[發明專利]一種回熱器性能的測試裝置

有效

• 申請號: 201210509032.5
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN103837356A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 吳張華;趙瑞東;戴巍;余國瑤;羅二倉;胡劍英
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術領域

本發明屬于回熱式發動機及制冷機領域，特別涉及一種用于回熱式發動機及制冷機中的回熱器性能測試方法與測試裝置。

背景技術

回熱式熱機（包括發動機和制冷機）是一種基于回熱式循環的熱機。它的種類包括斯特林熱機、熱聲熱機、脈管制冷機等多種。回熱式熱機具有效率高、結構簡單、壽命長等優點，被廣泛應用于航天、軍事、工業等領域。回熱器是回熱式熱機的核心部件，其熱功轉換特性對熱機整機性能起決定性作用。通常，在回熱器內部熱聲效應發生在氣固交界面幾十微米至上百微米的空間尺度，該空間的大小取決于工作頻率、溫度及平均壓力等運行參數。目前回熱式熱機中使用的回熱器通常由絲網、板疊、纖維氈、球形填料等填充或燒結而成。回熱器內固體間隙的空間尺度與上述尺度相當。然而，回熱器的整個加工環節多、工藝復雜，即使相同的制作方法也難以確保回熱器的性能以及性能的一致性，往往導致多個回熱式熱機之間整體性能存在較大差異，影響其規模化應用。因此，必須建立回熱器的性能的檢測方法與裝置，以確保回熱器的制作質量。

回熱器性能精確測試的關鍵在于其兩端的體積流量相位關系必須與回熱器在熱機整機系統中相一致，只有在這個前提下所獲得的回熱器性能才能與其在熱機中的工作性能相同，測試才具有實際意義。近年來，在學術領域及實驗室中關于回熱器性能測試的研究陸續出現。??一種典型的回熱器性能測試裝置如圖1所示。它主要包括：直線壓縮電機1，諧振管10。在所述的諧振管10內依次布置有主室溫端換熱器4，回熱器5和主換熱器6。該裝置中，直線壓縮電機向系統輸入聲功、回熱器產生泵熱，在主換熱器產生制冷效應，通過測量制冷量來評價回熱器的性能。該裝置的缺點是無法直接測量其熱功轉換特性，并且需要通過調節回熱器的在諧振管中的位置來實現回熱器所需的工作條件，過程繁瑣不便，同時能夠調節的體積流量相位范圍十分狹窄，無法模擬真實熱機系統中回熱器的工作狀態。圖2為另一種典型的回熱器性能測試裝置，它包括直線壓縮電機1，針閥32與氣庫33組成的調相單元用來消耗回熱器出口聲功。在直線壓縮電機1與針閥32之間依次連接有連接管3、主室溫端換熱器4、回熱器5、主換熱器6、熱緩沖管7、次室溫端換熱器8及連接管9。該裝置中針閥32提供阻抗，氣庫33提供容抗，因此調相單元阻抗特性比較單一，無法提供回熱器5兩端任意的體積流量相位。目前看來，不論在實驗室還是工業生產中都沒有較為成熟的快捷方便的回熱器性能測試方法及測試裝置。

發明內容

本發明目的是針對現有回熱式熱機使用的回熱器性能無法真實有效、方便地進行測試等問題，而提供一種回熱器性能測試方法及測試裝置；該方法及裝置可以模擬目前絕大多數回熱式熱機的工作條件，使得在對回熱器進行性能測試時能夠脫離原來結構復雜的整機系統，方便快捷地對回熱器性能做出測試。此外，本發明也可用于對規模化生產出的回熱器的性能一致性進行甄別，從而確保整機性能的一致性。

本發明的技術方案如下：

本發明提供的回熱器性能測試裝置，其包括：

直線壓縮電機1；所述直線壓縮電機由壓縮活塞、與壓縮活塞相連的壓縮電機動子、繞制于壓縮電機動子外圍的所述壓縮電機線圈，及與所述壓縮電機線圈電連接的電源組成；

通過第一連接管連接于所述直線壓縮電機輸出端以及與待測回熱器一側相連的主室溫端換熱器；

依次連接于待測回熱器另一側的主換熱器、熱緩沖管、次室溫端換熱器和第二連接管；其特征在于，還包括：

連接于所述第二連接管的直線膨脹電機；所述直線膨脹電機由膨脹活塞、與所述膨脹活塞相連的膨脹電機動子、繞制于膨脹電機動子外圍的膨脹電機線圈及與所述膨脹電機線圈電連接的可調負載電阻組成；所述第二連接管與所述膨脹活塞相連；

直線壓縮電機在電源的驅動下往復運行，推動工作氣體往復運動向測試裝置輸入聲功，該聲功依次經第一連接管和主室溫端換熱器到傳待測回熱器，在待測回熱器內部工作氣體與回熱器固體間發生熱聲效應；當主換熱器的溫度高于主室溫端換熱器的溫度時，輸入聲功被放大，最終主換熱器中的熱量被轉換成聲功，同時向主室溫換熱器放熱；當主換熱器的溫度低于主室溫端換熱器的溫度時，輸入聲功被消耗，最終主換熱器中的熱量向室溫換熱器泵送，主換熱器溫度下降；從待測回熱器另一端輸出的聲功被直線膨脹電機所消耗；通過調節可調負載電阻及直線膨脹電機的動質量，或者通過調節可調負載電阻及直線膨脹電機的等效剛度系數來調節直線膨脹電機的阻抗，從而調節待測回熱器兩端體積流量間的相位關系，實現該體積流量相位關系下測回熱器性能的測試。