專利名稱：熱聲發(fā)動機加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱聲發(fā)動機加熱裝置，該加熱器可用于管道內(nèi)運動和非運動流體的加熱。
背景技術(shù)：
熱聲發(fā)動機利用熱聲效應(yīng)把熱能轉(zhuǎn)換為聲功，輸入的熱量由加熱器提供，因此加熱器是熱聲發(fā)動機的核心部件之一，在熱聲發(fā)動機中起著舉足輕重的作用。隨著熱聲理論和實驗的進(jìn)一步延伸，熱聲發(fā)動機朝著大功率、高效率目標(biāo)發(fā)展，如何提高加熱器的效率、加熱功率已經(jīng)成為熱聲發(fā)動機開發(fā)急需解決的問題之一。目前常用的加熱方式有氣體燃料燃燒加熱，電熱管加熱，電熱帶加熱，太陽能加熱，蒸汽加熱，感應(yīng)加熱，硅碳管加熱等，但不論選擇哪種加熱方式，都需要設(shè)計一種緊湊、高效的換熱器。我們設(shè)計的新型熱聲發(fā)動機加熱裝置適用于電熱管加熱方式、氣體燃料燃燒加熱方式、蒸汽加熱方式、感應(yīng)加熱方式、硅碳管加熱方式等。在不同加熱方式之間切換時，只需對熱源一側(cè)的工作介質(zhì)或方式做一些適當(dāng)調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種熱聲發(fā)動機加熱裝置。
它具有剛性管、剛性管兩端設(shè)有連接部件、剛性管上橫向貫穿設(shè)有多個相互平行的中間開有熱源通道的長方體塊、其端部周邊與剛性管壁面固定密封、剛性管內(nèi)在長方體塊間隔處縱向設(shè)有流體通道。
熱聲效應(yīng)是熱與聲之間相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，即聲場中的工作流體與固體介質(zhì)之間的時均熱力學(xué)效應(yīng)。熱聲發(fā)動機是一種通過熱聲效應(yīng)實現(xiàn)熱能與聲能轉(zhuǎn)化的裝置。按照能量轉(zhuǎn)換方向可分為熱聲發(fā)動機(也稱熱聲壓縮機)、熱聲制冷機；按照聲場特性可分為駐波型、行波型、駐波行波混合型。熱聲發(fā)動機不需要外部的機械手段就可以使振蕩流體的速度和壓力之間建立起合適的相位關(guān)系，系統(tǒng)中除振蕩氣體外，沒有運動部件，特別是消除了滑動密封部件，因此結(jié)構(gòu)簡單且運行壽命長。
熱聲發(fā)動機的核心部件是冷卻器、熱聲回?zé)崞鳌⒓訜崞?。冷卻器和加熱器分別處于回?zé)崞鲀啥?，由于它們的冷卻和加熱，在熱聲回?zé)崞鞯妮S向形成一個較大的溫度梯度，這個梯度是熱聲發(fā)動機工作的驅(qū)動力，當(dāng)回?zé)崞鞯妮S向溫度梯度達(dá)到臨界值熱聲發(fā)動機即自發(fā)振蕩。冷卻器把回?zé)崞鞯睦涠藴囟确€(wěn)定在環(huán)境溫度，因此回?zé)崞鬏S向溫度梯度的大小就主要取決于加熱器提供的加熱功率。以上分析說明要實現(xiàn)熱聲發(fā)動機的正常工作，以下條件缺一不可工作流體，固體介質(zhì)，溫度梯度。由于熱聲發(fā)動機中的加熱器處于高壓高壓環(huán)境中，并且可供加熱的空間有限，所以密封和換熱問題尤為突出。本發(fā)明的優(yōu)點是在剛性管上開槽，插入開有熱源通道的長方體塊，把密封引到長方體塊端部與剛性管表面相接觸的周邊，然后用焊接或粘合的方法解決，同時電熱管可以很方便的安裝和拆卸而不影響加熱器其它部件，因此提供了一種有效解決高溫高壓密封問題的新思路；流體通道和熱源通道分布均勻，可以使流體均勻加熱，在有限空間內(nèi)，能夠為流體均勻提供較大的加熱功率。


