專利名稱：采用冷能的聲功放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型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(shù)：
由于對(duì)環(huán)境保護(hù)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(chǎng)前景十分廣闊。預(yù)計(jì)到2040年，世界天然氣的供應(yīng)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(xiàng)目也進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。目前，我國已在廣州大鵬灣、福建、上海五號(hào)溝、上海洋山港投產(chǎn)LNG接收站，這四個(gè)接收站一期設(shè)計(jì)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(xiàng)目還有海南、大連、青島等十幾個(gè)，一期項(xiàng)目規(guī)模將達(dá)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(dāng)I噸LNG在I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下從_162°C汽化升溫到5°C時(shí)，約可放出230kWh的冷量。一個(gè)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(jì)中葉，其中進(jìn)口 LNG1000億m3/年(7700萬噸/年計(jì))，可用冷能折合電能為257億kWh/年，相當(dāng)于一個(gè)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(duì)LNG進(jìn)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(jìn)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(fèi)的同時(shí)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成一些影響(局部環(huán)境溫度改變?cè)斐缮鷳B(tài)和生物的生理機(jī)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(shù)進(jìn)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(duì)于國家節(jié)能減排戰(zhàn)略的順利實(shí)施具有重要的推進(jìn)作用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型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(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)輸出聲功的放大，實(shí)現(xiàn)冷能的回收和資源利用率的提聞?！N采用冷能的聲功放大裝置，包括:依次串連設(shè)置的聲功傳輸管熱端換熱器、聲功傳輸管、冷端換熱器、回?zé)崞?、以及輸出端與負(fù)載相連的回?zé)崞鳠岫藫Q熱器；所述冷端換熱器的溫度低于所述回?zé)崞鳠岫藫Q熱器的溫度。所述冷端換熱器可采用多種冷能進(jìn)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(jī)中的一種或多種方式冷卻至低溫。[0009]圖4為采用冷能的聲功放大裝置的結(jié)構(gòu)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(zhǎng)度方向上各點(diǎn)視為絕熱單元，對(duì)聲功傳輸管進(jìn)行熱力學(xué)分析可知，在聲功傳輸管中滿足:〈片>=常數(shù)，< >=0 (!)其中< 泠 >為時(shí)均焓流，< S >為時(shí)均熵流。理想情況下，回?zé)崞鏖L(zhǎng)度方向各點(diǎn)視為等溫單元，且回?zé)崞鞑淮嬖诹髯瑁藭r(shí)回?zé)崞鲀?nèi)滿足〈泠>=0，<S>=常數(shù)(2)且回?zé)崞鲀?nèi)聲功滿足<PV > = <H>-Tm < S > ⑶其中為聲功放大裝置內(nèi)長(zhǎng)度萬向上某點(diǎn)聲功的時(shí)均流，Tni為聲功放大裝置內(nèi)長(zhǎng)度方向上某點(diǎn)平均溫度。由壓縮機(jī)輸入功開始，由式⑴、式(3)可得聲功傳輸管內(nèi)狀態(tài)為</>r> = <H> =常數(shù)，< > =0.4 ^由式(2)、式⑶式可得回?zé)崞鲀?nèi)狀態(tài)為< PV > = - Tm < S > K H > =0，< ^ =常數(shù)(5)由上式可得〈外^與^成正比，且< >為負(fù)，因此聲功</>F>在回?zé)崞鲀?nèi)得到放大并在回?zé)崞鳠岫溯敵觯矣?5)式可得理想情況下，聲功放大倍數(shù)為聲功放大裝置回?zé)崞鳠岫似骄鶞囟扰c冷端平均溫度之比。利用本實(shí)用新型的聲功放大裝置，通過低溫流體或者低溫制冷機(jī)中的一種或多種方式對(duì)冷端回?zé)崞鬟M(jìn)行冷卻，在回?zé)崞鲀啥私⑵饻囟忍荻龋瑥亩鴮?shí)現(xiàn)壓縮機(jī)輸入聲功沿著回?zé)崞骼涠讼蚧責(zé)崞鳠岫说姆较蚍糯?，且放大的聲功在回?zé)崞鳠岫溯敵?。?shí)際安裝過程中，所述聲功傳輸管和回?zé)崞骺稍O(shè)置在所述冷端換熱器同一側(cè)或者設(shè)置在兩側(cè)。對(duì)于空間較小的使用場(chǎng)合，作為優(yōu)選，所述聲功傳輸管和回?zé)崞鞑贾迷诶涠藫Q熱器的同一側(cè)，此時(shí)，整個(gè)聲功放大裝置的結(jié)構(gòu)較為緊湊，占用空間較少。