一种适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置及方法

本发明属于能源领域利用热致声效应实现能源转换，涉及一种适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置及方法。

背景技术：

1、现有冷热电联供系统按原动机类型分类，可分为蒸汽轮机系统、燃气轮机系统、内燃机系统及燃料电池系统等。其中，蒸汽轮机系统、燃气轮机系统主要用在大型的热电联供场合；基于内燃机的冷热电三联供技术是目前较为成熟的冷热电三联供技术，但是现有的发电装置效率低，不能满足实际需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置及方法。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提出的一种适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置，包括热声发电机；所述热声发电机包括热声发动机和直线发电机，热声发动机与直线发电机通过自由活塞连接在一起；

4、在热声发电机的上方安装有为热声发电机提供热源的热头，热头位于热声发动机热量输入处；在热声发电机的上连接有为热声发电机中热声发动机提供冷源的水冷回路。

5、优选地，热声发电机热头包括高温换热器及安装在高温换热器上的高温气体流道；

6、高温换热器的管束穿过高温气体流道，高温气体从高温换热器的气体入口流入换热器，在换热器上的高温气体流道流动传热，从高温换热器的气体出口流出。

7、优选地，热声发电机热头为圆柱形容器。

8、优选地，高温换热器为棒束型；高温气体流道为螺旋型板状。

9、优选地，气体入口及气体出口都连接有气体连接管路。

10、优选地，热头与气体连接管路连接采用刀口法兰方式。

11、优选地，在热声发电机的外部设有对热声发电机起支撑及固定作用的固定机架。

12、优选地，在直线发电机的外侧设有隔振弹簧，与固定机架相连接。

13、优选地，热声发动机内有惰性气体。

14、本发明提出的一种适用于气体热源的自由活塞型热声发电方法，包括如下步骤：

15、热声发电机内部自由活塞在流入热声发电机热头的高温气体与热声发电机水冷回路作用下产生压力波做谐振运动；

16、热声发动机驱动自由活塞往复运动实现热能至机械能的转换，直线发电机将自由活塞往复运动产生的机械能转换至电能。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明提出的一种适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置，它是一种外燃式发电技术，由热声发动机和直线发电机组成，可以采用不同热源，热源与冷源在热声发电机内形成驱动力驱动自由活塞运动，将热能转换为机械能，自由活塞通过直线发电机将机械能转化为电能，该技术可靠性高，运动部件少，其本征效率与卡诺循环相同，且适用于任何形式的热能，高效的热头与热源的换热能有效提高热能转换为功的效率，良好的热源与热头结构的接触设计可缓解振动对热源的影响。因此，本发明提出的适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置能够解决现有技术存在的问题。

19、进一步地，隔振弹簧主要对热声发电机内部的活塞组件运动引起的振动起到缓冲与隔绝作用，减小热声发电机振动对气体回路的影响。

20、进一步地，气体连接管路为s型钢管，s形设计的目的是缓冲热声发电机内自由活塞振动对高温气体管路的影响。

21、进一步地，热头与气体连接管路连接采用刀口法兰方式提高密封性及可刻拆卸性。

22、本发明提出的一种适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置的方法，该方法有效的解决了自由活塞发电装置与气体连接时热电效率低及自由活塞运动产生的振动对设备的影响及气体回路的影响问题，为核裂变热源耦合自由活塞热声发电装置技术提供方案。

技术特征：

1.一种适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置，其特征在于，包括热声发电机(1)；所述热声发电机(1)包括热声发动机(9)和直线发电机(10)，热声发动机(9)与直线发电机(10)通过自由活塞连接在一起；

2.根据权利要求1所述的适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置，其特征在于，热声发电机热头(2)包括高温换热器(11)及安装在高温换热器(11)上的高温气体流道(12)；

3.根据权利要求2所述的适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置，其特征在于，热声发电机热头(2)为圆柱形容器。

4.根据权利要求2所述的适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置，其特征在于，高温换热器(11)为棒束型；高温气体流道(12)为螺旋型板状。

5.根据权利要求2所述的适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置，其特征在于，气体入口(7)及气体出口(8)都连接有气体连接管路(3)。

6.根据权利要求5所述的适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置，其特征在于，热头(2)与气体连接管路(3)连接采用刀口法兰方式。

7.根据权利要求1所述的适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置，其特征在于，在热声发电机(1)的外部设有对热声发电机(1)起支撑及固定作用的固定机架(5)。

8.根据权利要求1所述的适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置，其特征在于，在直线发电机的外侧设有隔振弹簧(6)，与固定机架(5)相连接。

9.根据权利要求1所述的适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置，其特征在于，热声发动机(9)内有惰性气体。

10.一种适用于气体热源的自由活塞型热声发电方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种适用于气体热源的自由活塞型热声发电装置及方法，包括自由活塞型热声发电机本体，自由活塞型热声发电机热头，大弧度S形高温气体连接管路，自由活塞型热声发电机水冷回路，自由活塞型热声发电机固定机架，弓形隔振弹簧，高温气体通过大弧度S形连接管路流入自由活塞热声发电机热头，通过热头内的螺旋形气体流道将气体热量传递给棒束型换热器至自由活塞热声发电本体，自由活塞型热声发电机装置与高温气体大弧度S形管路连接，利用热致声效应，高效稳定的实现热能至电能的能源转换，为核裂变热源耦合自由活塞热声发电装置发电技术提供有效的解决方案。

技术研发人员：李伟,段倩妮,郭利鹏,武俊梅,王皓坤,陈虹汐,李小雨
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27