[發明專利]一種聲學共振型行波熱聲發電系統

有效

• 申請號: 201410028815.0
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN103758657A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 羅二倉;吳張華;戴巍;張麗敏;陳燕燕;李海冰
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所;中科力函（深圳）熱聲技術有限公司
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉

技術領域

本發明涉及一種熱發電系統，特別是一種聲學共振型行波熱聲發電系統。

背景技術

熱聲發電技術是一種新型的熱發電技術，具有能源適應性好、可靠性高、功率靈活、效率高等顯著優點，可廣泛應用于太陽能、生物質能、工業余熱回收等領域，具有很好的應用前景。熱聲發電系統包含能將熱能轉換成聲功（聲波形式機械能）的熱聲發動機以及能將聲功轉換成電能的發電機。根據熱聲發動機回熱器中聲場分布的不同，熱聲發動機可分為行波熱聲發動機和駐波熱聲發動機。行波熱聲發動機回熱器內部的熱力循環基于可逆的斯特林循環，相較于基于不可逆循環的駐波熱聲發動機而言具有內稟效率高的優點，因此行波熱聲發動機更適合于應用，也是近年來研究的熱點。

聲學共振型熱聲發動機是行波熱聲發動機中的一種，通過在一個波長的環路上布置多個熱聲發動機核心單元來構建一個發動機，除上述優點外還具有功率密度高的特點，適合于大功率場合。專利WO2010107308A1公布了一種聲學共振型行波熱聲發動機系統，如圖1所示。該系統包括主室溫端換熱器101、回熱器102、熱端換熱器103、第一變徑管108、諧振管細管段109及第二變徑管110組成。熱端換熱器103吸收熱量，室溫端換熱器101放出熱量，在回熱器102兩端構建溫度差，使回熱器102內形成溫度梯度。在該溫度梯度的作用下，回熱器102將熱能轉化成聲功。該熱聲發動機核心單元產生的聲功一部分被諧振管向下一級熱聲發動機核心單元傳遞，以維持系統工作；另一部分被對稱地從各熱聲發動機核心單元上的相同位置引出，驅動旋轉電機工作。該專利中公布的聲學共振型行波熱聲發動機利用低品位熱源，由于溫度較低并沒有使用熱緩沖管。如果將該系統中的熱端換熱器與溫度較高的熱源接觸，由于沒有熱緩沖管的作用，熱量會大量損耗在諧振管、直線發電機等室溫部件中，造成系統效率低下。此外，該發明對影響系統性能的聲直流損失也未加抑制?？傊?，該發明不能提供一種高溫熱源的高效利用方法。

本申請正是基于以上聲學共振型行波熱聲發電系統存在的問題，提出了一種新型的設計，可以滿足高溫熱源高效利用的需求。

發明內容

本發明的技術方案如下：

本發明提供的聲學共振型行波熱聲發電系統，其由至少三臺聲學共振型行波熱聲發動機1、至少一臺直線電機2和諧振管109組成；所述的至少三臺聲學共振型行波熱聲發動機1通過諧振管109首尾相連以構成環路回路；

每臺所述的聲學共振型行波熱聲發動機1均包括：依次相連的主室溫端換熱器101、回熱器102、熱端換熱器103、熱緩沖管105、次室溫端換熱器107；所述的諧振管109二端分別連接第一變徑管108和第二變徑管110，所述第一變徑管108接于每一臺聲學共振型行波熱聲發動機1的次室溫端換熱器107端，所述的第二變徑管110接于每一臺聲學共振型行波熱聲發動機1的主室溫端換熱器101端；其特征在于，還包括：

連接于熱端換熱器103與熱緩沖管105間的熱端層流化元件104和連接于熱緩沖管105與次室溫端換熱器107間的室溫端層流化元件106；（高溫端層流化元件104與室溫端層流化元件106的作用是為了減小由于湍流或射流等復雜流動帶來的熱緩沖管損失）；

所述的直線發電機2由兩個對置放置的直線電機組成以減小振動；所述的直線電機由活塞201、支撐單元202、定子線圈203、動子磁體204及外殼205組成；所述的直線發電機2旁接于所述諧振管109上；