專利名稱：多級(jí)熱聲壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多級(jí)熱聲壓縮機(jī)。
熱聲機(jī)械沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，不需要滑動(dòng)密封，也不存在需要精密公差和潤(rùn)滑油的機(jī)械部件。工作流體是氦氣或氦與其他惰性氣體的混合物，不消耗大氣中的臭氧，也不會(huì)引起溫室效應(yīng)。熱聲機(jī)械的可貴之處還在于可以采用低品位能源熱能(如太陽(yáng)能、燃?xì)?、廢蒸汽等)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，具有極大的靈活性，對(duì)那些缺乏電能的場(chǎng)合則更具實(shí)際意義。然而，在熱聲機(jī)械中，由于加熱器和回?zé)崞?熱聲板疊)材料耐熱性能的限制和壁面對(duì)環(huán)境的漏熱，加熱器的最高加熱溫度及加熱功率限制著單級(jí)熱聲機(jī)械的做功能力，成為增強(qiáng)熱聲壓縮機(jī)性能的障礙。
本發(fā)明的目的是提供一種可以降低對(duì)單板疊的放大要求，從而降低對(duì)每一級(jí)加熱溫度的要求，為低品位熱能的利用提供便利的多級(jí)熱聲壓縮機(jī)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取下列措施種多級(jí)熱聲壓縮機(jī)具有第一諧振管，二端分別依次接有冷卻器、絲網(wǎng)、加熱器、一級(jí)氣庫(kù)，在第一諧振管靠近冷卻器一側(cè)垂直依次設(shè)有擴(kuò)壓管、冷卻器、絲網(wǎng)、加熱器、熱緩沖器、副冷卻器、第二諧振管，在第二諧振管靠近副冷卻器一端垂直依次設(shè)有聲容、水冷卻器、負(fù)載。
本發(fā)明提出的多級(jí)放大法避免了由于板疊對(duì)環(huán)境的漏熱和材料耐熱性能的限制。導(dǎo)致在一定長(zhǎng)度的單級(jí)板疊兩端建立的溫差是有限的，以致單板疊對(duì)聲功的放大能力受到限制。通過(guò)采用多級(jí)板疊逐級(jí)放大的方式，在要求一定輸出聲功的條件下，可以降低對(duì)單板疊的放大要求，從而降低對(duì)每一級(jí)加熱溫度的要求，為低品位熱能的利用提供便利。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是單級(jí)熱聲壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是二級(jí)熱聲壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
多級(jí)熱聲壓縮機(jī)具有第一諧振管5，二端分別依次接有冷卻器4、絲網(wǎng)3、加熱器2、一級(jí)氣庫(kù)1，在第一諧振管靠近冷卻器一側(cè)垂直依次設(shè)有擴(kuò)壓管7、冷卻器8、絲網(wǎng)9、加熱器10、熱緩沖器11、副冷卻器12、第二諧振管13，在第二諧振管靠近副冷卻器一端垂直依次設(shè)有聲容14、水冷卻器15、負(fù)載6。
本發(fā)明采用多級(jí)熱聲壓縮法替代單級(jí)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載(脈管制冷機(jī))，以在單個(gè)板疊有限的溫差和加熱溫度下，采用多個(gè)板疊使聲波得到進(jìn)一步的放大，從而彌補(bǔ)了普遍存在于熱聲機(jī)械中壓比小和振幅不夠大的不足，滿足負(fù)載(脈管等)的工作要求。
