CN1424548A - 热声发动机加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热声发动机加热装置。它具有刚性管、刚性管两端设有连接部件、刚性管上横向贯穿设有多个相互平行的中间开有热源通道的长方体块、其端部周边与刚性管壁面固定密封、刚性管内在长方体块间隔处纵向设有流体通道。热声效应是热与声之间相互转换的现象。热声发动机是一种通过热声效应实现热能与声能转化的装置。按照能量转换方向可分为：热声发动机、热声制冷机；按照声场特性可分为：驻波型、行波型、驻波行波混合型。热声发动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适的相位关系，系统中除振荡气体外，没有运动部件，特别是消除了滑动密封部件，因此结构简单且运行寿命长。

Description

热声发动机加热装置

                          技术领域

本发明涉及一种热声发动机加热装置，该加热器可用于管道内运动和非运动流体的加热。

                          背景技术

热声发动机利用热声效应把热能转换为声功，输入的热量由加热器提供，因此加热器是热声发动机的核心部件之一，在热声发动机中起着举足轻重的作用。随着热声理论和实验的进一步延伸，热声发动机朝着大功率、高效率目标发展，如何提高加热器的效率、加热功率已经成为热声发动机开发急需解决的问题之一。目前常用的加热方式有：气体燃料燃烧加热，电热管加热，电热带加热，太阳能加热，蒸汽加热，感应加热，硅碳管加热等，但不论选择哪种加热方式，都需要设计一种紧凑、高效的换热器。我们设计的新型热声发动机加热装置适用于电热管加热方式、气体燃料燃烧加热方式、蒸汽加热方式、感应加热方式、硅碳管加热方式等。在不同加热方式之间切换时，只需对热源一侧的工作介质或方式做一些适当调整。

                          发明内容

本发明的目的是提供一种热声发动机加热装置。

它具有刚性管、刚性管两端设有连接部件、刚性管上横向贯穿设有多个相互平行的中间开有热源通道的长方体块、其端部周边与刚性管壁面固定密封、刚性管内在长方体块间隔处纵向设有流体通道。

热声效应是热与声之间相互转换的现象，即声场中的工作流体与固体介质之间的时均热力学效应。热声发动机是一种通过热声效应实现热能与声能转化的装置。按照能量转换方向可分为：热声发动机(也称热声压缩机)、热声制冷机；按照声场特性可分为：驻波型、行波型、驻波行波混合型。热声发动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适的相位关系，系统中除振荡气体外，没有运动部件，特别是消除了滑动密封部件，因此结构简单且运行寿命长。

热声发动机的核心部件是：冷却器、热声回热器、加热器。冷却器和加热器分别处于回热器两端，由于它们的冷却和加热，在热声回热器的轴向形成一个较大的温度梯度，这个梯度是热声发动机工作的驱动力，当回热器的轴向温度梯度达到临界值热声发动机即自发振荡。冷却器把回热器的冷端温度稳定在环境温度，因此回热器轴向温度梯度的大小就主要取决于加热器提供的加热功率。以上分析说明要实现热声发动机的正常工作，以下条件缺一不可：工作流体，固体介质，温度梯度。由于热声发动机中的加热器处于高压高压环境中，并且可供加热的空间有限，所以密封和换热问题尤为突出。本发明的优点是：在刚性管上开槽，插入开有热源通道的长方体块，把密封引到长方体块端部与刚性管表面相接触的周边，然后用焊接或粘合的方法解决，同时电热管可以很方便的安装和拆卸而不影响加热器其它部件，因此提供了一种有效解决高温高压密封问题的新思路；流体通道和热源通道分布均匀，可以使流体均匀加热，在有限空间内，能够为流体均匀提供较大的加热功率。

                          附图说明

图1为热声发动机加热装置示例总体图；

图2为带电热管的加热器流体通道的截面图。

                        具体实施方式

热声发动机加热装置具有刚性管2、刚性管两端设有连接部件5、刚性管上横向贯穿设有多个相互平行的中间开有热源通道的长方体块3、其端部周边与刚性管壁面固定密封、刚性管内在长方体块3间隔处纵向设有流体通道1。

