一種熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，尤其是涉及一種利用液化天然氣冷能的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)是一種通過熱聲效應(yīng)可以將熱能轉(zhuǎn)化為聲功的裝置。熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是沒有運(yùn)動(dòng)部件、成本低廉和易于制造。但是熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用受到其體積過大以及熱聲轉(zhuǎn)換效率低的限制。1999年，美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的Backhaus和Swift在Nature上發(fā)表了一篇文章，介紹他們研制的一臺(tái)熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其熱效率高達(dá)0.3，完全可以媲美傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)(0.25—0.4)和活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)(0.20-0.38)。這引起了世界各國科研工作人員和工業(yè)界的高度關(guān)注。這臺(tái)機(jī)器的研制使得行波型熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)成為相關(guān)科研人員研究的熱點(diǎn)。也使得熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有了實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。
[0003]熱聲機(jī)可以利用不同溫度的熱源來實(shí)現(xiàn)熱聲轉(zhuǎn)換。通常會(huì)利用高溫?zé)嵩?>300K)和室溫(》300K)在熱聲機(jī)的板疊(回?zé)崞?中形成溫度梯度來產(chǎn)生熱聲效應(yīng)。但是，也有研究人員對(duì)熱聲機(jī)工作在室溫和低溫(80K左右)區(qū)間內(nèi)的情況進(jìn)行了研究。比如H.Luck研究了低溫下的熱聲震蕩，從實(shí)驗(yàn)上說明了冷能驅(qū)動(dòng)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的可行性。
[0004]而熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，即向系統(tǒng)內(nèi)輸入聲功時(shí)，可以在冷端獲得制冷量，即熱聲制冷機(jī)。而由熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)，整機(jī)無任何運(yùn)動(dòng)部件，也即無部件的磨損。理論上來說若運(yùn)行工況不變，可一直按設(shè)計(jì)要求運(yùn)行。所以這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)于航天應(yīng)用來說具有重要意義。因?yàn)槠涔ぷ鞑考枰ＷC長時(shí)間無故障運(yùn)行。
[0005]另一方面，液化天然氣在汽化時(shí)會(huì)吸收大量的熱量，每噸的液化天然氣在氣化時(shí)要吸收830,000KJ的熱量，轉(zhuǎn)化為電能為230千瓦時(shí)。2014年中國液化天然氣進(jìn)口量為1985萬噸，其冷量折合電量為45.6億千瓦時(shí)。如果能將這部分能量利用起來，也具有很大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保價(jià)值。當(dāng)前液化天然氣冷能的利用方式主要有冷能發(fā)電、空氣分離、作為低溫冷庫的冷源等。這些系統(tǒng)一般比較復(fù)雜，需要復(fù)雜的設(shè)備和系統(tǒng)。更常規(guī)的做法是直接用海水與液化天然氣進(jìn)行換熱，帶走這部分熱量，但這樣會(huì)對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成一定的影響。
[0006]中國專利201510476949.3公開了一種液化天然氣冷能驅(qū)動(dòng)的熱聲系統(tǒng)，該熱聲系統(tǒng)包括熱源、液化天然氣冷源，以及依次連接的熱端換熱器、回?zé)崞?、冷端換熱器和諧振腔，所述的熱端換熱器連接熱源，所述的冷端換熱器和諧振管設(shè)置在液化天然氣冷源中；利用熱端換熱器和冷端換熱器的溫差，在回?zé)崞鲀?nèi)部建立溫度梯度，從而在諧振管中產(chǎn)生壓力波動(dòng)，將冷能轉(zhuǎn)化為聲功。但由于熱聲系統(tǒng)的冷端換熱器和諧振管均處于低溫環(huán)境下，其輸出功無法直接被利用需要將低溫環(huán)境中產(chǎn)生的聲功傳輸?shù)绞覝叵略偌右岳谩?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種利用液化天然氣冷能的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)裝置。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0009]—種熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，包括熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件和聲功利用組件，所述的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件置入低溫環(huán)境中工作，所述的聲功利用組件在室溫環(huán)境中工作，所述的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)裝置還包括聲功輸出組件，其兩端分別連接熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件和聲功利用組件。
