[发明专利]一种双温位热源驱动的热声三相交流发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及发电系统，尤其涉及一种双温位热源驱动的热声三相交流发电系统。

背景技术

热声发动机由于没有机械运动部件、结构简单、运行可靠、寿命长的特点，是近年来的研究热点。行波热声发动机早在200多年前就出现了雏形，但由于回热器处声抗较低，工作振动速度较大，造成严重的粘性损失，从而限制了发动机效率。美国诺斯阿拉莫斯国家实验室的Backhaus和Swift等人提出的热声斯特林发动机，性能有了显著的提高，但是驻波的谐振管仍然为其主要部分，且尺寸通常较大，轴向尺寸约为4m-10m，其中储存的能量无法利用而是直接耗散。

目前新近发展的气液耦合热声发动机，利用液态工质的高密度质量惯性的特性，作为声感代替传统气体工质谐振管。

公开号为CN101282074A的中国专利文献公开了一种热声液态磁流体交流发电系统，包括热声发动机的液态磁流体发电机，所述热声发动机的谐振管耦合在所述磁流体交流发电机的、用于容纳液态磁流体的管道的一个开口端上，该管道放置在磁场中，使得液态磁流体在管道中流动时切割磁力线产生电能，其特征是，所述热声发动机的工质为气体工质。

公开号为CN101309040A的中国专利文献公开了一种采用室温离子液体的热声驱动磁流体发电系统，包括依次连接的第一环路行波热声核、谐振管、室温离子液体、发电装置及第二环路行波热声核，同时还包括连接于两个行波热声核之间的稳频装置。环路行波热声核包括依次连接的反馈管、声感管、声容管、第一水冷器。发电装置由矩形不锈钢外套、绝缘夹层、永磁体、电极和引线接头组成，同时还包括周期振荡的室温离子液体。稳频装置由两个带调节阀的气库通过两个截止阀连接到行波热声核。

为了解决传统热声发动机低频下谐振管尺寸较长、与负载匹配困难等一系列问题，中科院理化技术研究所罗二仓等人提出了新型的气-液双作用行波热声发动机，将三台完全相同的热声发动机串联成环路，中间采用内含液体活塞的U型谐振管连接。

公开号为CN103147949A的中国专利文献公开了一种热声双作用油润滑发电系统，具有至少三级串接的基本单元，每级基本单元均由热声转换装置、谐振装置和油润滑发电机组成；热声转换装置由依次连接的第一室温转换器、回热器、非室温换热器、热缓冲管和第二室温换热器组成；谐振装置的双U型管内装互不相溶的液体A和液体B；双U型管的三根竖直管内液面之上分别具有空腔；油润滑发电机与液体B液面上的空腔相连；上一级基本单元的第一空腔与下一级基本单元的热声转换装置的第一常温换热器相连，末级基本单元的第一空腔与下一级基本单元的热声转换装置的第一常温换热器相连。

利用环形结构虽然解决了声功回收的问题，可以使热声发动机获得更高的效率。但是，环路的拓扑结构会有直流的产生，可能导致U型管中的液体溢出，进入核心部件中，影响发动机安全运行。此结构利用液体活塞，主要是为利用液体工质的高密度质量惯性来调节系统谐振频率，气相热声发动机的起振温度、稳定工作温度普遍较高的问题仍然存在，限制了对于低品位热源的利用。

能源品位是能源做功能力的定性表述。通常情况下，人类利用能源的本质是利用其能量做功，能源所含有的有用成分百分比越高则品位越高。电能是一种高品位能量，利用、传输和分配都比较方便。火力发电在当今电力生产中还占据相当大的比重，但由于火力发电需先经化石燃料燃烧转换，中间环节多，转换效率低，且过程中排放大量的有害气体，造成环境污染。工业企业有很多高温过程，生产过程完成后剩余大量的废热，这些废热得不到有效利用，即属于低品位能源。若能利用这些低品位能源发电，不但可以节省传统火力发电所消耗的能源，节约成本，更能对空气污染现状起改善作用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种双温位热源驱动的热声三相交流发电系统，在较小的驱动温差下实现热声发动机起振，并稳定运行，以提高低品位热源在热声热机中的适用性。

本发明解决问题的技术方案为：

一种双温位热源驱动的热声三相交流发电系统，包括磁流体发电装置和构成环路的热声转换装置，所述环路内充有可相变工质，该可相变工质的液相作为磁流体发电装置的工质，可相变工质的气相作为热声转换装置的工质；

所述磁流体发电装置和相匹配的热声转换装置作为一个环路单元，所述热声三相交流发电系统至少有两个环路单元，各环路单元之间相互连通并共用所述的可相变工质。

作为优选，所述热声转换装置包括首尾依次连接构成环路的高温换热器、回热器、中温换热器、液体缓冲管和室温换热器，U形管、反馈管和声容管；其中各环路单元的U形管相互连通。