作为能源，提高能源利用率，减少设备用气时的压力脉动的影响。
附图说明
图1为本申请压力波换热器的结构示意图。
图2为本申请图1所示实施例的升温调节阀开度较小时的换热器升温变化示意图。
图3为本申请图1所示实施例的升温调节阀开度较大时的换热器升温变化示意图。
其中，1-气源，2-设备，3-换热器，31-空气入口，32-空气出口，33-管路入口，34-管路出口，4-升温调节阀，5-稳压装置，6-第一调节阀，7-第二调节阀，8-第三调节阀，9-第四调节阀。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请提供了一种压力波换热器，如图1所示，主要包括：
气源1，所述气源被配置成通过第一管路向设备2供气；
换热器3，所述换热器3具有密闭腔，所述密闭腔具有空气入口31、空气出口32、管路入口33及管路出口34，所述密闭腔内具有热质流动管路，所述热质流动管路量自所述管路入口33引入，自所述管路出口34引出，所述空气入口31通过第二管路连接至所述第一管路，所述管路出口34连接有第三管路，所述第三管路上设置有升温调节阀4。
在一些可选实施方式中，所述气源1与设备之间设置有稳压装置5。
在一些可选实施方式中，所述气源1与所述稳压装置5之间设置有第一调节阀6及第二调节阀7，所述第一调节阀6与第二调节阀7之间设置有分叉口，所述第二管路通过所述分叉口连接至所述第一管路。
在一些可选实施方式中，所述热质流动管路在连接至管路入口33处设置有第三调节阀8，所述热质流动管路在连接至管路出口34处设置有第四调节阀9。
在一些可选实施方式中，所述热质流动管路在所述换热器3的密闭腔内呈波折线样式自管路入口33延伸至管路出口34。如图1所示，通过波折线的样式增大管路在换热器内的长度，提高加热效率。
在一些可选实施方式中，所述热质流动管路在所述换热器3的密闭腔内呈弹簧圈回旋样式自管路入口33延伸至管路出口34。备选实施方式中，也可以采用其他的具有回旋结构的管路布局，从而提高有效换热体积。
在一些可选实施方式中，所述升温调节阀4被配置成根据升温需求调节阀门开度，升温需求快时阀门开度小。如图2及图3所示，换热器内的空气流速由升温调节阀4控制。压力波在换热器内做功加热气体，热量通过换热管(折线表示)将热量传递给管内的换热质(液体或气体)。当需要快速加温时将升温调节阀4开度调小，需要慢速加温时将调节阀门开度调大。因此可通过调节升温调节阀4的开度变化调节来实现换热质的换热控制。图2和图3中，横坐标为时间，纵坐标为温度，图示为matlab模拟的调节阀门开度变化对换热器内气体温度的影响。对比图2和图3可以看到调节阀门的开度变化可以对换热器内的温度实现控制，具体原理为：
根据气体动力学知识可得公式(1)，公式中U为换热器内气体内能(J),p为换热器内压力(Pa)，t为时间(s)，T为温度(K)，
Figure BDA0003347283270000031
为换热器入口能流，
Figure BDA0003347283270000032
为换热器出口能流，
Figure BDA0003347283270000033
为换热器管壁换热能流。
Figure BDA0003347283270000041
假设换热器内的气体为理想气体则有公式2～公式5，公式中M为换热器内气体质量，V为换热器内气体体积，hI为比热焓，Z为气体压缩系数，R为气体常数，CpI为气体比热。
Figure BDA0003347283270000042
Figure BDA0003347283270000043
Figure BDA0003347283270000044
Figure BDA0003347283270000045
根据公式1～公式5可计算得到由压力波动引起的温度变化。
本申请采用压力波换热，无需考虑漏电危险及防火需求，另一方面，本申请可采用废弃脉动压力作为能源，提高能源利用率，减少设备用气时的压力脉动的影响。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种压力波换热器，其特征在于，包括：
气源(1)，所述气源被配置成通过第一管路向设备(2)供气；
换热器(3)，所述换热器(3)具有密闭腔，所述密闭腔具有空气入口(31)、空气出口(32)、管路入口(33)及管路出口(34)，所述密闭腔内具有热质流动管路，所述热质流动管路量自所述管路入口(33)引入，自所述管路出口(34)引出，所述空气入口(31)通过第二管路连接至所述第一管路，所述管路出口(34)连接有第三管路，所述第三管路上设置有升温调节阀(4)。
2.如权利要求1所述的压力波换热器，其特征在于，所述气源(1)与设备之间设置有稳压装置(5)。
3.如权利要求2所述的压力波换热器，其特征在于，所述气源(1)与所述稳压装置(5)之间设置有第一调节阀(6)及第二调节阀(7)，所述第一调节阀(6)与第二调节阀(7)之间设置有分叉口，所述第二管路通过所述分叉口连接至所述第一管路。
4.如权利要求1所述的压力波换热器，其特征在于，所述热质流动管路在连接至管路入口(33)处设置有第三调节阀(8)，所述热质流动管路在连接至管路出口(34)处设置有第四调节阀(9)。
5.如权利要求1所述的压力波换热器，其特征在于，所述热质流动管路在所述换热器(3)的密闭腔内呈波折线样式自管路入口(33)延伸至管路出口(34)。
6.如权利要求1所述的压力波换热器，其特征在于，所述热质流动管路在所述换热器(3)的密闭腔内呈弹簧圈回旋样式自管路入口(33)延伸至管路出口(34)。
7.如权利要求1所述的压力波换热器，其特征在于，所述升温调节阀(4)被配置成根据升温需求调节阀门开度，升温需求快时阀门开度小。
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