CN101619714B - 生物质热声发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质热声发电系统。该系统包括生物质燃烧炉和发电装置，所述发电装置包括热声发动机和与所述热声发动机连接的直线振荡电机，所述热声发动机的采热器设置在所述生物质燃烧炉的烟道内。本发明技术方案通过利用热声发动机将生物质燃烧产生的热能转换成振荡波形式的机械能，并驱动直线振荡电机发电，整个生物质热声发电系统的建造规模可大可小，建造灵活，可满足家庭等各种条件下生物质能源的利用，且生物质能源的利用效率高，有利于生物质能源的推广和应用。

Description

生物质热声发电系统 

技术领域

本发明涉及发电技术，特别是涉及一种生物质热声发电系统。 

背景技术

随着石油以及煤炭等不可再生能源所造成的环境不断恶化，以及石油等不可再生能源的日益枯竭，寻找各种替代能源以解决目前能源利用变的非常重要。由于太阳能及核聚变能等清洁能源的利用率较低，且成本普遍较高，限制了其应用，而生物质能源由于具有较低的成本，以及较高的利用率，已成为一种较好的补充性能源。 

目前，在广阔的农村以及农业地域，大量的农作物秸秆等生物质能源非常丰富，如何合理有效的利用生物质能源，是改善和解决农村地区，以及城市地区能源利用的有效途径。现有的生物质能源利用一般是采取直接燃烧，或者利用生物质燃烧发电，其中，由于生物质能源发电可以将生物质能源转化成电能，电能的使用便利，因此，如何利用生物质能源发电是生物质能源利用需要解决的技术问题。目前的生物质能源发电技术中普遍采用蒸汽轮机以及斯特林外然机等发电方式发电，其发电系统的建造规模需要足够大，才可使得生物质能源具有较高的利用率，但发电系统的建造成本高，周期长，限制了生物质能源的推广和应用。 

综上，现有的生物质能源利用中，生物质能源发电系统的规模较大，建造成本高，周期长，不适合较小的以家庭或村庄等条件下的应用，且生物质能源的热能转换率较低，限制了生物质能源的推广和应用。 

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质热声发电系统，可以有效利用生物质能源发电，系统的建造成本低，且可有效提高生物质能源的利用率，便于生物能源的推广和应用。 

为实现上述目的，本发明提供了一种生物质热声发电系统，包括生物质燃烧炉和发电装置，所述发电装置包括热声发动机和与所述热声发动机连接的直线振荡电机，所述热声发动机的采热器设置在所述生物质燃烧炉的烟道内； 

所述热声发动机通过谐振管与所述直线振荡电机连接，所述谐振管将所述热声发动机产生的振荡波传输至所述直线振荡电机。所述生物质燃烧炉为立体式燃烧炉或卧式燃烧炉。 

其中，所述采热器设置在所述生物质燃烧炉的燃烧室与烟道的连接位置。所述采热器为可多个热管组成。 

进一步地，所述烟道内还可设置有采热换热器，所述采热换热器与设置在所述烟道外侧的制冷机连接。所述烟道内还可设置有用于加热冷水的水加热换热器。 

此外，所述生物质燃烧炉内设置用于为所述生物质燃烧炉提供热风的空气预热送风系统。其中，所述空气预热送风系统包括设置在所述烟道上部的送风口、设置在所述烟道内的空气换热器和设置在生物质燃烧炉的炉蓖下的出风口。所述空气换热器包括至少一个换热组，所述换热组由多个换热管排列构成。 

本发明提供了一种生物质热声发电系统，通过利用热声发动机将生物质燃烧产生的热能转换成振荡波形式的机械能，并带动直线振荡电机发电，由于热声发动机具有较小的体积，结构简单，且具有较高的热能利用率，因此，可有效简化整个生物质热声发电系统的结构，生物质热声发电系统的规模可根据实际需要而灵活设计，其建造规模可大可小，可建造适合于家庭或村庄等条件下生物质发电的需要，其建造成本低，周期短，同时具有较高的热能利用率，特别适用于农村等具有丰富生物质能源的能源利用。 

附图说明

图1为本发明生物质热声发电系统实施例一的结构示意图； 

图2为本发明生物质热声发电系统实施例二的结构示意图。 

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

本发明实施例通过热声发动机将生物质能源燃烧产生的热能转换成气体振荡波形式的机械能，并通过该气体振荡波形式的机械能带动直线振荡电机的活塞做往复运动，直线振荡电机在活塞的往复运动下产生并输出电能。由于热声发动机具有较小的体积，结构简单，且热能利用率较高，因此，可有效降低生物质热声发电系统的发电效率，提高生物质能源的利用率，同时，可建造各种规模的生物质热声发电系统，可满足不同用户的需要。 

