專利名稱：采用冷能的聲功放大裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種冷能利用裝置，具體涉及一種采用冷能的聲功放大裝置。
背景技術：
由于對環(huán)境保護重視程度的不斷提高，以及天然氣的液化加工成本不斷下降，LNG (Liquid Natural Gas,液化天然氣)作為一種“環(huán)境友好”能源,地位日益上升,市場前景十分廣闊。預計到2040年，世界天然氣的供應量將超過石油和煤炭，天然氣所占比例將由目前的約25%上升至51%。在世界LNG貿(mào)易迅猛發(fā)展的背景下，我國的LNG項目也進入了一個快速發(fā)展的時期。目前，我國已在廣州大鵬灣、福建、上海五號溝、上海洋山港投產(chǎn)LNG接收站，這四個接收站一期設計規(guī)模已經(jīng)超過了 1000萬噸/年。除此之外，國家已經(jīng)規(guī)劃的LNG項目還有海南、大連、青島等十幾個，一期項目規(guī)模將達到5000萬噸/年以上。LNG是天然氣經(jīng)凈化、液化而成的_162°C低溫液體混合物。當I噸LNG在I個標準大氣壓下從_162°C汽化升溫到5°C時，約可放出230kWh的冷量。一個300萬噸/年的LNG接收站扣除消耗于高壓外輸氣體的壓力能后可利用的LNG冷能為65MW，折合電能約為10億kWh。若中國消耗天然氣5000億m3/年，到本世紀中葉，其中進口 LNG1000億m3/年(7700萬噸/年計)，可用冷能折合電能為257億kWh/年，相當于一個600萬kW電站的年發(fā)電量。在使用中，液化天然氣必須被加熱氣化至常溫才能被用戶終端利用，目前液化天然氣的加熱氣化方式主要采用海水對LNG進行加熱，LNG中攜帶的冷量直接排放至環(huán)境中，其中LNG所含的冷能沒有任何的回收利用。如果將LNG如此巨大的冷能進行有效利用，不僅可以避免LNG汽化引起的環(huán)境問題，還能使能源循環(huán)利用，從而獲得極大的社會效益和經(jīng)濟效益。同樣，空氣分離制氧工業(yè)中大量的副產(chǎn)品——液氮(溫度為77K)中也蘊含著大量的冷能，但是大多數(shù)的液氮被直接排放至環(huán)境中，其所含冷量大量浪費的同時還會對環(huán)境造成一些影響(局部環(huán)境溫度改變造成生態(tài)和生物的生理機能的改變)。近年來工業(yè)廢熱的回收利用得到了快速發(fā)展并取得了顯著的技術進步，但是卻缺乏有效的冷量回收利用裝置，而冷量回收利用裝置和廢熱回收利用裝置一樣，對于國家節(jié)能減排戰(zhàn)略的順利實施具有重要的推進作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種采用冷能的聲功放大裝置，利用該聲功放大裝置可利用工業(yè)中的廢棄不用的冷能，實現(xiàn)壓縮機輸出聲功的放大，實現(xiàn)冷能的回收和資源利用率的提高?！N采用冷能的聲功放大裝置，包括依次串連設置的聲功傳輸管熱端換熱器、聲功傳輸管、冷端換熱器、回熱器、以及輸出端與負載相連的回熱器熱端換熱器；所述冷端換熱器的溫度低于所述回熱器熱端換熱器的溫度。所述冷端換熱器可采用多種冷能進行冷卻，為便于操作，作為優(yōu)選，所述冷端換熱器由低溫液體或者低溫制冷機中的一種或多種方式冷卻至低溫。圖4為采用冷能的聲功放大裝置的結構和各部件中的能量流示意圖。在理想情況下，聲功傳輸管各長度方向上各點視為絕熱單元，對聲功傳輸管進行熱力學分析可知，在聲功傳輸管中滿足<片>=常數(shù),< >=0 (!)其中< 片 >為時均焓流，< S >為時均熵流。理想情況下，回熱器長度方向各點視為等溫單元，且回熱器不存在流阻，此時回熱器內(nèi)滿足〈片>=0，< >=常數(shù)(2)且回熱器內(nèi)聲功滿足