[0010]所述的聲功輸出組件為用于連接低溫環(huán)境中的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件和室溫環(huán)境中的聲功利用組件的脈管或長活塞。
[0011]所述的脈管的尺寸與熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件的輸出的聲功壓力波的幅值和頻率匹配，脈管連接低溫環(huán)境和室溫環(huán)境，將低溫環(huán)境中產(chǎn)生的功傳輸至室溫；
[0012]所述的長活塞由電木、玻璃鋼或不銹鋼等材料制成。
[0013]所述的低溫環(huán)境為液化天然氣冷源或者其它溫度低于環(huán)境溫度的冷源。
[0014]所述的聲功利用組件為電能轉(zhuǎn)化單元或機(jī)械能轉(zhuǎn)化單元。
[0015]所述的電能轉(zhuǎn)化單元為發(fā)電機(jī);所述的機(jī)械能轉(zhuǎn)化單元為將聲功轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩的曲柄連桿單元。
[0016]所述的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件為駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件，包括依次連接的熱端氣庫、熱端換熱器、回?zé)崞?、冷端換熱器和諧振管，所述的冷端換熱器和諧振管均置入低溫環(huán)境中，所述的熱端氣庫和熱端換熱器均置入高溫?zé)嵩粗?，所述的諧振管連接聲功輸出組件。
[0017]所述的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件為行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件，包括依次連接的熱端換熱器、回?zé)崞?、冷端換熱器和反饋管，所述的冷端換熱器和反饋管均置入低溫環(huán)境中，所述的熱端換熱器置入高溫?zé)嵩粗?，所述的反饋管連接聲功輸出組件。
[0018]所述的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件為行波-駐波混合型熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件，包括連接的熱端換熱器、回?zé)崞?、冷端換熱器、反饋管和諧振管，所述的冷端換熱器、反饋管和諧振管均置入低溫環(huán)境中，所述的熱端換熱器置入高溫?zé)嵩粗?，所述的反饋管和諧振管的連接處連接聲功輸出組件。
[0019]所述的高溫?zé)嵩吹臏囟炔坏陀谑覝亍?br>[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件的大部分部件均置于液化天然氣冷源中，而因?yàn)槁暪媒M件又只能在室溫端工作，故設(shè)置了脈管或者長活塞用于傳輸熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件產(chǎn)生的聲功，這樣不僅將熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件和聲功利用組件分隔在兩個(gè)不同的工作環(huán)境。脈管具有高效傳輸聲功的能力，其內(nèi)部有一氣團(tuán)在管中來回運(yùn)動(dòng)，該氣團(tuán)被稱為“氣體活塞”，“氣體活塞”上形成從低溫到室溫的溫度梯度，從而可以將低溫下的聲功傳輸至高溫環(huán)境加以利用。脈管的尺寸參數(shù)需要通過詳細(xì)的計(jì)算來確定，這與熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)端產(chǎn)生的壓力波的幅值和頻率等因素有關(guān)。此外，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件的低溫冷源采用液化天然氣，與其他液化天然氣冷量利用方式相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，與其他熱聲發(fā)動(dòng)系統(tǒng)相比，本發(fā)明的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件的諧振管等部件均置于液化天然氣低溫環(huán)境中，這樣不僅沒有對(duì)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件的正常工作造成影響，同時(shí)由于諧振管內(nèi)溫度降低，從而降低了諧振管內(nèi)氣體的粘性阻力，減小諧振管中傳輸時(shí)的聲功損耗，有利于提高熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)組件的效率。
【附圖說明】
[0021]圖1為采用脈管作為聲功輸出組件的駐波式熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為采用長活塞作為聲功輸出組件的駐波式熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為采用脈管作為聲功輸出組件的行波式熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為采用長活塞作為聲功輸出組件的行波式熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為采用脈管作為聲功輸出組件的駐波-行波混合式熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6為采用長活塞作為聲功輸出組件的駐波-行波混合式熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖中，1-熱端氣庫，2-熱端換熱器，3-回?zé)崞鳎?-冷端換熱器，5-諧振管，6-活塞，7-連接桿，8-發(fā)電機(jī)，9-低溫冷源，10-高溫?zé)嵩矗?1-反饋管，12-聲功輸出組件。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0029]以下實(shí)施例中的高溫?zé)嵩吹臏囟燃礊槭覝兀蜏乩湓醇礊橐夯烊?