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一种槽式聚光太阳能热声发电系统

阅读：181发布：2020-05-17

IPRDB可以提供一种槽式聚光太阳能热声发电系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及太阳能热发电技术领域，具体涉及了一种槽式聚光太阳能热声发电系统，包括槽式太阳能集热器、循环泵和热声发电机，所述槽式太阳能集热器、循环泵和热声发电机通过热流体管道依次连通并构成发电回路；所述槽式太阳能集热器通过反射太阳光对其内部的传热流体加热，所述循环泵驱动所述传热流体在所述发电回路中循环流动，所述热声发电机将所述传热流体传递的热能依次转化为振荡波形式的机械能(声能)和电能。本发明提供的一种槽式聚光太阳能热声发电系统，该系统由太阳能集热器与热声发电机结合构成，解决了现有的太阳能热发电系统结构复杂、建造周期长、成本较高的问题。，下面是一种槽式聚光太阳能热声发电系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种槽式聚光太阳能热声发电系统，其特征在于，包括槽式太阳能集热器、循环泵和热声发电机，所述槽式太阳能集热器、循环泵和热声发电机通过热流体管道依次连通并构成发电回路；所述槽式太阳能集热器通过反射太阳光对其内部的传热流体加热，所述循环泵驱动所述传热流体在所述发电回路中循环流动，所述热声发电机将所述传热流体传递的热能依次转化为振荡波形式的机械能和电能。

2.根据权利要求1所述的槽式聚光太阳能热声发电系统，其特征在于，所述槽式太阳能集热器与所述循环泵之间的所述热流体管道上设置有膨胀槽。

3.根据权利要求2所述的槽式聚光太阳能热声发电系统，其特征在于，所述槽式太阳能集热器与所述热声发电机之间的所述热流体管道上依次设有补燃装置、蓄热装置。

4.根据权利要求3所述的槽式聚光太阳能热声发电系统，其特征在于，所述蓄热装置内部填充熔盐材料，所述补燃装置与所述热声发电机之间的所述热流体管道穿过所述蓄热装置，并且被所述熔盐材料包裹。

5.根据权利要求4所述的槽式聚光太阳能热声发电系统，其特征在于，所述熔盐材料为将不同的盐进行配比得到的混合盐，所述混合盐的相变温度与所述传热流体加热后的温度相同。

6.根据权利要求5所述的槽式聚光太阳能热声发电系统，其特征在于，所述熔盐材料的相变温度为350-400℃。

7.根据权利要求4所述的槽式聚光太阳能热声发电系统，其特征在于，被所述熔盐材料包裹的所述热流体管道为蛇形管路。

8.根据权利要求1所述的槽式聚光太阳能热声发电系统，其特征在于，所述传热流体为导热油或者超临界水。

9.根据权利要求1所述的槽式聚光太阳能热声发电系统，其特征在于，所述热声发电机包括声学双作用型行波热声发电机或者机械双作用型行波热声发电机。

10.根据权利要求9所述的槽式聚光太阳能热声发电系统，其特征在于，所述热声发电机包括若干个依次串联连接的热声发电单元。

说明书全文

一种槽式聚光太阳能热声发电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能热发电技术领域，尤其涉及一种太阳能热声发电系统，更具体地涉及一种分布式太阳能热声发电系统。

背景技术

[0002] 随着化石能源的大规模应用，能源短缺以及环境污染带来的问题对人类经济社会发展的影响日趋明显。我国属于全球太阳能资源最丰富的地区之一，充分合理地利用太阳能资源，对于减少并最终替代传统能源的使用具有重要意义。

[0003] 太阳能发电技术主要包括光伏发电与光热发电两大类。其中，光伏发电技术在21世纪获得了较快的发展，但目前仍然存在一些尚未解决的问题，比如太阳能电池的效率与成本难以协调、大规模储电技术仍有待探索等，这些因素都限制了光伏发电产业的进一步发展。

[0004] 而太阳能光热发电主要是指聚焦型太阳能热发电，按照太阳能的聚集方式可分为槽式、线性菲涅尔式、塔式及碟式四种。与光伏发电系统相比，光热发电系统的一个显著特点是可以通过储热及补燃的方式解决太阳能不稳定、不持续的问题，实现不间断的电力输出。但是，当前的槽式与塔式太阳能热发电系统均采用朗肯循环，所用的蒸汽轮机通常功率较大，因此，只能采用大规模集热的集中式发电方式，这便带来了初期投资大，建设周期长，运营成本高等问题。

