一种跨临界热声发动机

本发明涉及热声发动机，具体为一种跨临界热声发动机。

背景技术：

1、热声震荡原理是利用热声不稳定原理产生自激压力振荡的装置，在热声发动机的基础上可以开发出热声发动机，利用振荡压力做功实现热能到机械能的转换。跨临界热声发动机是指工作在超临界压力、拟临界温度两侧的热声发动机。从公开发表的文献来看，在热声发动机中采用近临界流体最早是由浙江大学金滔团队在2014年建议的，他们针对co2工质的不同状态点在谐振管内的运行进行了理论分析，指出近临界状态可降低谐振管内的声功损耗，具有一定潜力。2017年，美国普渡大学可压缩流体和声学实验室在罗罗公司(rolls-royce)的资助下，开始致力于开发跨临界热声发动机。由于近临界流体热膨胀系数高，给高热声转化率提供了有利条件。在理论分析的基础上，以制冷剂r218为工质(临界压力为2.68mpa)进行了样机开发，截至2019年初已完成一次迭代，实现了150k温差下0.69mpa的稳定压力振幅。与传统的热声发动机不同，跨临界热声发动机由于内部的工质运行在超临界压力下，当温度跨越临界线时，气体的密度会剧烈变化，因此在较小的温差下就能产生振荡，而要达到超临界压力，需要设计出耐高温高压的热声发动机，而现有的跨临界热声发动机有以下缺陷：

2、目前大多数跨临界热声发动机的热声叠多为平板式或者管束式，存在着换热效果不理想的现象，也不易实现紧凑型结构，加工起来比较困难且性价比不高，并且最终热声发动机产品体积也较大。

3、为此我们提出一种跨临界热声发动机用于解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种跨临界热声发动机，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种跨临界热声发动机，包括壳体，所述壳体内一侧开设高温换热腔，所述壳体内另一侧开设室温冷却腔，所述壳体内中心开设气体工质腔，所述高温换热腔内固接高温换热器，所述室温冷却腔内固接室温换热器，所述气体工质腔内固接热声叠组件；

3、所述热声叠组件包括固接在气体工质腔内的多个油水通道板及多个气路通道板，多个所述油水通道板及多个气路通道板相互平行，所述油水通道板表面一侧开设多个水路通道蚀刻槽、另一侧开设多个油路通道蚀刻槽，所述气路通道板表面开设多个气路通道蚀刻槽，所述气路通道板及油水通道板均为不锈钢薄片材质。

4、优选的，所述高温换热腔连通气体工质腔，所述气体工质腔连通室温冷却腔，所述壳体靠近高温换热腔一端固接气体进出口、另一端固接谐振管组件，所述谐振管组件另一端固接气库。

5、优选的，所述壳体位于高温换热腔两侧位置分别固接高温导热油入管及高温导热油出管，所述壳体位于室温冷却腔两侧分别固接室温冷却水入管及室温冷却水出管，所述室温冷却水出管及高温导热油出管位于壳体同侧，所述高温导热油入管及室温冷却水入管位于壳体同侧。

6、优选的，所述高温换热器连通气体进出口、高温导热油入管、高温导热油出管，所述室温换热器连通室温冷却水入管、室温冷却水出管及冷腔，所述高温换热器连通热声叠组件，所述热声叠组件连通室温换热器。

7、优选的，所述谐振管组件包括水平部及垂直部，所述水平部连通垂直部，所述水平部自由端固接并连通冷腔，所述垂直部底端固接并连通气库。

8、优选的，所述高温导热油入管端部连通高温导热油入口，所述高温导热油出管端部连通高温导热油出口，所述室温冷却水入管端部连通室温冷却水入口，所述室温冷却水出管端部连通室温冷却水出口，所述气体进出口上固接第一阀门，所述气库上固接第二阀门。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

10、本发明充分利用跨临界工况下的流体特殊物理性质，实现低起振温差和高压力振幅，再此基础上核心热声叠组件由不锈钢薄板通过通道蚀刻和扩散焊接加工而成，通道尺寸位于百微米量级，可以在高温高压的环境下正常工作，满足对跨临界工况的需求，换热效果理想，同时实现了结构紧凑的效果，减少了整体发动机的体积。

技术特征：

1.一种跨临界热声发动机，包括壳体(1)，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种跨临界热声发动机，其特征在于：所述高温换热腔(2)连通气体工质腔(3)，所述气体工质腔(3)连通室温冷却腔(4)，所述壳体(1)靠近高温换热腔(2)一端固接气体进出口(5)、另一端固接谐振管组件(7)，所述谐振管组件(7)另一端固接气库(8)。

3.根据权利要求1所述的一种跨临界热声发动机，其特征在于：所述壳体(1)位于高温换热腔(2)两侧位置分别固接高温导热油入管(11)及高温导热油出管(13)，所述壳体(1)位于室温冷却腔(4)两侧分别固接室温冷却水入管(15)及室温冷却水出管(17)，所述室温冷却水出管(17)及高温导热油出管(13)位于壳体(1)同侧，所述高温导热油入管(11)及室温冷却水入管(15)位于壳体(1)同侧。

4.根据权利要求3所述的一种跨临界热声发动机，其特征在于：所述高温换热器(21)连通气体进出口(5)、高温导热油入管(11)、高温导热油出管(13)，所述室温换热器(41)连通室温冷却水入管(15)、室温冷却水出管(17)及冷腔(6)，所述高温换热器(21)连通热声叠组件(9)，所述热声叠组件(9)连通室温换热器(41)。

5.根据权利要求2所述的一种跨临界热声发动机，其特征在于：所述谐振管组件(7)包括水平部(71)及垂直部(72)，所述水平部(71)连通垂直部(72)，所述水平部(71)自由端固接并连通冷腔(6)，所述垂直部(72)底端固接并连通气库(8)。

6.根据权利要求2所述的一种跨临界热声发动机，其特征在于：所述高温导热油入管(11)端部连通高温导热油入口(12)，所述高温导热油出管(13)端部连通高温导热油出口(14)，所述室温冷却水入管(15)端部连通室温冷却水入口(16)，所述室温冷却水出管(17)端部连通室温冷却水出口(18)，所述气体进出口(5)上固接第一阀门(51)，所述气库(8)上固接第二阀门(81)。

技术总结
本发明公开了一种跨临界热声发动机，包括壳体，所述壳体内一侧开设高温换热腔，所述壳体内另一侧开设室温冷却腔，所述壳体内中心开设气体工质腔，所述高温换热腔内固接高温换热器，所述室温冷却腔内固接室温换热器，所述气体工质腔内固接热声叠组件，所述热声叠组件包括固接在气体工质腔内的多个油水通道板及多个气路通道板。本发明充分利用跨临界工况下的流体特殊物理性质，实现低起振温差和高压力振幅，再此基础上核心热声叠组件由不锈钢薄板通过通道蚀刻和扩散焊接加工而成，通道尺寸位于百微米量级，可以在高温高压的环境下正常工作，满足对跨临界工况的需求，换热效果理想，同时实现了结构紧凑的效果，减少了整体发动机的体积。

技术研发人员：胡战超,王开心,王高远
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13