一種以氫氣為工質(zhì)的熱聲發(fā)動機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種以氫氣為工質(zhì)的熱聲發(fā)動機(jī)，包括主冷卻器、熱聲板疊（回?zé)崞鳎?、加熱器和諧振直路，在熱聲板疊不銹鋼固體平板中添加儲氫合金，在熱聲板疊高溫溫區(qū)，金屬氫化物分解出氫氣，系統(tǒng)壓力增大；在熱聲板疊低溫溫區(qū)，儲氫合金與氫氣發(fā)生化合作用，生成金屬氫化物，系統(tǒng)壓力減小。本實(shí)用新型有效增大了熱聲發(fā)動機(jī)的輸出壓比，提高了系統(tǒng)效率。此外，本實(shí)用新型采用氫氣作為工質(zhì)，與氦氣相比，氫氣具有較小的熱滲透深度，熱聲板疊間距較小，增強(qiáng)了熱聲振蕩效應(yīng)，對于提高熱聲發(fā)動機(jī)的效率具有重要意義。
【專利說明】
一種以氫氣為工質(zhì)的熱聲發(fā)動機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及熱聲發(fā)動機(jī)，尤其涉及一種以氫氣為工質(zhì)的熱聲發(fā)動機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]熱聲發(fā)動機(jī)是基于熱聲效應(yīng)的一種新型壓力波振蕩發(fā)生裝置。系統(tǒng)中沒有任何運(yùn)動部件，從根本上消除了常規(guī)機(jī)械制冷機(jī)中存在的磨損與振動，簡單可靠維護(hù)少;還可以采用熱能驅(qū)動，可用廢熱、太陽能和燃?xì)獾茸鳛闊嵩?，這樣不僅有利于提高系統(tǒng)的熱力學(xué)效率，而且對于那些缺乏電能的場合更具實(shí)際意義。
[0003]雖然熱聲發(fā)動機(jī)擁有傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)不具備的優(yōu)勢，但是由于現(xiàn)有熱聲理論的不完善，系統(tǒng)內(nèi)部存在的損失由多方面組成，其中一個(gè)重要來源是熱聲板疊中的熱損失和動力損失。熱聲發(fā)動機(jī)中的熱聲板疊是發(fā)生熱聲振蕩效應(yīng)的關(guān)鍵部件。傳統(tǒng)熱聲板疊內(nèi)部由于不同溫位的工質(zhì)熱滲透深度與單一目數(shù)絲網(wǎng)水力直徑不匹配而導(dǎo)致熱聲板疊內(nèi)部熱損失，同時(shí)由于粘性與熱聲板疊參數(shù)的不匹配造成在熱聲板疊中動力損失。這些損失造成熱聲發(fā)動機(jī)的輸出壓比與輸出聲功均較小。因此，提高熱聲發(fā)動機(jī)的熱聲轉(zhuǎn)化效率和輸出聲功能力，對推進(jìn)熱聲發(fā)動機(jī)的實(shí)用化進(jìn)程具有重要意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】中所涉及到的缺陷，提供一種以氫氣為工質(zhì)的熱聲發(fā)動機(jī)。
[0005]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種以氫氣為工質(zhì)的熱聲發(fā)動機(jī)，包括主冷卻器(I)、熱聲板疊(2)、加熱器(3)、熱緩沖管(4)、副冷卻器(5)、反饋管路(6)、聲容管路(7)、T型管(8)和諧振直路(9);
[0007]所述反饋管路(6)的一端、聲容管路(7)、主冷卻器(1)、熱聲板疊(2)、加熱器(3)、熱緩沖管(4)、副冷卻器(5)的一端依次相連；
[0008]所述T型管(8)為三通管，其中兩端分別與反饋管路(6)的另一端、副冷卻器(5)的另一端相連，另一端與諧振直路(9)相連；
[0009]所述熱聲發(fā)動機(jī)米用氫氣作為工質(zhì)，且熱聲板疊(2)中含有儲氫合金。
