[實(shí)用新型]一種應(yīng)用于冷能回收的熱聲斯特林發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201921471191.4
• 申請(qǐng)日: 2019-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN211202144U
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 俞益波;孫方軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江紫明科技有限公司
• 主分類號(hào): F02G1/043
• 分類號(hào): F02G1/043;F02G1/053
• 代理公司: 浙江英普律師事務(wù)所 33238
• 代理人: 王廣;王炎軍

本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于冷能回收的熱聲斯特林發(fā)電系統(tǒng)，包括一級(jí)以上的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和聲?電換能器；熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)包括依次相連的冷端換熱器、回?zé)崞鳌岫藫Q熱器和諧振管；本實(shí)用新型所述熱聲發(fā)電系統(tǒng)可對(duì)冷能和熱能進(jìn)行回收，在回?zé)崞鲀啥私⒋鬁囟忍荻纫蕴岣吣茉蠢寐剩诓挥绊懴到y(tǒng)效率與安全性的前提下移除了傳統(tǒng)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中的熱緩沖管和室溫端換熱器，明顯降低了系統(tǒng)制造成本與系統(tǒng)復(fù)雜度，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及冷能回收領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于冷能回收的熱聲斯特林發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，以液化天然氣為主的低溫流體在我國(guó)的使用量大幅度提升，并廣泛應(yīng)用于化工、發(fā)電、醫(yī)療、交通運(yùn)輸、供暖等領(lǐng)域。在國(guó)際范圍內(nèi)，液化天然氣在各國(guó)的產(chǎn)能快速提升，據(jù)估計(jì)，到2030年天然氣用量將躍至一次能源第二位。2017年，我國(guó)液態(tài)天然氣進(jìn)口已達(dá)3800萬噸，且仍保持上升趨勢(shì)。依據(jù)國(guó)家能源戰(zhàn)略規(guī)劃，到2020年，天然氣在我國(guó)一次能源中的占比將提高到10％以上。當(dāng)前的天然氣交易中，交易總量的近三分之一以液化天然氣的形式進(jìn)行運(yùn)輸，這部分天然氣需在當(dāng)?shù)匾夯烊粴馄局薪?jīng)過再汽化才能投入使用或輸送至用戶端。在該過程中，液化天然氣將釋放約830-860kJ/kg的冷量；在傳統(tǒng)液化天然氣汽化站中，這部分冷量通常被海水帶走，造成極大浪費(fèi)。

液化天然氣冷能的利用方式主要包括冷能發(fā)電、空氣分離、冷庫、空調(diào)以及低溫養(yǎng)殖、栽培等。在諸多的液化天然氣冷能回收形式中，冷能發(fā)電技術(shù)根據(jù)其原理不同可分為兩大類，一是將其用于改善現(xiàn)有動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，提高效率以增加發(fā)電量，另一類是采用相對(duì)獨(dú)立的低溫動(dòng)力循環(huán)；常見的冷能發(fā)電方式主要包括：直接膨脹法、低溫朗肯循環(huán)的二次冷媒法、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)以及各類聯(lián)合發(fā)電方法。

熱聲技術(shù)自出現(xiàn)以來就因其高本征效率與高可靠性受到了廣泛關(guān)注。熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件包括冷端換熱器、加熱器、回?zé)崞鳌峋彌_管、室溫端換熱器與諧振結(jié)構(gòu)等組件。其中，行波熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)通過消耗冷、熱?在回?zé)崞髦薪囟忍荻龋谙到y(tǒng)內(nèi)維持行波聲場(chǎng)驅(qū)動(dòng)工質(zhì)氣團(tuán)微元作斯特林循環(huán)以產(chǎn)生聲功，并以壓力波動(dòng)的形式向發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載輸出。根據(jù)氣團(tuán)微元所經(jīng)歷動(dòng)力循環(huán)劃分，將維持系統(tǒng)內(nèi)行波聲場(chǎng)的熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可統(tǒng)稱作熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。

同其他動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)相比，熱聲熱機(jī)擁有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，更低的制造成本與更高的穩(wěn)定性。時(shí)至今日，熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)經(jīng)歷了從駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)到行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，從單級(jí)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)到多級(jí)環(huán)路熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的演化，已進(jìn)入了實(shí)現(xiàn)其工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵時(shí)期，在液化天然氣冷能利用領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵時(shí)期，在液化天然氣冷能利用領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

目前廣泛應(yīng)用的熱聲斯特林發(fā)電系統(tǒng)除上述核心部件外，還設(shè)有熱緩沖管及室溫端換熱器。其中，熱緩沖管的作用是：抑制射流的產(chǎn)生，降低通過工質(zhì)及壁面流向非回?zé)崞鱾?cè)的熱損失。室溫端換熱器的作用是阻止通過工質(zhì)及熱緩沖管壁面?zhèn)鬟f的剩余熱量進(jìn)入諧振結(jié)構(gòu)內(nèi)。熱緩沖管與室溫端換熱器相互配合，在熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的冷、熱端換熱器外側(cè)建立良好絕熱，起到保護(hù)聲-電換能器元件，降低能量損失的作用。如中國(guó)專利CN103670974A中的環(huán)路型多級(jí)熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，在冷、熱端都換熱器的外側(cè)都設(shè)有熱緩沖管與室溫端換熱器以避免直線電機(jī)在過冷或過熱環(huán)境下運(yùn)行。而事實(shí)上，在氣體工質(zhì)在經(jīng)過室溫端換熱器時(shí)也不可避免的造成粘性損失及換熱溫差帶來的不可逆換熱損失，降低了系統(tǒng)整體效率。此外，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致熱聲系統(tǒng)除冷能、熱能供應(yīng)系統(tǒng)外，還需額外引入一條室溫端介質(zhì)循環(huán)回路，系統(tǒng)復(fù)雜度明顯增大，系統(tǒng)成本明顯升高。

在中國(guó)專利CN105114268A中，實(shí)用新型人通過在諧振管外部設(shè)置換熱夾套的方式替代傳統(tǒng)的熱緩沖管與室溫端換熱器。液化天然氣流經(jīng)換熱夾套，與熱聲斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)外殼換熱，系統(tǒng)除加熱器和回?zé)崞魍猓吭诘蜏叵逻\(yùn)行。該結(jié)構(gòu)能夠避免室溫端換熱器中的粘性損失，但其冷能消耗量較大，對(duì)冷能回收效率影響較大，且未考慮到聲功的引出位置與聲-電換能器問題。

實(shí)用新型內(nèi)容