发明内容

[0005] (一)要解决的技术问题

[0006] 本发明要解决的技术问题是提供了一种槽式聚光太阳能热声发电系统，该系统由目前市场成熟度较高的槽式太阳能集热器与热声发电机结合构成，解决了现有的太阳能热发电系统结构复杂、建造周期长、成本较高的问题。

[0007] (二)技术方案

[0008] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种槽式聚光太阳能热声发电系统，包括槽式太阳能集热器、循环泵和热声发电机，所述槽式太阳能集热器、循环泵和热声发电机通过热流体管道依次连通并构成发电回路；所述槽式太阳能集热器通过反射太阳光对其内部的传热流体加热，所述循环泵驱动所述传热流体在所述发电回路中循环流动，所述热声发电机将所述传热流体传递的热能依次转化为振荡波形式的机械能和电能。

[0009] 进一步的，前述槽式太阳能集热器与所述循环泵之间的所述热流体管道上设置有膨胀槽。

[0010] 进一步的，前述槽式太阳能集热器与所述热声发电机之间的所述热流体管道上依次设有补燃装置、蓄热装置。

[0011] 进一步的，前述蓄热装置内部填充熔盐材料，所述补燃装置与所述热声发电机之间的所述热流体管道穿过所述蓄热装置，并且被所述熔盐材料包裹。

[0012] 进一步的，前述熔盐材料为将不同的盐进行配比得到的混合盐，所述混合盐的相变温度与所述传热流体加热后的温度相同。

[0013] 进一步的，前述熔盐材料的相变温度为350-400℃。

[0014] 进一步的，被所述熔盐材料包裹的所述热流体管道为蛇形管路。

[0015] 进一步的，前述传热流体为导热油或者超临界水。

[0016] 进一步的，前述热声发电机包括声学双作用型行波热声发电机或者机械双作用型行波热声发电机。

[0017] 进一步的，前述热声发电机包括若干个依次串联连接的热声发电单元。

[0018] (三)有益效果

[0019] 本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

[0020] 本发明提供的一种槽式聚光太阳能热声发电系统，由槽式太阳能集热器、循环泵和热声发电机通过热流体管道依次连通并构成发电回路；槽式太阳能集热器通过反射太阳光对传热流体加热；高温油泵驱动传热流体在发电回路中循环流动，为热声发电机提供热能；热声发电机将被加热的传热流体传递的热能转化为振荡波形式的机械能(声能)，然后将该机械能转化为电能。该槽式聚光太阳能热声发电系统将太阳能集热器与热声发电机有效结合在一起，形成一套结构简单、安装便利、建造灵活、建造周期短、成本低的槽式聚光太阳能热声发电系统。

[0021] 本发明提供的一种槽式聚光太阳能热声发电系统，采用的热声发电机做为一种新型热发电装置，具有可靠性好、功率灵活、效率高、对环境友好等特点。蓄热装置的加入可以使整个槽式聚光太阳能热声发电系统连续稳定地工作。

[0022] 本发明提供的一种槽式聚光太阳能热声发电系统，既可以单台小功率工作，又可以多台联合实现大功率工作，具有灵活的输出功率，可根据实际的需要而设定，并且灵活应用于不同的场合。

附图说明

[0023] 图1为本发明实施例一槽式聚光太阳能热声发电系统的结构示意图；

[0024] 图2为本发明实施例二槽式聚光太阳能热声发电系统的结构示意图；

[0025] 图3为本发明实施例三槽式聚光太阳能热声发电系统的结构示意图。

[0026] 其中，1：热声发电机；2：循环泵；3：膨胀槽；4：槽式太阳能集热器；5：补燃装置；6：蓄热装置；7：热流体管道；8：主水冷器；9：回热器；10：加热器；11：热缓冲管；12：次水冷器；
13：直线发电机；14：膨胀活塞；15：压缩活塞：16：直流抑制器；17：谐振管；18：第一阀门；19：
第二阀门。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

