旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，包括熱端換熱器、板疊或回熱器、冷端換熱器及轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置，其中熱端換熱器和冷端換熱器提供溫差環(huán)境，板疊或回熱器加強內(nèi)部工質(zhì)換熱，將吸收到的熱能轉(zhuǎn)化為內(nèi)部工質(zhì)氣流交變振蕩的聲能，轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置用于將交變氣流振蕩轉(zhuǎn)化為同向旋轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機進行電能輸出。本發(fā)明提供的旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，可實現(xiàn)將吸收的熱能轉(zhuǎn)化為交變氣體振蕩的聲能，最終以旋轉(zhuǎn)動力的形式驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機進行電能輸出，具有制造成本低、運行性能穩(wěn)定高效，實踐操作性強的特點，便于熱聲發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與推廣。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱聲發(fā)電系統(tǒng),特別是涉及旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]針對現(xiàn)有熱聲發(fā)電系統(tǒng)中采用直線發(fā)電機將熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的往復(fù)氣體振蕩轉(zhuǎn)為切割磁場的直線運動進行發(fā)電的方式，雖然其具有方式直接、結(jié)構(gòu)部件少的優(yōu)點，但直線發(fā)電機成本高、穩(wěn)定性弱于旋轉(zhuǎn)電機，且大振動位移的直線電機難實現(xiàn)，導(dǎo)致引出聲功能力有限，制約了熱聲發(fā)電系統(tǒng)功率的提高，目前使用直線電機的單個熱聲發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率都在千瓦級內(nèi)，不利于熱聲發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與推廣。
[0003]另外將熱聲發(fā)動機中產(chǎn)生的交變氣流振蕩通過自整流透平技術(shù)轉(zhuǎn)換成同向旋轉(zhuǎn)運動再驅(qū)動負載的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對于透平裝置的葉片等部件制造技術(shù)要求高等問題，也沒有得到廣泛的實際應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有熱聲發(fā)電系統(tǒng)中，采用直線發(fā)電機存在的成本高、穩(wěn)定性差于旋轉(zhuǎn)電機、大功率實現(xiàn)困難的缺點，以及采用自整流透平技術(shù)存在設(shè)計制造要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于實際應(yīng)用的問題，提供一種旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，將吸收的熱能轉(zhuǎn)化為交變氣流振蕩的聲能，最終以旋轉(zhuǎn)動力的形式驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機進行電能輸出，實現(xiàn)制造成本低、運行穩(wěn)定且高效的換能，且易實現(xiàn)大功率化，利于熱聲發(fā)電技術(shù)的實際應(yīng)用與推廣。
[0005]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下:
一種旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其包括熱端換熱器、板疊或回熱器和冷端換熱器，及轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置，其中熱端換熱器和冷端換熱器提供溫差環(huán)境，板疊或回熱器加強內(nèi)部工質(zhì)換熱，將吸收到的熱能轉(zhuǎn)化為內(nèi)部工質(zhì)氣流交變振蕩的聲能，另外轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置使用活塞引出交變氣流振蕩的直線運動，并通過曲柄連桿轉(zhuǎn)化為同向旋轉(zhuǎn)運動，最終驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機輸出電能。
[0006]根據(jù)所述的發(fā)電裝置相對于熱聲發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)置形式分為外置式和內(nèi)置式。
[0007]所述的外置式發(fā)電裝置中電機處于熱聲發(fā)電系統(tǒng)外部，其密封裝置為軸向密封件，用于引出旋轉(zhuǎn)軸并隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境。
[0008]所述的內(nèi)置式發(fā)電裝置中電機處于熱聲發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部，其密封裝置為真空引線接頭，用于引出電機導(dǎo)線并隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境。