當(dāng)聲功傳輸管和回?zé)崞鞑贾迷诶涠藫Q熱器的同一側(cè)時(shí)，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?zé)崞魍S布置，回?zé)崞鳛榄h(huán)形結(jié)構(gòu)，且套設(shè)在聲功傳輸管外側(cè)。采用該種布置方式，聲功放大裝置的占用空間最小，對(duì)空間的要求最低，實(shí)用性最強(qiáng)。另外一種布置方式是:所述聲功傳輸管和回?zé)崞飨嗷テ叫校也⑴挪贾?。采用這種布置方式，聲功傳輸管和回?zé)崞鞯募庸ず桶惭b均較為簡(jiǎn)單，且聲功放大裝置整體占用空間也相對(duì)較少，安裝時(shí)要求較低，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)聲功傳輸管和回?zé)崞鞑贾迷诶涠藫Q熱器兩側(cè)時(shí)，作為優(yōu)選，所述聲功傳輸管和回?zé)崞魍S設(shè)置，且設(shè)于冷端換熱器的兩側(cè)，采用這種方式布置聲功傳輸管和回?zé)崞?，聲功傳輸管和回?zé)崞鞑贾眠^程較為簡(jiǎn)單，安裝成本較低。本實(shí)用新型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?dú)饣到y(tǒng)中的蒸發(fā)器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在:[0029]本實(shí)用新型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(jī)中的一種或多種方式對(duì)冷端回?zé)崞鬟M(jìn)行冷卻，在回?zé)崞鲀啥私⑵饻囟忍荻?，從而?shí)現(xiàn)壓縮機(jī)輸入的聲功沿著回?zé)崞骼涠讼蚧責(zé)崞鳠岫说姆较蚍糯?，且放大的聲功在回?zé)崞鳠岫溯敵觥?br>
圖1為本實(shí)用新型的采用冷能的聲功放大裝置的第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的采用冷能的聲功放大裝置的第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型的采用冷能的聲功放大裝置的第三種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為采用冷能的聲功放大裝置的結(jié)構(gòu)和其中能量流分布示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)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(jī)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?zé)崞鱎G、與負(fù)載L連接的回?zé)崞鳠岫藫Q熱器JK3,其中壓縮機(jī)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?zé)崞鱎G、回?zé)崞鳠岫藫Q熱器HX3和負(fù)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(jī)中的一種或多種方式實(shí)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(jìn)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?zé)崞鳠岫藫Q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?zé)崞鱎G內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定溫度梯度，對(duì)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(duì)系統(tǒng)內(nèi)部抽真空至KT1Pa左右。如此反復(fù)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(jī)C的運(yùn)行頻率至聲功放大裝置的最佳工作頻率，打開壓縮機(jī)C的電源，便可以在回?zé)崞鳠岫藢?shí)現(xiàn)聲功的放大。實(shí)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(jī)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?zé)崞鱎G、和與負(fù)載L連接的回?zé)崞鳠岫藫Q熱器JK3,其中壓縮機(jī)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?zé)崞鱎G、回?zé)崞鳠岫藫Q熱器HX3、負(fù)載L依次連接，聲功傳輸管WT與回?zé)崞鱎G同軸布置，回?zé)崞鱎G為環(huán)形結(jié)構(gòu)，套設(shè)在聲功傳輸管WT的外側(cè),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?zé)崞鱎G兩端分別與回?zé)崞鳠岫藫Q熱器HX3和冷端換熱器HX2連接，回?zé)崞鳠岫藫Q熱器HX3為環(huán)形結(jié)構(gòu)，且聲功傳輸管熱端換熱器HXl嵌套在回?zé)崞鳠岫藫Q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(jī)中的一種或多種方式實(shí)現(xiàn)其冷卻，回?zé)崞鳠岫藫Q熱器HX3由較高溫度熱源維持在某一較高溫度，使回?zé)崞鱎G內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定溫度梯度。