[0028] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“若干”的含义是一个或一个以上。

[0029] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0030] 实施例一

[0031] 如图1所示，本实施例提供的一种槽式聚光太阳能热声发电系统，包括槽式太阳能集热器4、循环泵2和热声发电机1，热流体管道7用以将系统中所有部件连接起来，槽式太阳能集热器4、循环泵2和热声发电机1通过热流体管道7依次连通并构成发电回路；本实施例采用槽式太阳能集热器4，可有效降低系统成本，同时增加系统的可靠性，其作用是通过反射太阳光对其内部的传热流体加热，使传热流体的运行温度在350-400℃之间；循环泵2可根据系统选取的传热流体选择合适的型号，循环泵2驱动传热流体在发电回路中循环流动，为热声发电机1提供热能；热声发电机1将传热流体传递的热能先转化为振荡波形式的机械能(声能)，然后再将机械能转化为电能。

[0032] 槽式太阳能集热器4与循环泵2之间的热流体管道7上设置有膨胀槽3，用以缓冲传热流体因温度波动而发生的体积变化。

[0033] 槽式太阳能集热器4与热声发电机1之间的热流体管道7上设有补燃装置5和蓄热装置6，保证发电系统连续稳定的工作，并且可以改善系统的可靠性与效率。

[0034] 当遇到连续阴雨天气等光照长时间不足的情况时，补燃装置5可通过燃烧化石燃料为整个发电系统提供热能，保证整个系统能够连续、稳定地运行。

[0035] 蓄热装置6内部填充熔盐材料，主要蓄热方式为相变蓄热，补燃装置5与热声发电机1之间的热流体管道7穿过蓄热装置6，并且被熔盐材料包裹。熔盐材料为将不同的盐进行配比得到的混合盐，且混合盐的相变温度与传热流体加热后的温度相同，该混合盐同时还具有熔融时体积变化小，熔融潜热大的特点。本实施例中，采用以硝酸盐为主的混合盐做为蓄热用的熔盐材料，熔盐材料的变相温度为350-400℃。除本实施例中举例的以硝酸盐为主的混合盐以外，还可根据热声发电机1的设计工况，选择合适的熔盐材料，只要能满足在阳光充足的时候将多余的热量储存起来，在光照条件不佳的时候释放热量的功能即可。同时相变蓄热的方式还能使导热油保持相对稳定的温度，这有利于热声发电机1稳定、高效地运行，并提高整个发电系统的可靠性。

[0036] 优选的，被熔盐材料包裹的热流体管道7为蛇形管路，蛇形管路可以在一定的面积内，增大热流体管道7与熔盐材料的接触面积，更有利于热流体管道7与熔盐材料进行传热。

[0037] 本实施例中，传热流体为导热油或者超临界水。其中，采用导热油做为传热流体，可大大降低系统的操作压力和安全要求，提高系统和设备的可靠性，此时循环泵2可选择高温油泵；采用超临界水做为传热流体时，系统需要较高的运行压力，此时循环泵2可选择高温高压水泵。由于与导热油相比，超临界水的价格比较低廉，同时超临界水还具有更高的比热容和热导率，本实施例中优选的采用超临界水作为传热流体，实际应用中可以根据实际情况进行选择。

[0038] 进一步的，热声发电机1为机械双作用型行波热声发电机1，热声发电机1包括若干个依次串联连接的热声发电单元，优选的，本实施例中，热声发电机1包括四个依次串联连接的结构一致的热声发电单元。

[0039] 其中，各个热声发电单元首尾相连，每个热声发电单元包括依次连接的主水冷器8、回热器9、加热器10、热缓冲管11、次水冷器12和直线发电机13，直线发电机13分别连接于上一个热声发动机单元的出口处与下一个热声发动机单元的入口处，直线发电机13包括膨胀活塞14和压缩活塞15。

