[发明专利]一种串级冷热电联产装置

说明书

本发明提供一种串级冷热电联产装置，包括依次连接的压缩机、行波热声发动机、脉管制冷机和双向透平发电装置；所述压缩机用于产生压力波，将电能转化为声功；所述行波热声发动机用于产生热声效应，放大所述声功并输出；所述脉管制冷机用于接收放大后的声功，消耗声功产生制冷效应，并将消耗声功后的剩余声功传输至所述双向透平发电装置；所述双向透平发电装置用于将剩余声功转换为电能，将部分电能返馈回至所述压缩机，以供压缩机运行，并将剩余的电能传输至其他用电、储电设备。通过调相结构高效串接发动机、制冷机以及双向透平发电装置，将双向透平发电装置产生的电功又可以供给压缩机电能，实现了冷热电的联产，结构简单，具有广阔应用潜力。

技术领域

本发明涉及功能节能技术领域，更具体地，涉及一种串级冷热电联产装置。

背景技术

在工业生产及居民生活中的很多应用场合都同时需要冷、热、电资源。能源领域多年前就提出了分布式的冷热电联产方案，可以同时提供电力，生活用冷能和热能。现有的冷热电联产系统多以天然气或者液体燃料作为一次能源，利用燃气轮机、内燃机或者蒸汽轮机产生电能，再利用吸收式或者吸附式制冷将上述系统的较高温余热转化为冷能，流程中略高于环境温度的余热用于生活供热。通过能源的梯级利用，一方面实现了冷热电的同时输出，另一方面也提高了一次能源的综合利用率。但是，传统的冷热电联产方案通常至少由一个发电子系统和一个制冷子系统构成，有时甚至由多个子系统耦合在一起，系统复杂度较高。此外，由于制冷技术的限制，制冷温度不能进一步降低；而且小功率系统性能低下等问题，限制了其它领域的应用。

公开号为CN100427848C的中国发明专利提供了一种可回收声功式的行波热声发动机驱动行波热声制冷机的装置，行波热声制冷机的膨胀功被重新送到发动机。然而，这种方式使得制冷机与发动机间的耦合难度大大增加，系统设计及制作难度都大幅增加。公开号为CN102734098B中国发明专利公布了一种双作用行波热声发电系统，该系统中采用了三个及三个以上的行波热声发动机，在两个行波热声发动机之间串联了一个直线发电机。该发电机可以实现热能到电能的转化，但存在发动机与发电机之间耦合困难等问题。公开号为CN103835903B的中国发明专利公布了一种行波热声冷热电联供系统，其至少由三台行波热声发动机、至少一台行波热声制冷机和直线电机以及谐振单元组成。行波热声发动机通过谐振单元首尾相连构成环路，行波热声制冷机一端旁接于谐振单元，另一端与直线发电机相连，通过热声行波热声发动机实现热声到声功的转化，通过行波热声制冷机和直线发电机实现声功到冷热电的转化。但是，该系统为环路结构，系统庞大，产生的直流以及单元的不一致性极大的影响了系统效率，这在级数越高时尤其如此。公开号为CN105805974A的中国专利申请公开了一种自由活塞斯特林发动机驱动的脉管制冷机系统，同时采用直线电机提供制冷机高效运行所需要的声阻抗并回收利用制冷机脉管室温端声功发电。但采用直线电机发电使得整个装置的功率范围及经济性受限。

综上，现有的冷热电联产装置中声电转化部分均采用直线电机作为声功转换装置，但是随着热声系统向大功率实用化方向的发展，直线电机的劣势也越来越明显：(1)直线电机中，受支撑机制决定，活塞往复运动的位移受限，导致线圈切割磁力线的速度只有数米/秒，直线电机的功率不容易做大，功率密度也很低；(2)目前热声系统中应用的直线电机未形成大规模批量生产，间隙密封、板簧支撑、大量采用永磁体等因素导致其成本非常高，与常规旋转式电机比有量级上的差别，对其实际应用产生了严重阻碍；(3)随着功率需求的增大，由于采用直线电机的热声发电系统有谐振要求，活塞面积和动子质量越来越大，在支撑连接等结构强度、磁路设计和系统振动抑制等方面带来的技术难度也越来越大。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种串级冷热电联产装置，解决了现有技术中直线电机作为声功转换装置导致功率低、成本高、技术难度大，不利于实际应用的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种串级冷热电联产装置，包括依次连接的压缩机、行波热声发动机、脉管制冷机和双向透平发电装置；所述压缩机用于产生压力波，将电能转化为声波形式的机械能；