[0010]本實(shí)用新型還公開了該以氫氣為工質(zhì)的熱聲發(fā)動機(jī)的控制方法，包括以下步驟:
[0011]步驟I)，加熱器(I)對系統(tǒng)進(jìn)行加熱直到起振溫度，然后維持在消振溫度之上，維持振湯；
[0012]步驟2)，主冷卻器(I)和加熱器(3)之間的溫度差使得熱聲板疊(2)上產(chǎn)生溫度梯度，從而使熱聲板疊(2)內(nèi)的氣體微團(tuán)在平衡位置作來回振動，通過與相鄰固體介質(zhì)的能量交換來實(shí)現(xiàn)不同性質(zhì)的熱力循環(huán)，在主冷卻器(I)往加熱器(3)的方向上，氣體微團(tuán)壓力升高，體積變大，進(jìn)行膨脹過程，對外做聲功，在加熱器(3)往主冷卻器(I)的方向上，氣體微團(tuán)壓力降低，體積變小，進(jìn)行壓縮過程，消耗能量；
[0013]步驟3)，聲功從加熱器(3)向外傳遞，通過熱緩沖管(4)，進(jìn)入副冷卻器(5)降低傳遞聲功的氣體溫度；
[0014]步驟4)，聲功進(jìn)入諧振直路(9)并在直路上形成駐波相位，其余行波成分進(jìn)入反饋管路(6)后在通過聲容管路(7)最終在熱聲板疊(2)處形成行波相位，形成循環(huán)。
[0015]本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0016]本實(shí)用新型改變熱聲板疊材料和工質(zhì)，在熱聲板疊材料不銹鋼固體平板中添加儲氫合金，并且采用氫氣作為工質(zhì)。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，在熱聲板疊高溫溫區(qū)，金屬氫化物分解出氫氣，系統(tǒng)壓力增大;在熱聲板疊低溫溫區(qū)，儲氫合金與氫氣發(fā)生化合作用，生成金屬氫化物，系統(tǒng)壓力減小。從而使得整個(gè)工作循環(huán)的壓比增大，提高了做功效率。并且儲氫合金的吸氫放氫反應(yīng)過程中產(chǎn)生的反應(yīng)熱儲存在不銹鋼中，不與外界發(fā)生熱量交換，不影響熱量在加熱器與冷卻器之間的傳遞。
[0017]另外由于工質(zhì)在熱聲發(fā)動機(jī)中的作用機(jī)理，應(yīng)該選擇具有低Pr數(shù)和低聲速特性的工質(zhì)。而氫氣在300K時(shí)普朗特?cái)?shù)Pr比氦氣低29%，其聲速比氦氣高29%，并不相差太大。但是在同樣的聲振頻率、溫度和壓力下，氫氣具有較小的熱滲透深度，決定了熱聲板疊中板疊的板間距較小。板間距決定了板疊壁與工質(zhì)氣團(tuán)間的熱接觸性質(zhì)，也是激發(fā)熱聲振蕩的重要條件。使用氫氣決定了較小的板間距，能夠增強(qiáng)熱聲振蕩效應(yīng)，提高效率。
[0018]綜合兩個(gè)方面來看，添加儲氫合金作為熱聲板疊以氫氣為工質(zhì)，能夠有效提高熱聲發(fā)動機(jī)的熱聲轉(zhuǎn)換效率和輸出聲功能力。
【附圖說明】

[0019]圖1為熱聲發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖；
[0020]圖2為熱聲發(fā)動機(jī)原理示意圖；
[0021]圖3為氫氣在40Hz和一定壓力下隨溫度變化的熱滲透深度曲線；
[0022]圖4為在2MPa和40Hz下氫氣和氦氣熱滲透深度隨溫度的變化曲線；