[0009]該熱聲發(fā)電系統(tǒng)為半波長或四分之一波長駐波型熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)還包括，連接在冷端換熱器之后的諧振管，所述的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置位于諧振管中。
[0010]所述的熱聲發(fā)電系統(tǒng)為對置式駐波型熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)還包括，連接在兩端冷端換熱器之間的諧振管，所述的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置位于諧振管中。
[0011]所述的熱聲發(fā)電系統(tǒng)為半波長或四分之一波長行波型熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)還包括，位于熱端換熱器之后的熱緩沖管和次冷卻器、連接次冷卻器與冷端換熱器的反饋回路、以及位于次冷卻器與反饋回路連接處的諧振管，所述的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置位于諧振管或反饋回路中。
[0012]所述的熱聲發(fā)電系統(tǒng)為純環(huán)路行波型熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)還包括，位于熱端換熱器之后的熱緩沖管及次冷卻器，以及連接次冷卻器與冷端換熱器的反饋回路，所述的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置位于反饋回路中。
[0013]所述的熱聲發(fā)電系統(tǒng)為對置式行波型熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)還包括，位于熱端換熱器之后的熱緩沖管和次冷卻器、連接次冷卻器與冷端換熱器的反饋回路，以及連接兩端反饋回路的諧振管，所述的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置位于諧振管中。
[0014]本發(fā)明的有益效果:由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，可實現(xiàn)將吸收的熱能轉(zhuǎn)化為交變氣流振蕩的聲能，最終以旋轉(zhuǎn)動力的形式驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機進行電能輸出，適用于傳統(tǒng)燃料能源、大型工業(yè)廢熱及太陽能等高低品位熱源。曲柄連桿傳動方式可靠，旋轉(zhuǎn)電機技術(shù)成熟，較直線發(fā)電機穩(wěn)定，使得該熱聲發(fā)電系統(tǒng)具有制造成本低、運行性能穩(wěn)定高效，實踐操作性強的特點，同時曲柄連桿機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)電機適用功率范圍廣，更容易實現(xiàn)系統(tǒng)大型化，一定程度上減小了熱聲發(fā)電系統(tǒng)的體積，利于熱聲發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用與推廣。
[0015]下面通過具體事例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1A為本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)化的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1B為本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)化的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例一的外置式發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1C為本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)化的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例一的內(nèi)置式發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)化的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3A為本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)化的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3B為本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)化的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例三的多端口輸出熱聲發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)化的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)化的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例五的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]其中圖標:1 一熱端換熱器；2—板疊或回熱器；3—冷端換熱器；4一諧振管；5—轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置；6—熱緩沖管；7—次冷卻器；8—反饋回路；
51—活塞；52—連桿；53—曲柄或飛輪；54—軸承；55—軸向密封件；56—旋轉(zhuǎn)電機；57—真空引線接頭。

