[发明专利]同时回收利用冷能和热能的双作用热声发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电系统，特别是一种同时回收利用低温流体冷能和低品位热能的双作用热声发电系统。

背景技术

能源的潜在危机和生态环境的恶化使世界各国积极开发利用低品位热能。在工业生产中，具有大量低品位、无法用常规方法进一步利用的废热，通常这部分热量只能被排放到环境中去，包括蒸汽锅炉、热媒锅炉、焚化炉、加热炉、电弧炉、水泥窑等的烟道气体排放，其中多数仍有相当的热能未被有效利用。同时，太阳能安全、无污染、储量丰富且可以经济利用。我国地处北半球欧亚大陆的东部，幅员辽阔，太阳能资源十分丰富。如果能够将太阳能有效利用，对于缓解我国的能源问题，保护生态环境，保证经济发展过程中能源的持续稳定供应都将具有重大而深远的意义。太阳能集热器主要有三种形式：塔式集热器、槽式集热器和碟式集热器。以槽式集热温度最低（通常低于400℃），但技术最为成熟。如果可以将工业废热和太阳能等低品位热能加以利用，会大大提高能源的利用率。

与此同时，在工业上常常存在多余冷能如工业副产品液氮、液化天然气的冷能等。而现有技术一方面在对冷能与低品位热能分别单独回收利用时存在经济性较差的问题，另一方面在单台设备上同时实现冷、热能的高效利用还存在较大的困难。目前来看，热声技术将是一个很好的选择，而热声发动机产生的声波能进一步转换为更易于利用的电能，是一种可靠、环保、多元化驱动源的新型发电系统。其效率甚至可以超越诸多现有的发电技术，这在能源危机和环境危机日益严峻的当今具有重要的科学研究价值和良好的市场前景。

图1为传统的双作用热声发电系统结构示意图，将三组相同的热声发动机和直线发电机串联成环路，结构紧凑、功率密度高。如图所示，该系统包括：直线发电机101、主室温换热器102、回热器105、热端换热器106、热缓冲管107、次室温换热器108和连接管109。直线发电机101由压缩活塞111、膨胀活塞112、发电机动子113、发电机定子线圈114和发电机负载115组成。热端换热器106吸收热源的热量形成高温端，主室温换热器102放出热量形成室温端，这样在回热器105的两端形成了温差，根据热声效应，当回热器达到一定温度梯度时，系统便自激起振，将热能转化成声功。声功沿着温度梯度的正方向先传递到本组的热缓冲管107和次室温换热器108，然后由连接管109传递到下一组的直线发电机101，将一部分声功转化成电功，将剩余的声功继续传递到下一组的主室温换热器102并通过回热器105产生和放大声功，依次传递下去，三组系统构成环路，每台发动机都可以回收上一台的部分声功，有利于提高效率。双作用体现在每台发电机的一个活塞起到压缩活塞的作用，另一个活塞起到膨胀活塞的作用，通过调节阻抗，均可以获得较高的热电转换效率和较大的发电量。在图1所示的传统的双作用热声发电系统中，无法简单通过主室温换热器102与低温冷源热交换来实现冷能利用，因为这样会造成大量的冷能损失。

本文正是基于以上传统热声发电系统存在的一些问题，提出了新型的可以同时回收利用低温流体冷能和低品位热能的双作用热声发电系统，大大提高了能源利用率；并通过新的结构设计，减少了冷能的损失，提高了回热器两端绝对温度之比，从而在不大幅增加系统复杂度的基础上使得热声发电系统性能较之单热源发电系统得到大幅地提高、同时也提高了能源回收利用的经济性。

发明内容

本发明的目的是针对现有热声发电系统无法同时利用冷源与热源的问题，提出了一种可同时回收利用低温流体冷能和低品位热能的双作用热声发电系统；本发明的优点在于新型的低品位热源供应系统和低温流体冷源供应系统，可以大大提高能源的利用率，而冷热源的同时利用可使回热器两端绝对温度之比大幅提高；同时新的结构设计，减少了冷能的损失，使得在不大幅增加系统复杂度的基础上大幅提高了热声发电系统的性能、同时也提高了能源回收利用的经济性。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的同时回收利用冷能和热能的双作用热声发电系统，其包括至少三组热声发电单元，所述至少三组热声发电单元构成环路；