放大的聲功表達(dá)式為W·2=14ΠδkΔxTmβ2ωρmCp(p1s)2(Γ-1),]]>式中Γ＝Tm/Tcrit為板疊上的實(shí)際溫度梯度與臨界溫度梯度的比值。Tm越大，Γ越大，輸出功 也越大。但實(shí)際上，單個(gè)板疊上的Tm不可能很大，因?yàn)樽罡呒訜釡囟群图訜峁β适艿讲馁|(zhì)及其結(jié)構(gòu)耐高溫高壓機(jī)械性能的限制，以免引發(fā)安全性和可靠性等問(wèn)題。在另一方面，冷卻器的冷卻介質(zhì)一般都用室溫下的冷卻水，所以板疊冷端的溫度不可能低于室溫。再加上板疊表面對(duì)環(huán)境的漏熱將隨著加熱溫度的升高而增大，也決定了板疊兩端溫度差的極限。因此，單級(jí)熱聲壓縮機(jī)的做功能力和效率都是有限的。而二級(jí)以至多級(jí)熱聲壓縮機(jī)可以通過(guò)多個(gè)板疊對(duì)聲功的層層放大，提高熱聲壓縮機(jī)的輸出功和熱量的利用效率。
我們來(lái)考察絲網(wǎng)板疊對(duì)聲功的放大倍數(shù)。熱聲機(jī)械中的氣體振動(dòng)一般振幅都較小，而且板疊的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，可認(rèn)為板疊中的平均壓力pm一定，故有ρmTm＝const，其中ρm，Tm分別表示板疊截面的平均密度和平均溫度。由于板疊的間隙很小，可以忽略聲容的存在。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，有ρmU1＝const，其中U1為體積流速，所以有ThTc=Ul,hUl,c,]]>下標(biāo)h，c分別表示板疊的熱端和冷端。如果ThTc=τ>1,]]>即Ul,hUl,c>.]]>由于板疊的尺寸比波長(zhǎng)小得多，可以近似認(rèn)為板疊兩端的平均壓力pm一定，也就是p1，h＝p1，c，把它代入聲功的定義式W·=12Re[p1U1‾]=12Re[p1‾U1]=12|p1||p1||U1|cosφpU]]>中得W·h=τW·c.]]>對(duì)于單級(jí)熱聲壓縮機(jī)有W·h=τ1W·c,]]>二級(jí)機(jī)有W·h=τ1τ2W·c,]]>τ1表示第一級(jí)絲網(wǎng)板疊上的溫差比，τ2表示第二級(jí)絲網(wǎng)板疊上的溫差比，式中τ2=Th2Tc2>1,]]>故得理論聲功放大倍數(shù)η=W2W1=τ1τ2τ1=τ2.]]>因此，經(jīng)過(guò)多級(jí)放大的聲功顯然要比從一級(jí)直接引出的聲功大。
權(quán)利要求
1.一種多級(jí)熱聲壓縮機(jī)，其特征在于它具有第一諧振管[5]，二端分別依次接有冷卻器[4]、絲網(wǎng)[3]、加熱器[2]、一級(jí)氣庫(kù)[1]，在第一諧振管靠近冷卻器一側(cè)垂直依次設(shè)有擴(kuò)壓管[7]、冷卻器[8]、絲網(wǎng)[9]、加熱器[10]、熱緩沖器[11]、副冷卻器[12]、第二諧振管[13]，在第二諧振管靠近副冷卻器一端垂直依次設(shè)有聲容[14]、水冷卻器[15]、負(fù)載[6]。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多級(jí)熱聲壓縮機(jī)。它具有第一諧振管，該諧振管的二端分別依次接有冷卻器、絲網(wǎng)、加熱器、一級(jí)氣庫(kù)，在第一諧振管靠近冷卻器一側(cè)垂直依次設(shè)有擴(kuò)壓管、冷卻器、絲網(wǎng)、加熱器、熱緩沖器、副冷卻器、第二諧振管，在第二諧振管靠近副冷卻器一端垂直依次設(shè)有聲容、水冷卻器、負(fù)載。本發(fā)明通過(guò)采用多級(jí)板疊逐級(jí)放大的方式，在要求一定輸出聲功的條件下，可以降低對(duì)單板疊的放大要求，為低品位熱能的利用提供便利。
文檔編號(hào)F25B9/10GK1392380SQ01122228
公開日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2001年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月16日
發(fā)明者陳國(guó)邦, 石靜蕾, 蔣彥龍, 邱利民 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)