【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明涉及的旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，包括常規(guī)熱聲發(fā)動機具有的熱端換熱器1、板疊或回熱器2、冷端換熱器3，還有用于轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置5，所述的發(fā)電裝置5用于將交變氣流振蕩轉(zhuǎn)化為同向旋轉(zhuǎn)運動，以驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機56進行電能輸出。利用該熱聲發(fā)電系統(tǒng)，相比于現(xiàn)有的直線電機發(fā)電技術(shù)和自整流透平技術(shù)具有制造成本更低、性能穩(wěn)定高效的特點，并且適用功率范圍廣，容易實現(xiàn)大型化，具有廣泛的適應(yīng)性與實踐性。下面通過在各類熱聲系統(tǒng)上的使用范例，詳細介紹該熱聲發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點。
[0019]實施例一
如圖1A所示，為旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。該熱聲發(fā)電系統(tǒng)為半波長或四分之一波長駐波型，包括熱端換熱器1、板疊或回熱器2、冷端換熱器3、諧振管4，及轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置5。該發(fā)電裝置5的結(jié)構(gòu)如圖1B所示，包括活塞51、連桿52、曲柄53、軸承54、軸向密封件55及旋轉(zhuǎn)電機56。
[0020]其工作原理為:首先對該熱聲系統(tǒng)的熱端換熱器I進行熱量供應(yīng)和冷端換熱器3進行冷卻，在此之間建立溫度梯度，回熱器2加強內(nèi)部工質(zhì)換熱，當溫度梯度超過臨界溫度梯度時，熱聲系統(tǒng)開始工作，即將吸收的熱能轉(zhuǎn)化為交變氣流振蕩的聲能，振蕩氣流不斷推動活塞51來回運動，通過連桿52和曲柄53傳動使之轉(zhuǎn)化為同向旋轉(zhuǎn)運動，繼而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機56進行發(fā)電,軸承54用于支撐固定旋轉(zhuǎn)軸,軸向密封件55用于隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境。另外，曲柄53可以用飛輪結(jié)構(gòu)替代。
[0021]根據(jù)所述發(fā)電裝置5中旋轉(zhuǎn)電機56相對于熱聲系統(tǒng)的設(shè)置形式，可分為外置式和內(nèi)置式。外置式發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1B所示，而內(nèi)置式發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1C所示，包括活塞51、連桿52、曲柄53、軸承54、旋轉(zhuǎn)電機56及真空引線接頭57。其工作原理與圖1B中所示的外置式發(fā)電裝置的工作原理相同，不同點在于:內(nèi)置式使用真空引線接頭57,引出旋轉(zhuǎn)電機導(dǎo)線輸出電能，同時隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境。
[0022]本實施例中，在半波長或四分之一波長駐波型熱聲系統(tǒng)中設(shè)置轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置構(gòu)成的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，可實現(xiàn)將吸收的熱能轉(zhuǎn)化為交變氣流振蕩的聲能，最終以旋轉(zhuǎn)運動的形式驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機進行電能輸出，適用于傳統(tǒng)燃料能源、大型工業(yè)廢熱及太陽能等高低品位熱源。曲柄連桿傳動方式可靠，旋轉(zhuǎn)電機技術(shù)成熟，較直線發(fā)電機穩(wěn)定，使得該熱聲發(fā)電系統(tǒng)具有制造成本低、運行性能穩(wěn)定高效，實踐操作性強的特點。另外內(nèi)置式發(fā)電裝置使用真空引線接頭的靜密封方式避免了軸向密封出現(xiàn)的動摩擦損失，使得熱聲發(fā)電系統(tǒng)更加聞效穩(wěn)定運行。
[0023]實施例二
如圖2所示，為旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。該熱聲系統(tǒng)為對置式駐波熱聲系統(tǒng)，包括熱端換熱器1、板疊2、冷端換熱器3、諧振管4及在諧振管相連處設(shè)有的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置5，所不同的是該駐波熱聲系統(tǒng)由兩個工作機理相同的駐波型熱聲發(fā)動機對接而成，共用一個諧振管4。
[0024]其工作原理與圖1A所示的熱聲發(fā)電系統(tǒng)的工作原理相同，不同的是發(fā)電裝置5兩端都有氣流振蕩，不斷推動兩個活塞51來回運動，通過連桿52和曲柄53傳動使之轉(zhuǎn)化為同向轉(zhuǎn)動，以驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機56進行電能輸出。可根據(jù)兩端氣體振蕩相位不同調(diào)整兩邊連桿連接曲柄或飛輪位置的角度差。另外用于兩端不同熱源溫度梯度下的熱聲發(fā)電系統(tǒng)可對應(yīng)選擇兩端連桿52與不同半徑下的曲柄或飛輪進行連接以適應(yīng)不同振幅下的氣流振蕩。