圖1為熱聲發(fā)動機加熱裝置示例總體圖；圖2為帶電熱管的加熱器流體通道的截面圖。
具體實施例方式
熱聲發(fā)動機加熱裝置具有剛性管2、剛性管兩端設(shè)有連接部件5、剛性管上橫向貫穿設(shè)有多個相互平行的中間開有熱源通道的長方體塊3、其端部周邊與剛性管壁面固定密封、剛性管內(nèi)在長方體塊3間隔處縱向設(shè)有流體通道1。
流體通道的作用是為流體提供通路，同時把熱量傳給流體。設(shè)計和制作加熱器的最終目標(biāo)是把工作流體在加熱器處加熱到所要求的溫度，所以本發(fā)明的指導(dǎo)思想是高效、均勻地把流體加熱。流體通道的材質(zhì)沒有嚴(yán)格限制，最好是具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)并能夠耐較高的溫度，但是當(dāng)有絕緣問題存在時可以考慮加一層陶瓷或石棉等不良導(dǎo)體。流體通道可以用線切割方法直接在材料上切出，也可以利用板料之間的間隙制作。剛性管的作用是密封高壓氣體，提供大的通道并實現(xiàn)管道之間的連接，同時為流體通道提供剛性支撐。開有熱源通道的長方體塊用于通過高溫流體或放置電熱管等固體供熱裝置，它接收來自高溫?zé)嵩吹臒崃坎堰@些熱量向流體通道傳遞，因此是一個換熱部件。熱源通道材質(zhì)沒有嚴(yán)格要求，最好是具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)并能夠耐較高的溫度，但當(dāng)有絕緣問題出現(xiàn)時，可以考慮在表面上加一層陶瓷、石棉等物質(zhì)，其另外一個重要作用是通過與剛性管之間焊接或粘合實現(xiàn)高溫密封。熱源是高溫?zé)崃康妮d體，是供熱部件。熱源的種類取決于加熱方式的選擇，本發(fā)明適用于電熱管加熱方式、氣體燃料加熱方式、蒸汽或熱水加熱方式、感應(yīng)加熱方式、硅碳管加熱方式。因此熱源可以是電熱管、高溫?zé)煔狻⒏邷卣羝?、熱水、感?yīng)裝置、硅碳管等。連接部件的作用是實現(xiàn)加熱器與其它管道部件的連接。
示例加熱器的流體通道通過在黃銅柱體(φ100×100mm)上線切割出36個矩形通道制成，它也可以選用其它材質(zhì)如不銹鋼等。剛性管用耐高溫不銹鋼做成，內(nèi)徑為100mm，它既可以使用現(xiàn)成的不銹鋼管，也可以用不銹鋼棒材直接加工；長方體塊的尺寸為96×12×120mm，直接用線切割方法在不銹鋼板材上切出；需要說明的是，采用直接在不銹鋼棒材上切割出流體通道和熱源通道的方法可以使制作更簡便，這樣加熱器里就不再有單獨的剛性管、流體通道和開有熱源通道的長方體塊，而是把三者合為一個整體。熱源是常用的鎳鉻絲電熱管，為了減小它與熱源通道的接觸熱阻，電熱管在插入通道內(nèi)時應(yīng)當(dāng)略有緊度，該示例加熱器共設(shè)計有24根電熱管。當(dāng)做好上述獨立部件后，把流體通道用液氮浸泡后冷套到剛性管內(nèi)，垂至于流體軸向通道且在流體通道之間切出三條貫通剛性管壁和流體通道的槽，尺寸為96×12mm，把長方體塊用液氮浸泡后冷套進(jìn)插槽內(nèi)，外面用氬弧焊接密封，然后在長方體塊高度方向上切出熱源通道，示例加熱器中共有3個長方體塊，每個長方體塊上開有8個熱源通道，最后把電熱管插入通道內(nèi)。
所說的流體通道、剛性管、長方體塊的材料可以為不銹鋼、紫銅、黃銅、合金、陶瓷或石棉；熱源為高溫蒸汽、熱水、高溫?zé)煔狻㈦姛峁?、硅碳管和感?yīng)加熱器；連接部件的形式為法蘭連接、焊接、一體制作。