該裝置能實(shí)現(xiàn)將壓縮機(jī)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?zé)崞鳠岫藫Q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?zé)崞鱎G內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定溫度梯度，對(duì)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(duì)系統(tǒng)內(nèi)部抽真空至KT1Pa左右。如此反復(fù)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(jī)C的運(yùn)行頻率至聲功放大裝置的最佳工作頻率，打開壓縮機(jī)C的電源，便可以在回?zé)崞鳠岫藢?shí)現(xiàn)聲功的放大。實(shí)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(jī)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?zé)崞鱎G、與負(fù)載L相連的回?zé)崞鳠岫藫Q熱器HX3，其中壓縮機(jī)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?zé)崞鱎G、回?zé)崞鳠岫藫Q熱器HX3和負(fù)載L依次連接，回?zé)崞鱎G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?zé)崞鳠岫藫Q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?zé)崞鱎G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?zé)崞鳠岫藫Q熱器HX3由熱源維持在某一較高溫度，使回?zé)崞鱎G內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定溫度梯度，對(duì)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(duì)系統(tǒng)內(nèi)部抽真空至KT1Pa左右。如此反復(fù)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(jī)C的運(yùn)行頻率至聲功放大裝置的最佳工作頻率，打開壓縮機(jī)C的電源，便可以在回?zé)崞鳠岫藢?shí)現(xiàn)聲功的放大。
權(quán)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(shè)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?zé)崞?RG)、以及輸出端與負(fù)載(L)相連的回?zé)崞鳠岫藫Q熱器(HX3);所述冷端換熱器(HX2)的溫度低于所述回?zé)崞鳠岫藫Q熱器(HX3)的溫度。
2.根據(jù)權(quán)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(jī)中的一種或多種方式冷卻至低溫。
3.根據(jù)權(quán)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?zé)崞?RG)布置在冷端換熱器(HX2)的同一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)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?zé)崞?RG)同軸布置，回?zé)崞?RG)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，套設(shè)在聲功傳輸管(WT)外側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)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?zé)崞?RG)相互平行，且并排布置。
6.根據(jù)權(quán)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?zé)崞?RG)同軸設(shè)置，且設(shè)于冷端換熱器(HX2)的兩側(cè)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種采用冷能的聲功放大裝置，包括依次串連設(shè)置的聲功傳輸管熱端換熱器、聲功傳輸管、冷端換熱器、回?zé)崞?、以及輸出端與負(fù)載相連的回?zé)崞鳠岫藫Q熱器；所述冷端換熱器的溫度低于所述回?zé)崞鳠岫藫Q熱器的溫度。本實(shí)用新型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(jī)中的一種或多種方式對(duì)冷端換熱器進(jìn)行冷卻，從而在回?zé)崞鲀啥私⑵饻囟忍荻?，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)輸入的聲功沿著回?zé)崞骼涠讼蚧責(zé)崞鳠岫说姆较蚍糯?，且放大的聲功在回?zé)崞鳠岫溯敵?。本?shí)用新型可實(shí)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。
文檔編號(hào)F25B27/00GK202993653SQ20122068906
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)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(xué)軍, 汪偉偉, 吳鎂, 劉雨夢(mèng), 宋豫京, 趙勝穎 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)