[0025]根據(jù)所述發(fā)電裝置5中旋轉(zhuǎn)電機56相對于熱聲系統(tǒng)的設(shè)置形式，發(fā)電裝置5既可以是圖2所示的內(nèi)置式，也可以為圖1B所示的外置式。不同的是外置式使用軸向密封件55隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境，內(nèi)置式使用真空引線接頭57，引出旋轉(zhuǎn)電機導(dǎo)線輸出電能，同時隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境。
[0026]本實施例中，在對置式駐波型熱聲系統(tǒng)中設(shè)置轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置構(gòu)成的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，可實現(xiàn)將吸收的熱能轉(zhuǎn)化為交變氣流振蕩的聲能，最終以旋轉(zhuǎn)動力的形式驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機進行電能輸出，且可以同時工作在兩個不同溫度熱源的情況下，適用于傳統(tǒng)燃料能源、大型工業(yè)廢熱及太陽能等高低品位熱源。曲柄連桿傳動方式可靠，旋轉(zhuǎn)電機技術(shù)成熟，較直線發(fā)電機穩(wěn)定，使得該熱聲發(fā)電系統(tǒng)具有制造成本低、運行性能穩(wěn)定高效，實踐操作性強的特點。另外內(nèi)置式發(fā)電裝置使用真空引線接頭的靜密封方式避免了軸向密封出現(xiàn)的動摩擦損失，使得熱聲發(fā)電系統(tǒng)更加高效穩(wěn)定運行。
[0027]實施例三
如圖3A所示，為旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。該熱聲系統(tǒng)為半波長或四分之一波長行波型，包括熱端換熱器1、板疊2、冷端換熱器3、熱緩沖管6、次冷卻器7、反饋回路8、諧振管4，及在諧振管與反饋回路連接處設(shè)置的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置5。
[0028]其工作原理為:首先對該熱聲系統(tǒng)的熱端換熱器I進行熱量供應(yīng)和冷端換熱器3進行冷卻，在此之間建立溫度梯度，回熱器2加強內(nèi)部工質(zhì)換熱，當溫度梯度超過臨界溫度梯度時，熱聲系統(tǒng)開始工作，即將吸收的熱能轉(zhuǎn)化為交變氣流振蕩的聲能，通過連桿52和曲柄53傳動使之轉(zhuǎn)化為同向旋轉(zhuǎn)運動，繼而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機56進行發(fā)電，軸承54用于支撐固定旋轉(zhuǎn)軸，軸向密封件55用于隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境。另外，曲柄53可以用飛輪結(jié)構(gòu)替代。熱緩沖管6用于減少聲波的粘性損失，次冷卻器7帶走多余熱量使得聲功輸出在一個室溫范圍內(nèi)，避免高溫對發(fā)電裝置5的影響，反饋回路8連接次冷卻器7和冷端換熱器3，形成的環(huán)路提供行波聲場，諧振管提供駐波聲場配合環(huán)路以提高熱聲轉(zhuǎn)化效率。
[0029]根據(jù)所述發(fā)電裝置5中旋轉(zhuǎn)電機56相對于熱聲系統(tǒng)的設(shè)置形式，發(fā)電裝置5既可以為圖3A所示的內(nèi)置式，也可以為圖1B所示的外置式。不同的是外置式使用軸向密封件55隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境，而內(nèi)置式使用真空引線接頭57，引出旋轉(zhuǎn)電機導(dǎo)線輸出電能，同時隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境。
[0030]本實例中所述發(fā)電裝置5不僅可以設(shè)置在諧振管與反饋回路連接處，還可以連接在熱聲發(fā)動機處于室溫的的任意位置，包括反饋回路8與諧振管4。另外，在所述處于室溫的位置可以同時進行多端口輸出，如圖3B所示，為旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例三的多端口輸出熱聲發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，與圖3A所示的熱聲發(fā)電系統(tǒng)不同點在于，這是一臺熱聲發(fā)動機多端口輸出同時驅(qū)動多發(fā)電裝置5的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，可用于不同能量等級需求，但其工作原理是相同的。
[0031]本實施例中，在半波長或四分之一波長行波型熱聲系統(tǒng)中反饋回路或諧振管處設(shè)置一個或多個轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置構(gòu)成的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，可實現(xiàn)將吸收的熱能轉(zhuǎn)化為交變氣流振蕩的聲能，最終以旋轉(zhuǎn)動力的形式驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機進行電能輸出，適用于傳統(tǒng)燃料能源、大型工業(yè)廢熱及太陽能等高低品位熱源。曲柄連桿傳動方式可靠，旋轉(zhuǎn)電機技術(shù)成熟，較直線發(fā)電機穩(wěn)定，使得該熱聲發(fā)電系統(tǒng)具有制造成本低、運行性能穩(wěn)定高效，實踐操作性強的特點。另外內(nèi)置式發(fā)電裝置使用真空引線接頭的靜密封方式避免了軸向密封出現(xiàn)的動摩擦損失，使得熱聲發(fā)電系統(tǒng)更加高效穩(wěn)定運行。
[0032]實施例四