[0040] 另外，系统内还设置了与槽式太阳能集热器4并联的热流体管道7，使得系统可以根据实际情况在不同运行模式之间灵活切换。白天光照充足的时候，打开控制槽式太阳能集热器4的第一阀门18，并且关闭控制与槽式太阳能集热器4并联的热流体管道7上的第二阀门19，槽式太阳能集热器4为整个系统提供热能，蓄热装置6用以储存槽式太阳能集热器4收集的多余热量。晚上光照不足的时候，关闭控制槽式太阳能集热器4的第一阀门18，打开控制与槽式太阳能集热器4并联的热流体管道7上的第二阀门19，蓄热装置6通过释放储存的热量，为整个系统提供热能；当遇到连续阴雨天气等光照长时间不足的情况时，关闭第一阀门18，打开第二阀门19，同时启动补燃装置5，通过燃烧化石燃料为整个系统提供热能。

[0041] 本实施例的具体工作原理为：传热流体通过热流体管道7平均分为四股分别流过四个加热器10提供热能，使加热器10处保持高温环境。主水冷器8处则保持室温环境。加热器10处的高温环境与主水冷器8处的室温环境使回热器9内维持一定的温度梯度，保证回热器9内的气体与固体之间产生热声效应，并将传热流体携带的热能转换为声波形式的机械能(声功)；声功依次流过热缓冲管11、次水冷器12之后，驱动直线发电机13的膨胀活塞14与压缩活塞15发生振荡，两个活塞做功的差值可以对外输出电功，压缩活塞15还能够回收一部分声功进入下一个热声发电单元，提高系统效率。

[0042] 实际应用中，可根据实际的负载需要，选择不同单元数的双作用型行波热声发电机1，同时还可根据不同的频率需求，选择合适型号的直线发电机13。

[0043] 实施例二

[0044] 如图2所示，本实施例提供的一种槽式聚光太阳能热声发电系统，其原理与实施例一相同，结构与实施例一相似，区别仅在于：热声发电机1为声学双作用型行波热声发电机1，热声发电机1包括若干个依次串联连接的热声发电单元，优选的，本实施例中，热声发电机1包括四个依次串联连接的结构一致的热声发电单元。

[0045] 其中，各个热声发电单元之间通过谐振管17首尾相连，每个热声发电单元分别包括依次连接的主水冷器8、回热器9、加热器10、热缓冲管11、次水冷器12和直线发电机13，其中直线发电机13对置旁接于次水冷器12出口处。谐振管17分别连接于上一个热声发电单元的出口处与下一个热声发电单元的入口处。直流抑制器16可设置在任意一个热声发电单元的主水冷器8入口处，用以抑制环路内产生的质量流，对系统效率有显著的提高。

[0046] 本实施例的具体工作原理为：传热流体通过热流体管道7平均分为四股分别流过四个加热器10为其提供热能，并使加热器10处保持高温环境。对应的主水冷器8处则分别保持室温环境。加热器10处的高温环境与对应的主水冷器8处的室温环境使回热器9内维持一定的温度梯度，从而使回热器9内的气体与固体之间产生热声效应，将传热流体携带的热能转换为声波形式的机械能(声功)；声功依次流过热缓冲管11、次水冷器12之后，一部分流入直线发电机13，并通过直线发电机13转换为电能，另一部分沿着谐振管17流入下一个热声发电单元，从而回收部分声功，提高系统效率。

[0047] 另外，实际应用中，可根据实际的负载需要，选择不同单元数的双作用型行波热声发电机1，同时还可根据不同的频率需求，选择合适长度的谐振管17。

[0048] 实施例三

[0049] 如图3所示，本实施例提供的一种槽式聚光太阳能热声发电系统，其原理与实施例一相同，结构与实施例一相似，区别仅在于：本实施例中未设置与槽式太阳能集热器4并联的热流体管道7。

[0050] 因此，白天光照充足的时候，槽式太阳能集热器4为整个系统提供热能，蓄热装置6用以储存槽式太阳能集热器4收集的多余热量。晚上光照不足的时候，蓄热装置6通过释放储存的热量，为整个系统提供热能；当遇到连续阴雨天气等光照长时间不足的情况时，启动补燃装置5，通过燃烧化石燃料为整个系统提供热能。与实施例一相比，虽然光照不足的时候，传热流体需要流经槽式太阳能集热器4，这会增加沿程阻力以及热量损失，但是该热量损失较小，不影响本实施例对大部分场合的需求的提供，且本实施例具有结构更加简单、操作更加方便的优点。

[0051] 本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

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