[發明專利]一種用于聲能發動機的冷熱端管殼式換熱裝置

有效

• 申請號: 201810777650.5
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN108825402B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 楊厚成;陳曦
• 申請（專利權）人: 楊厚成
• 主分類號: F02G1/053
• 分類號: F02G1/053;F02G1/057;F02G1/043
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 陸惠中;王永偉

本發明公開了一種用于聲能發動機的冷熱端管殼式換熱裝置，包括管殼式熱端換熱器、回熱器、管殼式冷端換熱器、膨脹氣缸和外殼，所述管殼式熱端換熱器、回熱器和管殼式冷端換熱器依次設置呈筒狀結構，所述膨脹氣缸外壁緊靠筒狀結構內壁，所述外殼套裝在筒狀結構外部，所述回熱器填充在管殼式熱端換熱器和管殼式冷端換熱器之間，管殼式熱端換熱器和管殼式冷端換熱器分別高溫蒸汽管道和冷卻水管道連通；本發明氣體工質的流經途徑為熱端換熱管、回熱器和冷端換熱管，流通性好，流阻損失小，管殼式換熱器的換熱面積大、換熱充分效率高，冷熱段傳熱溫差小，有效提升了聲能發動機的性能，且結構簡單，易于制作與裝配。

技術領域

本發明是涉及一種換熱裝置，具體說，是涉及一種用于聲能發動機的冷熱端管殼式換熱裝置，屬于發動機技術領域。

背景技術

聲能發動機又叫熱氣機，具有燃料來源廣、效率高、污染小、噪音低和維修方便等優點，可以應用在許多領域內中作為清潔高效的動力機，對節能減排，保護環境有重要意義。近十幾年來，隨著能源問題和環境問題日益突出，聲能發動機在新能源利用上體現的優勢受到了廣泛的關注，菲利普公司、通用發動機公司、福特汽車公司等大企業都相繼著手研制聲能發動機。

聲能發動機的關鍵技術包括性能仿真、熱交換器設計與制造、密封和控制等。聲能發動機的冷腔處于循環的低溫部分，壓縮熱量由冷卻器導至外界，在壓縮過程中有相當一部分工質居于冷腔，聲能發動機的熱腔始終處于循環的高溫部分，連續地將外部熱源傳給工質，在膨脹時相當部分的工質居于熱腔，其承受高溫和高壓，大量的熱損失也是由熱腔散失的。

換熱器是聲能發動機的重要組成部分，聲能發動機的五部件模型中，換熱器就占了加熱器，回熱器和冷卻器三件，加熱器、冷卻器對流過的工質要有最小的阻力與很好的導熱性，回熱器要有較大的熱容量、最小的阻力與很好的導熱性。串聯在加熱器和冷卻器之間的回熱器，是循環系統的一個內部換熱器，它交替從工質吸熱和向工質放熱，使工質反復地受到冷卻和加熱，回熱器并不是必需裝置，但它對發動機的效率影響極大。但現有技術中回熱器能明顯提高熱效率的同時又增加了工質的阻力和壓力損失，工質吸熱、散熱交替進行，限制了發動機的轉速，影響了功率的輸出；一端與熱腔聯接，另一端與回熱器聯接的加熱器有加熱源對通過的工質進行加熱，使其受熱膨脹；與冷腔聯接的冷卻器有冷卻源吸收通過工質的熱量，將壓縮熱傳到外界，保證工質在較低的溫度下進行壓縮；它們直接影響發動機的性能。然而，換熱器上的損失(即回流損失、流阻損失、軸向導熱損失等)是聲能發動機的主要損失。因此，提供一種高能量轉換性能的用于聲能發動機的冷熱端換熱裝置，減少能量交換中損失，以提升聲能發動機綜合性能，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題和需求，本發明的目的是提供一種用于聲能發動機的冷熱端換熱裝置，減少熱量轉過程中的能量損失，提高能量轉換率，以提升聲能發動機的綜合性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種用于聲能發動機的冷熱端管殼式換熱裝置，其特征在于：包括管殼式熱端換熱器、回熱器、管殼式冷端換熱器、膨脹氣缸和外殼，所述管殼式熱端換熱器、所述回熱器和所述管殼式冷端換熱器自上而下依次設置呈一筒狀結構，所述膨脹氣缸外壁緊靠所述筒狀結構的內壁，所述外殼套裝在所述筒狀結構的外部，所述回熱器填充在所述管殼式熱端換熱器、所述管殼式冷端換熱器、所述膨脹氣缸外壁和所述外殼內壁形成的腔體內，所述管殼式熱端換熱器和所述管殼式冷端換熱器分別與穿過所述殼體的高溫蒸汽管道和冷卻水管道連通。

一種實施方案，所述管殼式熱端換熱器包括熱端換熱器殼體和熱端換熱管，所述熱端換熱管貫穿所述熱端換熱器殼體的上端面和下端面并通過兩端管壁分別與所述熱端換熱器殼體的上端面和下端面緊密連接，所述熱端換熱管的內壁形成容工質氣體通過的通道，所述熱端換熱管外壁與所述熱端換熱器殼體內壁形成容高溫蒸汽通過的腔體。