< I I ~> = <Η >-Tm<S> (3)其中< >為聲功放大裝置內(nèi)長度萬向上某點聲功的時均流，Tni為聲功放大裝置內(nèi)長度方向上某點平均溫度。由壓縮機輸入功開始，由式⑴、式(3)可得聲功傳輸管內(nèi)狀態(tài)為< PV > = <//> =常數(shù),< $ > =0(4)由式(2)、式⑶式可得回熱器內(nèi)狀態(tài)為<PV> = -Tm<S>,<H > =0,< S> =SS (5)由上式可得〈/^、與Tni成正比，且< >為負，因此聲功<戶廣> 在回熱器內(nèi)得到放大并在回熱器熱端輸出，且由(5)式可得理想情況下，聲功放大倍數(shù)為聲功放大裝置回熱器熱端平均溫度與冷端平均溫度之比。利用本發(fā)明的聲功放大裝置，通過低溫流體或者低溫制冷機中的一種或多種方式對冷端回熱器進行冷卻，在回熱器兩端建立起溫度梯度，從而實現(xiàn)壓縮機輸入聲功沿著回熱器冷端向回熱器熱端的方向放大，且放大的聲功在回熱器熱端輸出。實際安裝過程中，所述聲功傳輸管和回熱器可設置在所述冷端換熱器同一側或者設置在兩側。對于空間較小的使用場合，作為優(yōu)選，所述聲功傳輸管和回熱器布置在冷端換熱器的同一側，此時，整個聲功放大裝置的結構較為緊湊，占用空間較少。當聲功傳輸管和回熱器布置在冷端換熱器的同一側時，同樣有兩種優(yōu)選的布置方式。其中一種布置方式是所述聲功傳輸管和回熱器同軸布置，回熱器為環(huán)形結構，且套設在聲功傳輸管外側。采用該種布置方式，聲功放大裝置的占用空間最小，對空間的要求最低，實用性最強。另外一種布置方式是所述聲功傳輸管和回熱器相互平行，且并排布置。采用這種布置方式，聲功傳輸管和回熱器的加工和安裝均較為簡單，且聲功放大裝置整體占用空間也相對較少，安裝時要求較低，可根據(jù)實際需要進行適當調(diào)整。當聲功傳輸管和回熱器布置在冷端換熱器兩側時，作為優(yōu)選，所述聲功傳輸管和回熱器同軸設置，且設于冷端換熱器的兩側，采用這種方式布置聲功傳輸管和回熱器，聲功傳輸管和回熱器布置過程較為簡單，安裝成本較低。本發(fā)明的聲功放大裝置中可直接采用工業(yè)中廢棄不用的冷能，例如所述冷端換熱器可以為液化天然氣或液氮氣化系統(tǒng)中的蒸發(fā)器。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明的采用冷能的聲功放大裝置，通過低溫流體或者低溫制冷機中的一種或多種方式對冷端回熱器進行冷卻，在回熱器兩端建立起溫度梯度，從而實現(xiàn)壓縮機輸入的聲功沿著回熱器冷端向回熱器熱端的方向放大，且放大的聲功在回熱器熱端輸出。


圖1為本發(fā)明的采用冷能的聲功放大裝置的第一種實施方式的結構示意圖。圖2為本發(fā)明的采用冷能的聲功放大裝置的第二種實施方式的結構示意圖。圖3為本發(fā)明的采用冷能的聲功放大裝置的第三種實施方式的結構示意圖。圖4為采用冷能的聲功放大裝置的結構和其中能量流分布示意圖。