流体通道的作用是为流体提供通路，同时把热量传给流体。设计和制作加热器的最终目标是把工作流体在加热器处加热到所要求的温度，所以本发明的指导思想是高效、均匀地把流体加热。流体通道的材质没有严格限制，最好是具有较大的导热系数并能够耐较高的温度，但是当有绝缘问题存在时可以考虑加一层陶瓷或石棉等不良导体。流体通道可以用线切割方法直接在材料上切出，也可以利用板料之间的间隙制作。刚性管的作用是密封高压气体，提供大的通道并实现管道之间的连接，同时为流体通道提供刚性支撑。开有热源通道的长方体块用于通过高温流体或放置电热管等固体供热装置，它接收来自高温热源的热量并把这些热量向流体通道传递，因此是一个换热部件。热源通道材质没有严格要求，最好是具有较大的导热系数并能够耐较高的温度，但当有绝缘问题出现时，可以考虑在表面上加一层陶瓷、石棉等物质，其另外一个重要作用是通过与刚性管之间焊接或粘合实现高温密封。热源是高温热量的载体，是供热部件。热源的种类取决于加热方式的选择，本发明适用于电热管加热方式、气体燃料加热方式、蒸汽或热水加热方式、感应加热方式、硅碳管加热方式。因此热源可以是电热管、高温烟气、高温蒸汽、热水、感应装置、硅碳管等。连接部件的作用是实现加热器与其它管道部件的连接。

示例加热器的流体通道通过在黄铜柱体(φ100×100mm)上线切割出36个矩形通道制成，它也可以选用其它材质如不锈钢等。刚性管用耐高温不锈钢做成，内径为100mm，它既可以使用现成的不锈钢管，也可以用不锈钢棒材直接加工；长方体块的尺寸为96×12×120mm，直接用线切割方法在不锈钢板材上切出；需要说明的是，采用直接在不锈钢棒材上切割出流体通道和热源通道的方法可以使制作更简便，这样加热器里就不再有单独的刚性管、流体通道和开有热源通道的长方体块，而是把三者合为一个整体。热源是常用的镍铬丝电热管，为了减小它与热源通道的接触热阻，电热管在插入通道内时应当略有紧度，该示例加热器共设计有24根电热管。当做好上述独立部件后，把流体通道用液氮浸泡后冷套到刚性管内，垂至于流体轴向通道且在流体通道之间切出三条贯通刚性管壁和流体通道的槽，尺寸为96×12mm，把长方体块用液氮浸泡后冷套进插槽内，外面用氩弧焊接密封，然后在长方体块高度方向上切出热源通道，示例加热器中共有3个长方体块，每个长方体块上开有8个热源通道，最后把电热管插入通道内。

所说的流体通道、刚性管、长方体块的材料可以为不锈钢、紫铜、黄铜、合金、陶瓷或石棉；热源为高温蒸汽、热水、高温烟气、电热管、硅碳管和感应加热器；连接部件的形式为法兰连接、焊接、一体制作。

使用时用螺栓把加热器同热声发动机的其它部件紧密联接，法兰间要实现良好密封。由于加热器处于高温状态，因此它与其它部件的密封一般要采用金属或其它合金垫片。当热声发动机装配完成后，把系统抽真空以确保里面没有空气的存在(清除氧化性气体)，系统的真空度达到要求后充入高压工作气体，然后把电热管通电，加热器进入工作状态。加热器连续工作一段时间后，回热器热端温度不断升高，回热器的轴向温度梯度达到临界值后系统起振。如果要使系统停止工作，只需要切断电热管的电源。当该示例加热器单独用于非热声发动机场合时，使用方式相同。

Claims (6)

1.一种热声发动机加热装置，其特征在于：具有刚性管(2)、刚性管两端设有连接部件(5)、刚性管上横向贯穿设有多个相互平行的中间开有热源通道的长方体块(3)、其端部周边与刚性管壁面固定密封、刚性管内在长方体块(3)间隔处纵向设有流体通道(1)。

2.根据权利要求1所述的一种热声发动机加热装置，其特征在于：所说的流体通道的材料为不锈钢、紫铜、黄铜、合金、陶瓷或石棉，其流道的形状为圆形、矩形、有圆角的矩形。

3.根据权利要求1所述的一种热声发动机加热装置，其特征在于：所说的刚性管的材料为不锈钢、紫铜、黄铜、合金、陶瓷；刚性管的外形为长方体、圆柱体、弯头。

4.根据权利要求1所述的一种热声发动机加热装置，其特征在于：所说的长方体块的材料为不锈钢、紫铜、黄铜、合金、陶瓷或石棉；热源通道的形状为圆形、矩形、有圆角的矩形、翅片。

5.根据权利要求1所述的一种热声发动机加热装置，其特征在于：所说的热源为高温蒸汽、热水、高温烟气、电热管、硅碳管和感应加热器。

6.根据权利要求1所述的一种热声发动机加热装置，其特征在于：所说的连接部件的形式为法兰连接、焊接、一体制作。

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