如圖4所示，為旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。與圖3所示不同點在于，這是一臺純環(huán)路行波熱聲發(fā)電系統(tǒng)，包括熱端換熱器1、板疊2、冷端換熱器3、熱緩沖管6、次冷卻器7、反饋回路8，及用于轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置5。
[0033]其工作原理與圖3A所不的熱聲發(fā)電系統(tǒng)的工作原理相同，不同點在于:本實施例中的熱聲發(fā)電系統(tǒng)沒有諧振管，聲波主要是以行波的形式存在，由環(huán)路引出的聲能全由發(fā)電裝置5進行接收轉(zhuǎn)換。
[0034]根據(jù)所述發(fā)電裝置5中旋轉(zhuǎn)電機56相對于熱聲系統(tǒng)的設(shè)置形式，發(fā)電裝置5既可以為圖4所示的內(nèi)置式，也可以為圖1B所示的外置式。不同的是外置式使用軸向密封件55隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境，而內(nèi)置式使用真空引線接頭57，引出旋轉(zhuǎn)電機導(dǎo)線輸出電能，同時隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境。
[0035]本實施例中，在純環(huán)路行波熱聲系統(tǒng)中設(shè)置轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置所構(gòu)成的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，可實現(xiàn)將吸收的熱能轉(zhuǎn)化為交變氣流振蕩的聲能，最終以旋轉(zhuǎn)動力的形式驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機進行電能輸出，適用于傳統(tǒng)燃料能源、大型工業(yè)廢熱及太陽能等高低品位熱源。曲柄連桿傳動方式可靠，旋轉(zhuǎn)電機技術(shù)成熟，較直線發(fā)電機穩(wěn)定，使得該熱聲發(fā)電系統(tǒng)具有制造成本低、運行性能穩(wěn)定高效，實踐操作性強的特點。另外內(nèi)置式發(fā)電裝置使用真空引線接頭的靜密封方式避免了軸向密封出現(xiàn)的動摩擦損失，使得熱聲發(fā)電系統(tǒng)更加高效穩(wěn)定運行。
[0036]此外，由于系統(tǒng)中不存在諧振管，從環(huán)路中引出的聲能全都由發(fā)電裝置進行轉(zhuǎn)換，相比帶有諧振管的熱聲系統(tǒng)減少了諧振管的聲功耗散，大大提高了熱聲發(fā)電系統(tǒng)的功率水平。目前熱聲發(fā)電系統(tǒng)中使用的直線電機大振動位移難以實現(xiàn)，導(dǎo)致引出聲功能力有限，單個熱聲發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率都在千瓦級內(nèi)，因此不適用于純環(huán)路大功率熱聲發(fā)電系統(tǒng)。而本發(fā)明很好的克服了這個問題，曲柄連桿機構(gòu)與旋轉(zhuǎn)電機適用功率范圍大，更容易實現(xiàn)熱聲發(fā)電系統(tǒng)大型化。同時諧振管占據(jù)了熱聲系統(tǒng)的主要空間，除去諧振管后的熱聲發(fā)電系統(tǒng)在尺寸上大大減小，增添了該熱聲發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性。
[0037]實施例五
如圖5所示，為利用旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)化的熱聲發(fā)電系統(tǒng)實施例五的結(jié)構(gòu)示意圖。該熱聲系統(tǒng)為對置式行波熱聲系統(tǒng)，包括熱端換熱器1、回熱器2、冷端換熱器3、諧振管4、熱緩沖管
6、次冷卻器7、反饋回路8，及在諧振管相連處設(shè)有的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置5，所不同的是該熱聲系統(tǒng)由兩個工作機理相同的行波熱聲發(fā)動機對接而成，共用一個諧振管4。
[0038]根據(jù)所述發(fā)電裝置5中旋轉(zhuǎn)電機56相對于熱聲系統(tǒng)的設(shè)置形式，發(fā)電裝置5既可以為圖5所示的內(nèi)置式，也可以為圖1B所示的外置式。不同的是外置式使用軸向密封件55隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境，而內(nèi)置式使用真空引線接頭57，引出旋轉(zhuǎn)電機導(dǎo)線輸出電能，同時隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境。
[0039]其工作原理與圖3A所示的熱聲發(fā)電系統(tǒng)的工作原理相同，不同的是發(fā)電裝置5兩端都有氣流振蕩，不斷推動兩個活塞51來回運動，通過連桿52和曲柄53傳動使之轉(zhuǎn)化為同向轉(zhuǎn)動，以驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機56進行電能輸出。可根據(jù)兩端氣體振蕩相位不同調(diào)整兩邊連桿連接曲柄或飛輪位置的角度差，另外用于兩端不同熱源溫度梯度下的熱聲發(fā)電系統(tǒng)可對應(yīng)選擇兩端連桿52與不同半徑下的曲柄或飛輪進行連接以適應(yīng)不同振幅下的氣流振蕩。