图1为本发明生物质热声发电系统实施例一的结构示意图。该系统包括生物质燃烧炉1和发电装置2，其中，所述生物质燃烧炉1为卧式燃烧炉，包括烟道11和燃烧室12，烟道11为包括水平方向和垂直方向设置的两段烟道，垂直设置的烟道上设置有烟囱；所述发电装置2包括热声发动机21和与所述热声发动机21连接的直线振荡电机22，且所述热声发动机21的采热器211设置在所述生物质燃烧炉1的烟道11内，热声发动机21的本体设置在烟道11的外侧，且热声发动机21与烟道11侧壁连接处密封保温设置，避免烟道内的热量散发出去。本发明实施例中，生物质燃烧炉1内生物质能源在燃烧室12内燃烧时，产生的大量的热能会通过采热器211作用在热声发动机21上，热声发动机21在采热器211采集的热量的作用下，内部产生气体压力振荡波形式的机械能，并且该气体压力振荡波驱动直线振荡电机22内的活塞，带动直线振荡电机22内的活塞作往复运动，使得直线振荡电机22在活塞的 往复运动下产生电能并输出。 

实际应用中，为提高热声发动机21的采热器211的采热效率，一般将采热器211设置在生物质燃烧炉1内温度最高处，具体地，本实施例中所述采热器211设置在生物质燃烧炉1的燃烧室12与烟道11的连接位置，该连接位置是生物质燃烧时温度最高的火焰处，该连接位置的温度可高达500℃～800℃，因此，通过将采热器211设置在该连接位置，可有效保证采热器211的采热效率，从而提高了热声发动机21产生的振荡波的能量，提高整个发电装置2的发电效率。其中，所述的采热器211可以为多个热管组成，由于热管具有较好的传热性能，因此，采用热管可以有效提高采热器211的换热效率，保证采热器211的采热效率。此外，实际应用中所述采热器211也可采用其它方式进行传热，如高温流体传热等，具体地，可根据实际的需要选择合适的传热材料。 

实际应用中，所述的热声发动机21可通过谐振管23与所述直线振荡电机22连接，所述谐振管23用于将所述热声发动机21产生的振荡波传输至所述直线振荡电机22，直线振荡电机22会在谐振管23传输来的振荡波的作用下产生电能并输出。 

实际应用中，所述生物质燃烧炉1还可连接有制冷机设备，具体地，在所述烟道11内还可设置有采热换热器31，所述采热换热器31与设置在所述烟道11外侧的制冷机32连接，采热换热器31可在烟道11内采集热能，并通过制冷机32产生低温，制冷机产生的低温可通过冷媒输送至空调的室内换热器实现室内空气温度的调节，其中，制冷机可以为吸收式或吸附式制冷机，采热换热器31可设置在烟道的中段位置，该中段位置的温度可到100℃～200℃，可有效满足制冷机设备的制冷需要。此外，还可在烟道11内设置水加热换热器4，水加热换热器4可连接有冷水管和热水管，并可对进入水加热换热器4内的冷水进行加热，并通过热水管将加热后的热水输出，输出的热水可以作为生活用水提供给用户使用，该水加热换热器4可设置在烟道的上部位 置，该位置的温度可达50℃～80℃，可有效满足对水进行加热的需要。可以看出，通过设置制冷机和/或水加热换热器，可以充分有效地利用生物质燃烧产生的热能，提高生物质能源的利用率。 

实际应用中，为了更加充分有效地利用烟道11内生物质燃烧产生的热能，提高热能的利用率，所述生物质燃烧炉1内还可设置有用于为所述生物质燃烧炉1提供热风的空气预设送风系统，具体地，该空气预设送风系统可包括设置在烟道11上部的送风口51、设置在所述烟道11内的空气换热器52和设置在生物质燃烧炉1的炉蓖下的出风口53，其中，所述送风口51连通有鼓风机54，通过鼓风机54可将燃烧炉外的较冷的空气通过一定的压力源源不断地送入空气换热器52内，空气换热器52内的空气会在烟道内较高温度的气体进行热交换，自身温度提高，并最后通过出风口53进入燃烧室，加快燃烧室内生物质的燃烧。 

