[發(fā)明專利]一種直線型雙作用熱聲發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310294058.7
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103352817A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅二倉;童歡;戴巍;陳燕燕;吳張華;胡劍英
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: F03G7/00
• 分類號: F03G7/00
• 代理公司: 北京法思騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱聲發(fā)電系統(tǒng)，特別是涉及一種直線型雙作用熱聲發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電能被廣泛應(yīng)用在動力、照明、冶金、化學(xué)、紡織、通信、廣播等各個領(lǐng)域，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展、國民經(jīng)濟飛躍的主要動力，是不可或缺的二次能源。火力發(fā)電和核能發(fā)電是我國目前主要的電力來源。但是火力發(fā)電不光耗費煤炭和石油等不可再生資源，并且或伴隨有大量的污染和廢氣；核能發(fā)電的核廢料也會對環(huán)境造成較大的影響，并且存在安全隱患。太陽能、潮汐能、水能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能雖然是可持續(xù)發(fā)展能源，但由于技術(shù)上或地域上的缺陷，目前也難以供應(yīng)社會需求。隨著熱聲技術(shù)的發(fā)展，人們意識到可以將熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的聲波能進一步轉(zhuǎn)換為電能，這將是一種可靠、環(huán)保、多元化驅(qū)動源的新型發(fā)電系統(tǒng)。在適當?shù)钠ヅ湎拢湫噬踔量梢猿浆F(xiàn)有的發(fā)電技術(shù)，這在能源危機和環(huán)境危機日益嚴峻的當今具有重要的科學(xué)研究價值和良好的市場前景。

熱聲發(fā)動機是一種無運動部件、運行可靠、高效率、無污染的發(fā)動機系統(tǒng)，而直線型發(fā)電機是一種聲電轉(zhuǎn)換裝置，由于采用了板彈簧支撐和間隙密封，消除了摩擦損失，在理論上其可以獲得極高的聲電轉(zhuǎn)換效率，是近年來研究的熱點。在熱聲發(fā)電系統(tǒng)中，熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的聲功驅(qū)動直線發(fā)電機進而將聲功轉(zhuǎn)化成可以利用的電能，能夠獲得很高的效率。

傳統(tǒng)的熱聲發(fā)電機系統(tǒng)中熱聲發(fā)動機都采用了諧振管結(jié)構(gòu)。圖1所示為傳統(tǒng)的行波型熱聲發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)由熱聲發(fā)動機2和直線型發(fā)電機4所組成。所述熱聲發(fā)動機2包括主室溫換熱器13、回?zé)崞?4、熱端換熱器15、熱緩沖管16、次室溫換熱器17以及反饋管9和諧振管10。對所述主室溫換熱器13和次室溫換熱器17通冷卻水，溫度維持在室溫范圍，對所述熱端換熱器15加熱，隨著其溫度的升高在所述回?zé)崞?4兩端形成一定的溫度梯度，產(chǎn)生熱聲轉(zhuǎn)換效應(yīng)，將熱量轉(zhuǎn)換為聲功沿著溫度梯度方向輸出。其中一部分聲功進入所述反饋管9流回所述主室溫換熱器13，一部分聲功進入所述諧振管10耗散，剩余的聲功輸入到所述直線型發(fā)電機4，直線型發(fā)電機將聲功轉(zhuǎn)換為電能進行發(fā)電。所述直線型發(fā)電機4接收由所述熱聲發(fā)動機2輸出的聲功，進行聲電轉(zhuǎn)換對外接負載發(fā)電；其組成包括壓縮活塞8、與所述壓縮活塞8相連的壓縮機動子6、固定所述動子6的板彈簧7、繞制于所述動子6外圍的定子線圈5，所述直線型發(fā)電機4采用對置式結(jié)構(gòu)，能夠大幅度的減少裝置工作時的震動。

圖2所示為傳統(tǒng)的駐波型熱聲發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)由熱聲發(fā)動機2和直線型發(fā)電機4所組成。所述熱聲發(fā)動機2包括熱端換熱器15、回?zé)崞?4、室溫換熱器13以及熱腔9和諧振管10。對所述室溫換熱器13通冷卻水，溫度維持在室溫范圍，對所述熱端換熱器15加熱，隨著其溫度的升高在所述回?zé)崞?4兩端形成一定的溫度梯度，產(chǎn)生熱聲轉(zhuǎn)換效應(yīng)，將熱量轉(zhuǎn)換為聲功沿著溫度梯度方向輸出。其中一部分聲功進入所述諧振管10耗散，剩余的聲功輸入到所述直線型發(fā)電機4，直線型發(fā)電機將聲功轉(zhuǎn)換為電能進行發(fā)電。所述直線型發(fā)電機4接收由所述熱聲發(fā)動機2輸出的聲功，進行聲電轉(zhuǎn)換對外接負載發(fā)電；其組成包括壓縮活塞8、與所述壓縮活塞8相連的壓縮機動子6、固定所述動子6的板彈簧7、繞制于所述動子6外圍的定子線圈5，所述直線發(fā)電機4采用對置式結(jié)構(gòu)，能夠大幅度的減少裝置工作時的震動。

這兩種結(jié)構(gòu)的弊端在于，諧振管的體積過于龐大，導(dǎo)致系統(tǒng)功率密度過低，并需要對熱端提供很高的溫度才能達到一定的壓比，同時如此龐大的結(jié)構(gòu)也制約了其進一步實際應(yīng)用。此外，熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的聲功只有一部分輸入到直線型壓縮機中進行利用，而流入諧振管的聲功都沒有被回收利用而是直接耗散，這對于進一步提高熱聲發(fā)動機性能是不利的。

圖3所示為新型的雙作用熱聲發(fā)電系統(tǒng)，此系統(tǒng)由三個完全相同的熱聲發(fā)動機2和直線型雙作用發(fā)電機3首位相連而成，因此熱聲發(fā)動機兩端的相位差被鎖定在120°。所述熱聲發(fā)動機2包括主室溫換熱器13、回?zé)崞?4、熱端換熱器15、熱緩沖管16、次室溫換熱器17。對所述主室溫換熱器13和次室溫換熱器17通冷卻水，溫度維持在室溫范圍，對所述熱端換熱器15加熱，隨著其溫度的升高在所述回?zé)崞?4兩端形成一定的溫度梯度，產(chǎn)生熱聲轉(zhuǎn)換效應(yīng)，將熱量轉(zhuǎn)換為聲功沿著溫度梯度方向輸出。所述直線型雙作用發(fā)電機3包括膨脹活塞18、板彈簧19、定子線圈20、動子21、板彈簧22、壓縮活塞23。所述膨脹活塞18、板彈簧19、板彈簧22和壓縮活塞23固定在同一跟軸上。熱聲發(fā)動機2輸出的聲功完全被膨脹活塞18所吸收，在直線型雙作用發(fā)電機處進行聲電轉(zhuǎn)換，將輸入的聲功轉(zhuǎn)換為電能對外接負載輸出。