[0040]本實施例中，在對置式行波型熱聲系統(tǒng)的諧振管相連處設(shè)置轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置所構(gòu)成的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，可實現(xiàn)將吸收的熱能轉(zhuǎn)化為交變氣流振蕩的聲能，最終以旋轉(zhuǎn)動力的形式驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機進行電能輸出，且可以同時工作在兩個不同溫度熱源的情況下，適用于傳統(tǒng)燃料能源、大型工業(yè)廢熱及太陽能等高低品位熱源。曲柄連桿傳動方式可靠，旋轉(zhuǎn)電機技術(shù)成熟，較直線發(fā)電機穩(wěn)定，使得該熱聲發(fā)電系統(tǒng)具有制造成本低、運行性能穩(wěn)定高效，實踐操作性強的特點。另外內(nèi)置式發(fā)電裝置使用真空引線接頭的靜密封方式避免了軸向密封出現(xiàn)的動摩擦損失，使得熱聲發(fā)電系統(tǒng)更加高效穩(wěn)定運行。
[0041]最后需要說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:其依然可以對前述各實施例所描述的技術(shù)方案進行修改或?qū)ζ渲胁糠旨夹g(shù)進行同等替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，其包括熱端換熱器、板疊或回熱器和冷端換熱器，及轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置，其中熱端換熱器和冷端換熱器提供溫差環(huán)境，板疊或回熱器加強內(nèi)部工質(zhì)換熱，將吸收到的熱能轉(zhuǎn)化為內(nèi)部工質(zhì)氣流交變振蕩的聲能，另外轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置使用活塞引出交變氣流振蕩的直線運動，并通過曲柄連桿轉(zhuǎn)化為同向旋轉(zhuǎn)運動，最終驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機輸出電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)所述的發(fā)電裝置相對于熱聲發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)置形式分為外置式和內(nèi)置式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的外置式發(fā)電裝置中電機處于熱聲發(fā)電系統(tǒng)外部，其密封裝置為軸向密封件，用于引出旋轉(zhuǎn)軸并隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的內(nèi)置式發(fā)電裝置中電機處于熱聲發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部，其密封裝置為真空引線接頭，用于引出電機導(dǎo)線并隔絕熱聲系統(tǒng)內(nèi)部高壓氣體與外部常壓環(huán)境。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該熱聲發(fā)電系統(tǒng)為半波長或四分之一波長駐波型熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)還包括，連接在冷端換熱器之后的諧振管，所述的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置位于諧振管中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱聲發(fā)電系統(tǒng)為對置式駐波型熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)還包括，連接在兩端冷端換熱器之間的諧振管，所述的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置位于諧振管中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱聲發(fā)電系統(tǒng)為半波長或四分之一波長行波型熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)還包括，位于熱端換熱器之后的熱緩沖管和次冷卻器、連接次冷卻器與冷端換熱器的反饋回路、以及位于次冷卻器與反饋回路連接處的諧振管，所述的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置位于諧振管或反饋回路中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱聲發(fā)電系統(tǒng)為純環(huán)路行波型熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)還包括，位于熱端換熱器之后的熱緩沖管和次冷卻器，以及連接次冷卻器與冷端換熱器的反饋回路，所述的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置位于反饋回路中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動的熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱聲發(fā)電系統(tǒng)為對置式行波型熱聲發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)還包括，位于熱端換熱器之后的熱緩沖管和次冷卻器、連接次冷卻器與冷端換熱器的反饋回路，以及連接兩端反饋回路的諧振管，所述的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)動力的發(fā)電裝置位于諧振管中。
【文檔編號】H02K7/18GK104214062SQ201410377693
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】羅凱, 孫大明, 章杰, 張慧超, 王凱 申請人:浙江大學(xué)