此外，实际应用中，所述的空气换热器52可包括由第一换热组521、第二换热组522和第三换热组523组成的三段换热组，其中，各换热组均有多个换热管排列组合而成，且各段换热组之间通过单管的换热管连通，这样，空气经过各换热组时即可与换热组外的热能进行热交换，提高换热组内空气的温度；同时，由于外面的空气是从烟道上部流向下部，这样，空气首先在第一换热组521内与烟道上部具有较低的温度的烟道内的热能进行换热，然后进入第二换热组522，与烟道中部具有较高的温度的烟道内的热能进行换热，最后进入第三换热组523，与烟道下部具有最高温度的烟道内的热能进行换热，因此，空气可经过三段换热组的多级加热后具有较高的温度，从而使得进入燃烧室内的气体可更加有效地促进生物质燃料的燃烧，且也有效地利用了烟道内的热能，进一步地提高了烟道内热能的利用率。 

本发明实施例中，通过利用热声发动机将生物质燃烧产生的热能转换成振荡波形式的机械能，并带动直线振荡电机发电，由于热声发动机具有较小的体积，结构简单，且具有较高的热能利用率，因此，可有效简化整个生物 质热声发电系统的结构，生物质热声发电系统的规模可根据实际需要而灵活设计，其建造规模可大可小，可建造适合与家庭或村庄等条件下生物质发电的需要，其建造成本低，周期短，同时具有较高的热能利用率，特别适用于农村等具有丰富生物质能源的能源需要。 

图2为本发明生物质热声发电系统实施例二的结构示意图。与上述实施例不同的是，本实施例中的生物质燃烧炉为立体式燃烧炉，立体式燃烧炉使得烟道内的空气流动性更好，可更加有效提高生物质的燃烧效率。具体地，如图2所示，该生物质燃烧炉1包括烟道11和燃烧室12，燃烧室下部设置有炉蓖，炉蓖下部还设置有出灰口，烟道11上部设置有烟囱，燃烧室的整体呈立体式；热声发动机21的采热器211设置在烟道11内，热声发动机21的本体设置在烟道11外侧，且热声发动机21连接有直线振荡电机22。 

本发明实施例中，所述热声发动机21与直线振荡电机22之间也可通过谐振管23连接，且可根据实际的需要选择合适形状或长度的谐振管。此外，本发明实施例中还可设置有制冷设备和水加热换热器，并将其分别设置在烟道11内的合适位置。 

本发明实施例中的空气换热器52可只包括一段换热组524，且设置在烟道11的上部，且可在换热组524和烟道11侧壁之间设置采热换热器或者水加热换热器，其中水加热换热器可以为设置在换热组524四周的加热螺旋管。 

本发明实施例同样可以达到上述实施例一技术方案的技术效果，且立体式的燃烧炉还可进一步地提高生物质的燃烧效率，提高生物质能源的利用率。 

上述各实施例中，热声发动机还可连接多个直线振荡电机进行发电，具体地，可在谐振管端部设置多个分叉，分别连接直线振荡电机。 

上述各实施例中，热声发动机的设置数量可以为2个或2个以上，具体地，可将多个热声发动机沿烟道均匀设置，且每个热声发动机均连接有直线振荡电机，通过设置多个热声发动机，可有效提高生物质燃烧炉内生物质燃烧产生的热量的利用率。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。 

Claims (9)

1.一种生物质热声发电系统，其特征在于，包括生物质燃烧炉和发电装置，所述发电装置包括热声发动机和与所述热声发动机连接的直线振荡电机，所述热声发动机的采热器设置在所述生物质燃烧炉的烟道内；

所述热声发动机通过谐振管与所述直线振荡电机连接，所述谐振管将所述热声发动机产生的振荡波传输至所述直线振荡电机。

2.根据权利要求1所述的生物质热声发电系统，其特征在于，所述采热器设置在所述生物质燃烧炉的燃烧室与烟道的连接位置。

3.根据权利要求1所述的生物质热声发电系统，其特征在于，所述采热器为多个热管组成。

4.根据权利要求1所述的生物质热声发电系统，其特征在于，所述生物质燃烧炉为立体式燃烧炉或卧式燃烧炉。

5.根据权利要求1所述的生物质热声发电系统，其特征在于，所述烟道内还设置有采热换热器，所述采热换热器与设置在所述烟道外侧的制冷机连接。

6.根据权利要求1所述的生物质热声发电系统，其特征在于，所述烟道内还设置有用于加热冷水的水加热换热器。

7.根据权利要求1所述的生物质热声发电系统，其特征在于，所述生物质燃烧炉内设置用于为所述生物质燃烧炉提供热风的空气预热送风系统。

8.根据权利要求7所述的生物质热声发电系统，其特征在于，所述空气预热送风系统包括设置在所述烟道上部的送风口、设置在所述烟道内的空气换热器和设置在生物质燃烧炉的炉蓖下的出风口。

9.根据权利要求8所述的生物质热声发电系统，其特征在于，所述空气换热器包括至少一个换热组，所述换热组由多个换热管排列构成。

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