具體實施例方式實施例1如圖1所示一種采用冷能的直線型聲功放大裝置，包括與壓縮機C連通的聲功傳輸管熱端換熱器HXl、聲功傳輸管WT、冷端換熱器HX2、回熱器RG、與負載L連接的回熱器熱端換熱器HX3,其中壓縮機C、聲功傳輸管熱端換熱器HX1、聲功傳輸管WT、冷端換熱器HX2、回熱器RG、回熱器熱端換熱器HX3和負載L依次直線連接。冷端換熱器HX2可采用低溫液體或低溫制冷機中的一種或多種方式實現(xiàn)其冷卻，例如可回用液態(tài)天然氣或者液氮中攜帶的冷量進行冷卻。系統(tǒng)安裝完畢后，冷端換熱器HX2由低溫冷源冷卻至某一較低溫度，回熱器熱端換熱器HX3由較高溫區(qū)熱源(如大氣環(huán)境)維持在某一較高溫度，使回熱器RG內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定溫度梯度，對系統(tǒng)內(nèi)部抽真空至KT1Pa左右，然后充入高純氦氣，保持5分鐘左右再對系統(tǒng)內(nèi)部抽真空至KT1Pa左右。如此反復抽真空充氣3-4次后，最終充入工作壓力的高純氦氣，即可保證系統(tǒng)中氦氣工質(zhì)的純度。調(diào)節(jié)壓縮機C的運行頻率至聲功放大裝置的最佳工作頻率，打開壓縮機C的電源，便可以在回熱器熱端實現(xiàn)聲功的放大。實施例2如圖2所示一種采用冷能的同軸型聲功放大裝置，包括與壓縮機C連通的聲功傳輸管熱端換熱器HX1、聲功傳輸管WT、冷端換熱器HX2、回熱器RG、和與負載L連接的回熱器熱端換熱器HX3,其中壓縮機C與聲功傳輸管熱端換熱器HXl、聲功傳輸管WT、冷端換熱器HX2依次連接，冷端換熱器HX2與回熱器RG、回熱器熱端換熱器HX3、負載L依次連接，聲功傳輸管WT與回熱器RG同軸布置，回熱器RG為環(huán)形結構，套設在聲功傳輸管WT的外側,相互封閉，聲功傳輸管WT兩端分別與聲功傳輸管熱端換熱器HXl和冷端換熱器HX2連接，回熱器RG兩端分別與回熱器熱端換熱器HX3和冷端換熱器HX2連接，回熱器熱端換熱器HX3為環(huán)形結構，且聲功傳輸管熱端換熱器HXl嵌套在回熱器熱端換熱器HX3中，且相互封閉。冷端換熱器HX2可采用低溫液體或低溫制冷機中的一種或多種方式實現(xiàn)其冷卻，回熱器熱端換熱器HX3由較高溫度熱源維持在某一較高溫度，使回熱器RG內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定溫度梯度。該裝置能實現(xiàn)將壓縮機輸出聲功放大的效果。系統(tǒng)安裝完畢后，冷端換熱器HX2由低溫冷源冷卻至某一較低溫度，回熱器熱端換熱器HX3由較高溫度熱源(如大氣環(huán)境)維持在某一較高溫度，使回熱器RG內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定溫度梯度，對系統(tǒng)內(nèi)部抽真空至KT1Pa左右，然后充入高純氦氣，保持5分鐘左右再對系統(tǒng)內(nèi)部抽真空至KT1Pa左右。如此反復抽真空充氣3-4次后，最終充入工作壓力的高純氦氣，即可保證系統(tǒng)中氦氣工質(zhì)的純度。調(diào)節(jié)壓縮機C的運行頻率至聲功放大裝置的最佳工作頻率，打開壓縮機C的電源，便可以在回熱器熱端實現(xiàn)聲功的放大。實施例3如圖3所示一種采用冷能的“U”型聲功放大裝置包括與壓縮機連通的聲功傳輸管熱端換熱器HXl、聲功傳輸管WT、冷端換熱器HX2、回熱器RG、與負載L相連的回熱器熱端換熱器HX3，其中壓縮機C、聲功傳輸管熱端換熱器HX1、聲功傳輸管WT、冷端換熱器HX2、回熱器RG、回熱器熱端換熱器HX3和負載L依次連接，回熱器RG與聲功傳輸管WT平行并排放置。