使用時用螺栓把加熱器同熱聲發(fā)動機的其它部件緊密聯(lián)接，法蘭間要實現(xiàn)良好密封。由于加熱器處于高溫狀態(tài)，因此它與其它部件的密封一般要采用金屬或其它合金墊片。當(dāng)熱聲發(fā)動機裝配完成后，把系統(tǒng)抽真空以確保里面沒有空氣的存在(清除氧化性氣體)，系統(tǒng)的真空度達(dá)到要求后充入高壓工作氣體，然后把電熱管通電，加熱器進(jìn)入工作狀態(tài)。加熱器連續(xù)工作一段時間后，回?zé)崞鳠岫藴囟炔粩嗌撸責(zé)崞鞯妮S向溫度梯度達(dá)到臨界值后系統(tǒng)起振。如果要使系統(tǒng)停止工作，只需要切斷電熱管的電源。當(dāng)該示例加熱器單獨用于非熱聲發(fā)動機場合時，使用方式相同。
權(quán)利要求
1.一種熱聲發(fā)動機加熱裝置，其特征在于具有剛性管(2)、剛性管兩端設(shè)有連接部件(5)、剛性管上橫向貫穿設(shè)有多個相互平行的中間開有熱源通道的長方體塊(3)、其端部周邊與剛性管壁面固定密封、剛性管內(nèi)在長方體塊(3)間隔處縱向設(shè)有流體通道(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱聲發(fā)動機加熱裝置，其特征在于所說的流體通道的材料為不銹鋼、紫銅、黃銅、合金、陶瓷或石棉，其流道的形狀為圓形、矩形、有圓角的矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱聲發(fā)動機加熱裝置，其特征在于所說的剛性管的材料為不銹鋼、紫銅、黃銅、合金、陶瓷；剛性管的外形為長方體、圓柱體、彎頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱聲發(fā)動機加熱裝置，其特征在于所說的長方體塊的材料為不銹鋼、紫銅、黃銅、合金、陶瓷或石棉；熱源通道的形狀為圓形、矩形、有圓角的矩形、翅片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱聲發(fā)動機加熱裝置，其特征在于所說的熱源為高溫蒸汽、熱水、高溫?zé)煔狻㈦姛峁?、硅碳管和感?yīng)加熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱聲發(fā)動機加熱裝置，其特征在于所說的連接部件的形式為法蘭連接、焊接、一體制作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱聲發(fā)動機加熱裝置。它具有剛性管、剛性管兩端設(shè)有連接部件、剛性管上橫向貫穿設(shè)有多個相互平行的中間開有熱源通道的長方體塊、其端部周邊與剛性管壁面固定密封、剛性管內(nèi)在長方體塊間隔處縱向設(shè)有流體通道。熱聲效應(yīng)是熱與聲之間相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。熱聲發(fā)動機是一種通過熱聲效應(yīng)實現(xiàn)熱能與聲能轉(zhuǎn)化的裝置。按照能量轉(zhuǎn)換方向可分為熱聲發(fā)動機、熱聲制冷機；按照聲場特性可分為駐波型、行波型、駐波行波混合型。熱聲發(fā)動機不需要外部的機械手段就可以使振蕩流體的速度和壓力之間建立起合適的相位關(guān)系，系統(tǒng)中除振蕩氣體外，沒有運動部件，特別是消除了滑動密封部件，因此結(jié)構(gòu)簡單且運行壽命長。
文檔編號F03G7/00GK1424548SQ0216019
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者邱利民, 孫大明, 張武, 陳國邦, 甘智華, 歐陽錄春, 閻偉林 申請人:浙江大學(xué)