[0023]圖中，1-主冷卻器、2-熱聲板疊、3-加熱器、4-熱緩沖管、5-副冷卻器、6-反饋管路、7-聲容管路、8-T型管、9-諧振直路、10-高溫?zé)嵩础?1-低溫?zé)嵩础?br>【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0025]如圖1所示，本實(shí)用新型公開了一種以氫氣為工質(zhì)的熱聲發(fā)動機(jī)，包括主冷卻器1、熱聲板疊2、加熱器3、熱緩沖管4、副冷卻器5、反饋管路6、聲容管路7、T型管8和諧振直路9，其中主冷卻器I在熱聲板疊2上方，加熱器3在熱聲板疊2下方，熱緩沖管4位于加熱器3與副冷卻器5之間，聲容管路7在主冷卻器I的上方連接行波環(huán)路的左右兩個(gè)支路，T型管8是一個(gè)三通管用于連接副冷卻器5、反饋管路6和諧振直路9。另外采用氫氣作為工質(zhì)，具有較小熱滲透深度，熱聲板疊間距較小。在熱聲板疊2中添加儲氫合金，與氫氣工質(zhì)發(fā)生吸氫放氫反應(yīng)，改變系統(tǒng)壓力，提高輸出壓比。
[0026]如圖2所示，在熱聲發(fā)動機(jī)工作時(shí)，高溫?zé)嵩?0向加熱器3提供熱能Qh，被加熱的工質(zhì)在熱聲板疊2中產(chǎn)生熱聲振蕩，把一部分熱能變?yōu)闄C(jī)械能，進(jìn)入諧振直路9，產(chǎn)生聲功率W，其余熱量Q。則作為廢熱，通過冷卻器釋放到低溫?zé)嵩?1中。
[0027]如圖3和圖4所示，氫氣的熱滲透深度分別隨壓力的升高而減小，隨溫度的升高而增大。并且在相同聲振頻率、壓力和溫度下，氫氣的熱滲透深度始終小于氦氣的熱滲透深度，因此利用氫氣時(shí)的板疊間距比利用氦氣時(shí)較小，能夠增強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)的熱聲振蕩效應(yīng)，提高效率。
[0028]本實(shí)用新型還公開了以氫氣為工質(zhì)的熱聲發(fā)動機(jī)的控制方法，包括以下步驟:
[0029]步驟I)，加熱器對系統(tǒng)進(jìn)行加熱直到起振溫度，然后維持在消振溫度之上，維持振蕩;
[0030]步驟2)，主冷卻器和加熱器之間的溫度差使得熱聲板疊上產(chǎn)生溫度梯度，從而使熱聲板疊內(nèi)的氣體微團(tuán)在平衡位置作來回振動，通過與相鄰固體介質(zhì)的能量交換來實(shí)現(xiàn)不同性質(zhì)的熱力循環(huán)，在主冷卻器往加熱器的方向上，氣體微團(tuán)壓力升高，體積變大，進(jìn)行膨脹過程，對外做聲功，在加熱器往主冷卻器的方向上，氣體微團(tuán)壓力降低，體積變小，進(jìn)行壓縮過程，消耗能量；
[0031]步驟3)，聲功從加熱器向外傳遞，通過熱緩沖管，進(jìn)入副冷卻器降低傳遞聲功的氣體溫度；
[0032]步驟4)，大部分聲功進(jìn)入諧振直路并在直路上形成駐波相位，其余行波成分進(jìn)入反饋管路后在通過聲容管路最終在熱聲板疊處形成行波相位，形成循環(huán)。
[0033]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0034]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種以氫氣為工質(zhì)的熱聲發(fā)動機(jī)，其特征在于，包括主冷卻器(I)、熱聲板疊(2)、加熱器(3)、熱緩沖管(4)、副冷卻器(5)、反饋管路(6)、聲容管路(7)、T型管(8)和諧振直路(9)； 所述反饋管路(6)的一端、聲容管路(7)、主冷卻器(1)、熱聲板疊(2)、加熱器(3)、熱緩沖管(4)、副冷卻器(5)的一端依次相連； 所述T型管(8)為三通管，其中兩端分別與反饋管路(6)的另一端、副冷卻器(5)的另一端相連，另一端與諧振直路(9)相連； 所述熱聲發(fā)動機(jī)米用氫氣作為工質(zhì)，且熱聲板疊(2)中含有儲氫合金。
【文檔編號】F03G7/00GK205714616SQ201620412277
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】侯聰, 張方駒, 李卓裴, 蔣彥龍
【申請人】南京航空航天大學(xué)