冷端換熱器HX2由低溫冷源冷卻至某一較低溫度，回熱器熱端換熱器HX3由較高溫度熱源(如大氣環(huán)境)維持在某一較高溫度，使回熱器RG內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定溫度梯度。系統(tǒng)安裝完畢后，冷端換熱器HX2由冷源冷卻至某一較低溫度，回熱器熱端換熱器HX3由熱源維持在某一較高溫度，使回熱器RG內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定溫度梯度，對系統(tǒng)內(nèi)部抽真空至KT1Pa左右，然后充入高純氦氣，保持5分鐘左右再對系統(tǒng)內(nèi)部抽真空至KT1Pa左右。如此反復抽真空充氣3-4次后，最終充入工作壓力的高純氦氣，即可保證系統(tǒng)中氦氣工質(zhì)的純度。調(diào)節(jié)壓縮機C的運行頻率至聲功放大裝置的最佳工作頻率，打開壓縮機C的電源，便可以在回熱器熱端實現(xiàn)聲功的放大。
權利要求
1.一種采用冷能的聲功放大裝置，其特征在于，包括依次串連設置的聲功傳輸管熱端換熱器(HXl)、聲功傳輸管(WT)、冷端換熱器(HX2)、回熱器(RG)、以及輸出端與負載(L)相連的回熱器熱端換熱器(HX3);所述冷端換熱器(HX2)的溫度低于所述回熱器熱端換熱器(HX3)的溫度。
2.根據(jù)權利要求1所述的采用冷能的聲功放大裝置，其特征在于，所述冷端換熱器(HX2)由低溫液體或低溫制冷機中的一種或多種方式冷卻至低溫。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的采用冷能的聲功放大裝置，其特征在于，所述聲功傳輸管(WT)和回熱器(RG)布置在冷端換熱器(HX2)的同一側。
4.根據(jù)權利要求3所述的采用冷能的聲功放大裝置，其特征在于，所述聲功傳輸管(WT)和回熱器(RG)同軸布置，回熱器(RG)為環(huán)形結構，套設在聲功傳輸管(WT)外側。
5.根據(jù)權利要求3所述的采用冷能的聲功放大裝置，其特征在于，所述聲功傳輸管(WT)和回熱器(RG)相互平行，且并排布置。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的采用冷能的聲功放大裝置，其特征在于，所述聲功傳輸管(WT)和回熱器(RG)同軸設置，且設于冷端換熱器(HX2)的兩側。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用冷能的聲功放大裝置，包括依次串連設置的聲功傳輸管熱端換熱器、聲功傳輸管、冷端換熱器、回熱器、以及輸出端與負載相連的回熱器熱端換熱器；所述冷端換熱器的溫度低于所述回熱器熱端換熱器的溫度。本發(fā)明的采用冷能的聲功放大裝置可通過可采用低溫液體或低溫制冷機中的一種或多種方式對冷端換熱器進行冷卻，從而在回熱器兩端建立起溫度梯度，進而實現(xiàn)壓縮機輸入的聲功沿著回熱器冷端向回熱器熱端的方向放大，且放大的聲功在回熱器熱端輸出。本發(fā)明可實現(xiàn)工業(yè)廢冷的回收利用，提高能源利用率，提升能量品位，而且結構簡單，可靠性高。
文檔編號F03G7/00GK103017401SQ20121053955
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權日2012年12月12日
發(fā)明者劉東立, 王博, 王龍一, 甘智華, 張小斌, 張學軍, 汪偉偉, 吳鎂, 劉雨夢, 宋豫京, 趙勝穎 申請人:浙江大學