[發(fā)明專利]一種利用液氧燃燒的雙作用熱聲發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310675885.0
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103670977A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳張華;羅二倉;戴巍;李東輝
• 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

1.一種利用液氧燃燒的雙作用熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其包括：至少三組熱聲發(fā)電單元；

所述至少三組熱聲發(fā)電單元的每組熱聲發(fā)電單元均由一個直線發(fā)電機(jī)（101）和一個熱聲發(fā)動機(jī)組成；所述直線發(fā)電機(jī)（101）由汽缸、置于汽缸內(nèi)兩端的壓縮活塞（111）和膨脹活塞（112）、與所述壓縮活塞（111）及膨脹活塞（112）相連的發(fā)電機(jī)動子（113）、繞制于發(fā)電機(jī)動子（113）外圍的發(fā)電機(jī)定子線圈（114）和與所述發(fā)電機(jī)定子線圈（114）電連接的發(fā)電機(jī)負(fù)載（115）組成；熱聲發(fā)動機(jī)包括依次相連的第一室溫?fù)Q熱器（102）、回?zé)崞鳎?05）、熱端換熱器（106）、第二熱緩沖管（107）、第二室溫?fù)Q熱器（108）和連接管（109）；每組熱聲發(fā)電單元的直線發(fā)電機(jī)（101）的汽缸上端部與該組熱聲發(fā)電單元的熱聲發(fā)動機(jī)的第一室溫?fù)Q熱器（102）通過管道相連通；該組熱聲發(fā)電單元的熱聲發(fā)動機(jī)的連接管（109）與下一組熱聲發(fā)電單元的直線發(fā)電機(jī)（101）的汽缸下端部相連通；首組熱聲發(fā)電單元的直線發(fā)電機(jī)（101）的汽缸下端部與末組熱聲發(fā)電單元的熱聲發(fā)動機(jī)的第二室溫?fù)Q熱器(108)相連通；

其特征在于，還包括一個液氧預(yù)熱系統(tǒng)及一個燃燒系統(tǒng)；所述每組熱聲發(fā)電單元的熱聲發(fā)動機(jī)的第一室溫?fù)Q熱器(102)上依次連接第一熱緩沖管(103)和冷端換熱器(104)，所述冷端換熱器(104)與該組熱聲發(fā)電單元的熱聲發(fā)動機(jī)的回?zé)崞?105)相連；

所述燃燒系統(tǒng)由燃燒室(301)、內(nèi)裝燃料的燃料箱(302)、燃料泵(303)和煙氣輸出管道(304)組成；所述內(nèi)裝燃料的燃料箱(302)通過燃料泵(303)與燃燒室(301)相連通，燃料從燃料箱(302)經(jīng)燃料泵(303)輸送到燃燒室(301)進(jìn)行燃燒；所述燃燒室（301）出口通過煙氣輸出管道（304）分別與每組熱聲發(fā)電單元的熱聲發(fā)動機(jī)的熱端換熱器106相連；

所述液氧預(yù)熱系統(tǒng)由液氧存儲罐（201）、閥門（202）、液氧輸出管道（203）、預(yù)熱換熱器（204）、氧氣輸入管道（205）和氧氣泵（206）組成；液氧存儲罐（201）通過閥門（202）和液氧輸出管道（203）分別與每組熱聲發(fā)電單元的熱聲發(fā)動機(jī)的冷端換熱器（104）相連通；液氧存儲罐（201）內(nèi)的液氧將低溫冷量傳給冷端換熱器（104），自身吸熱氣化變成氧氣由冷端換熱器（104）流出；流出冷端換熱器（104）的氧氣再進(jìn)入預(yù)熱換熱器（204）與燃燒室（301）排放的煙氣進(jìn)行換熱，氧氣回收煙氣的熱量溫度升高后從預(yù)熱換熱器（204）流出；從預(yù)熱換熱器（204）流出的高溫氧氣在氧氣泵（206）的驅(qū)動下與從燃料箱（302）經(jīng)燃料泵（303）送出的燃料一起進(jìn)入燃燒室（301）進(jìn)行燃燒；燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)煙氣輸出管道（304）分別進(jìn)入每組熱聲發(fā)電系統(tǒng)的熱聲發(fā)動機(jī)的熱端換熱器（106），將熱量傳遞給熱端換熱器（106）；高溫?zé)煔鈴臒岫藫Q熱器（106）流出后進(jìn)入預(yù)熱換熱器（204），對低溫氧氣進(jìn)行預(yù)熱；

在上述流程中，每組熱聲發(fā)電系統(tǒng)的熱聲發(fā)動機(jī)的熱端換熱器（106）形成高溫、冷端換熱器（104）形成低溫，這樣在回?zé)崞鳎?05）的兩端形成溫度梯度；當(dāng)回?zé)崞鳎?05）達(dá)到一定溫度梯度時，利用液氧燃燒的雙作用熱聲發(fā)電系統(tǒng)便自激起振，系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生壓力波動、將熱能轉(zhuǎn)化成聲功。經(jīng)直線發(fā)電機(jī)（101）的壓縮活塞（111）向熱聲發(fā)電系統(tǒng)的熱聲發(fā)動機(jī)反饋聲功，該聲功通過第一室溫?fù)Q熱器（102）、第一熱緩沖管（103）及冷端換熱器（104）傳遞到回?zé)崞鳎辉诨責(zé)崞鳎?05）兩端溫度梯度的作用下，該聲功被放大；放大流出回?zé)崞鳎?05）的聲功經(jīng)熱端換熱器（106）、第二熱緩沖管（107）、第二室溫?fù)Q熱器（108）及連接管（109）傳遞到下一組的直線發(fā)電機(jī)（101）的膨脹活塞（112），推動直線發(fā)電機(jī)（101）的膨脹活塞（111）運動，一方面使得永磁體（113）在線圈（114）內(nèi)部運動，形成磁通量的變化，從而完成聲功到電功的轉(zhuǎn)化；另一方面也使得壓縮活塞（111）運動，向下一組熱聲發(fā)動機(jī)反饋聲功；依次傳遞形成循環(huán)，至少三組熱聲發(fā)電單元構(gòu)成環(huán)路。

2.按權(quán)利要求書1所述的利用液氧燃燒的雙作用熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述每組熱聲發(fā)電單元的熱聲發(fā)動機(jī)的第一室溫?fù)Q熱器（102）和第一熱緩沖管（103）將冷端換熱器（104）與該組熱聲發(fā)電單元的直線發(fā)電機(jī)（101）隔開，以減少冷能損失，提高冷能利用率、避免直線發(fā)電機(jī)在低溫環(huán)境工作。