[發明專利]一種耦合溫差發電的斯特林發動機系統及運行方法

有效

• 申請號: 202010694903.X
• 申請日: 2020-07-18
• 公開（公告）號: CN111828195B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 陳偉雄;錢奕然;張昇;孟宇;嚴俊杰;種道彤;劉明
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043;F02G1/047;F02G1/055;H02K7/18;H02N11/00;H02J7/32
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種耦合溫差發電的斯特林發動機系統的運行方法，該系統包括小型反應堆熱源(1)、循環泵(2)、分流閥(3)、斯特林發動機(4)、發電機(5)、匯集三通閥(6)、溫差發電系統(7)和蓄電池(8)；

小型反應堆熱源(1)的出口端連接循環泵(2)的入口端，循環泵(2)出口端與分流閥(3)的入口相連，分流閥(3)將進入溫差發電系統(7)的高溫工質分流出來，并從分流閥(3)的第二出口(3.2)輸送至溫差發電系統(7)高溫側的入口端，溫差發電系統(7)高溫側的出口端連接匯集三通閥(6)的第二入口(6.2)，溫差發電系統(7)的低溫側通入冷卻水冷卻，冷卻水流向與高溫工質流向相反，在溫差發電系統(7)內部形成溫差并產生電流，產生的電能儲存在蓄電池(8)中；

分流閥(3)第一出口(3.1)連接斯特林發動機(4)高溫側的進口端，斯特林發動機(4)高溫側的出口端連接匯集三通閥(6)的第一入口(6.1)，斯特林發動機(4)的低溫側通入冷卻水冷卻，斯特林發動機(4)輸出動力帶動發電機(5)發電，匯集三通閥(6)出口連接小型反應堆熱源(1)入口端；

所述溫差發電系統(7)采用半導體溫差發電系統，半導體溫差發電系統利用塞貝克效應，利用溫差在半導體中直接產生電動勢，將熱能轉換為電能，具有響應快的優點；

其特征在于：所述的耦合溫差發電的斯特林發動機系統的運行方法，具有三種運行方式：(一)、在外界負荷需求較低或無負荷需求條件下，停用斯特林發動機(4)和發電機(5)，利用小型反應堆熱源(1)加熱少量循環工質，通入溫差發電系統(7)并輸出少量電能，直接使用或在蓄電池(8)中儲存；(二)、在外界負荷需求較高且負荷穩定條件下，單獨啟用斯特林發動機(4)帶動發電機(8)發電；(三)、在外界負荷需求不穩定時，為應對頻繁波動變化的外界負荷需求，同時啟用斯特林發電系統和溫差發電系統(7)發電，當負荷需求變化時，通過改變分流閥(3)第二出口(3.2)的開度來改變流入溫差發電系統(7)的工質流量，保持進入斯特林發動機(4)的工質流量不變，利用溫差發電系統(7)的快速響應特性實現系統輸出功率的快速變化，滿足波動的外界負荷需求；

通過溫差發電和斯特林發動機帶動發電機發電，在三種運行方式間靈活切換，實現系統全工況自適應靈活運行；在較低負荷需求下，系統以運行方式(一)運行，分流閥(3)僅開啟第二出口(3.2)，控制高溫工質流入溫差發電系統(7)進行發電；當負荷需求上升，溫差發電系統輸出功率無法滿足外界需要時，開啟分流閥(3)的第一出口(3.1)，控制高溫工質流入斯特林發動機(4)，帶動發電機(5)發電；當外界負荷需求穩定后，逐漸關閉分流閥(3)的第二出口(3.2)，開大分流閥(3)的第一出口(3.1)，將流入溫差發電系統(7)的工質流量轉移至斯特林發動機(4)所在循環回路中，系統可以維持在運行方式(二)，使發電機(5)承載外界穩定負荷；部分開啟分流閥(3)的第二出口(3.2)開度，維持溫差發電系統(7)運行，系統處于在運行方式(三)；此時保持分流閥的第一出口(3.1)流量不變，維持斯特林發動機(4)的輸出功率穩定，使發電機(5)承擔大部分基本負荷，溫差發電系統(7)承擔小部分負荷；當外界負荷需求發生小范圍快速變化時，通過改變分流閥(3)的第二出口(3.2)開度調節流量，快速改變溫差發電系統(7)的輸出功率，使溫差發電系統(7)承擔外界負荷的快速變化部分，而斯特林發動機(4)的輸出功率保持不變，增加系統在變負荷時的運行靈活性，既能滿足外界負荷變化需要，又能避免頻繁改變斯特林發動機的轉速，影響部件使用壽命。