[实用新型]一种应用于冷能回收的热声斯特林发电系统

说明书

本实用新型涉及一种应用于冷能回收的热声斯特林发电系统，包括一级以上的热声发动机和声‑电换能器；热声发动机包括依次相连的冷端换热器、回热器、热端换热器和谐振管；本实用新型所述热声发电系统可对冷能和热能进行回收，在回热器两端建立大温度梯度以提高能源利用率，在不影响系统效率与安全性的前提下移除了传统热声发动机中的热缓冲管和室温端换热器，明显降低了系统制造成本与系统复杂度，具有广阔的应用前景。

技术领域

本实用新型涉及冷能回收领域，具体涉及一种应用于冷能回收的热声斯特林发电系统。

背景技术

近年来，以液化天然气为主的低温流体在我国的使用量大幅度提升，并广泛应用于化工、发电、医疗、交通运输、供暖等领域。在国际范围内，液化天然气在各国的产能快速提升，据估计，到2030年天然气用量将跃至一次能源第二位。2017年，我国液态天然气进口已达3800万吨，且仍保持上升趋势。依据国家能源战略规划，到2020年，天然气在我国一次能源中的占比将提高到10％以上。当前的天然气交易中，交易总量的近三分之一以液化天然气的形式进行运输，这部分天然气需在当地液化天然气汽化站中经过再汽化才能投入使用或输送至用户端。在该过程中，液化天然气将释放约830-860kJ/kg的冷量；在传统液化天然气汽化站中，这部分冷量通常被海水带走，造成极大浪费。

液化天然气冷能的利用方式主要包括冷能发电、空气分离、冷库、空调以及低温养殖、栽培等。在诸多的液化天然气冷能回收形式中，冷能发电技术根据其原理不同可分为两大类，一是将其用于改善现有动力循环系统，提高效率以增加发电量，另一类是采用相对独立的低温动力循环；常见的冷能发电方式主要包括：直接膨胀法、低温朗肯循环的二次冷媒法、燃气轮机循环以及各类联合发电方法。

热声技术自出现以来就因其高本征效率与高可靠性受到了广泛关注。热声斯特林发动机的核心部件包括冷端换热器、加热器、回热器、热缓冲管、室温端换热器与谐振结构等组件。其中，行波热声斯特林发动机通过消耗冷、热㶲在回热器中建立温度梯度，在系统内维持行波声场驱动工质气团微元作斯特林循环以产生声功，并以压力波动的形式向发动机负载输出。根据气团微元所经历动力循环划分，将维持系统内行波声场的热声斯特林发动机可统称作热声斯特林发动机。

同其他动力循环系统相比，热声热机拥有更简单的结构，更低的制造成本与更高的稳定性。时至今日，热声斯特林发动机技术经历了从驻波热声发动机到行波热声发动机，从单级热声发动机到多级环路热声发动机的演化，已进入了实现其工业应用的关键时期，在液化天然气冷能利用领域拥有广阔的应用前景。

实现工业应用的关键时期，在液化天然气冷能利用领域拥有广阔的应用前景。

目前广泛应用的热声斯特林发电系统除上述核心部件外，还设有热缓冲管及室温端换热器。其中，热缓冲管的作用是：抑制射流的产生，降低通过工质及壁面流向非回热器侧的热损失。室温端换热器的作用是阻止通过工质及热缓冲管壁面传递的剩余热量进入谐振结构内。热缓冲管与室温端换热器相互配合，在热声斯特林发动机的冷、热端换热器外侧建立良好绝热，起到保护声-电换能器元件，降低能量损失的作用。如中国专利CN103670974A中的环路型多级热声斯特林发动机，在冷、热端都换热器的外侧都设有热缓冲管与室温端换热器以避免直线电机在过冷或过热环境下运行。而事实上，在气体工质在经过室温端换热器时也不可避免的造成粘性损失及换热温差带来的不可逆换热损失，降低了系统整体效率。此外，这种结构导致热声系统除冷能、热能供应系统外，还需额外引入一条室温端介质循环回路，系统复杂度明显增大，系统成本明显升高。

在中国专利CN105114268A中，实用新型人通过在谐振管外部设置换热夹套的方式替代传统的热缓冲管与室温端换热器。液化天然气流经换热夹套，与热声斯特林发动机外壳换热，系统除加热器和回热器外，全部在低温下运行。该结构能够避免室温端换热器中的粘性损失，但其冷能消耗量较大，对冷能回收效率影响较大，且未考虑到声功的引出位置与声-电换能器问题。

实用新型内容