CN101629558A

CN101629558A - 太阳能热声发电系统

Info

Publication number: CN101629558A
Application number: CN200910091166A
Authority: CN
Inventors: 罗二仓; 李海冰; 戴巍; 吴张华; 胡剑英; 陈帅; 姜琳
Original assignee: Shenzhen Chinese Academy Of Sciences Lihan Thermoacoustic Technology Engineering Research Center Co
Current assignee: Shenzhen Zhongke Lihan Thermoacoustic Technology Engineering Research Center Co., Ltd.
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2029-08-11
Also published as: CN101629558B

Abstract

本发明公开了一种太阳能热声发电系统，包括：太阳能聚光装置，用于将太阳光聚焦在热声发动机上；所述热声发动机，用于将所述太阳能聚光装置聚焦后产生的热能转换成振荡波；谐振管，一端与所述热声发动机连接，用于与所述热声发动机形成气体谐振系统，并支撑和固定所述热声发动机，同时将所述热声发动机产生的振荡波能量传输至直线振荡电机；所述直线振荡电机，与所述谐振管的另一端连接，用于将所述振荡波转换成电能。本发明太阳能热声发电系统结构简单，建造成本低，且具有较高的发电效率，可有效利用太阳能进行发电。

Description

太阳能热声发电系统

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术，特别是涉及一种太阳能热声发电系统。

背景技术

由于石油以及煤炭等不可再生能源使用造成的环境恶化，在保证人类的能源需求的同时，如何减少对自然资源和环境造成的破坏是非常重要的，而太阳能等不可再生能源的使用被认为是解决目前能源利用问题的重要途径。

光伏发电技术是一项相对成熟的太阳能发电技术，其是最直接地利用太阳能发电的方式，但是，由于制造光伏电池的工艺需要消耗大量的电力，其制作过程产生较多的污染，以及生产成本较高，限制了太阳能光伏发电的普及应用。而由于太阳光中的能量大约有50％处于红外波段，即太阳光中有相当大的能量是以热的形式存在而不能被光伏电池吸收，这同样导致了光伏发电的效率低的问题。因此，如何利用太阳能的光热进行发电是一个需要解决的技术问题。

现有的太阳能光热发电系统中，主要包括集中式和分布式发电系统。其中，集中式太阳能光热发电系统可包括塔式和槽式发电系统，主要是汽轮机发电系统，其是通过利用反射镜将太阳光汇聚起来，利用汇聚的太阳光的热量加热媒介，如水等媒介物质，获得高温高压的气体，利用高温高压气体推动汽轮机工作，由汽轮机带动发电机发电。而现有的分布式发电系统中，主要为斯特林式的发电系统，其通过将汇聚的太阳光作用在斯特林热机上，利用斯特林热机将热能转换成机械能，带动发电机发电，斯特林热机是外然机，可分为传统的曲轴连杆和自由活塞式两种。

发明人在实现本发明的过程中发现现有技术至少存在以下缺陷：现有的斯特林热机发电系统中，机械运动部件较多，使得整个系统的制造和安装工艺复杂，成本较高，且运行的可靠性和实用性也较差；而现有的汽轮机发电系统的利用率和发电效率较差，热能利用率较低；同时，现有的太阳能光热发电系统的规模一般较大，建造周期长，成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能热声发电系统，可有效降低发电系统的成本，提高发电系统的发电效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种太阳能热声发电系统，包括：

太阳能聚光装置，用于将太阳光聚焦在热声发动机上；

所述热声发动机，用于将所述太阳能聚光装置聚焦后产生的热能转换成振荡波；

谐振管，一端与所述热声发动机连接，用于与所述热声发动机形成气体谐振系统，并支撑和固定所述热声发动机，同时将所述热声发动机产生的振荡波能量传输至直线振荡电机；

所述直线振荡电机，与所述谐振管的另一端连接，用于将所述振荡波转换成电能。

其中，所述太阳能热声发电系统为蝶式太阳能热声发电系统，所述太阳能热声发电系统还包括支撑架，所述太阳能聚光装置包括反光镜支架和多个反光镜单元，其中，

所述反光镜支架设置在所述支撑架上；所述多个反光镜单元设置在所述反光镜支架上，所述多个反光镜单元分别将太阳光聚焦在所述热声发动机的吸热头上；所述谐振管固设在所述反光镜支架上。

或者，所述太阳能热声发电系统为塔式太阳能热声发电系统，其中，

所述谐振管沿垂直方向固设在固定面上，所述热声发动机固设在所述谐振管上端，所述直线振荡电机固设在所述谐振管下端；

所述太阳能聚光装置为多个反光镜单元组成的反光镜阵列，设置在所述热声发动机的周围，用于将太阳光聚焦在所述热声发动机的吸热头上。

或者，所述太阳能热声发电系统为槽式太阳能热声发电系统，其中，

所述热声发动机、谐振管和直线振荡电机组成一个热声发电单元，所述槽式太阳能热声发电系统包括并排设置的两个以上的所述热声发电单元，且所述热声发电单元的各热声发动机均连接在集成吸热头上；

所述太阳能聚光装置为多个反光镜单元组成的反光镜阵列，用于将所述太阳光聚焦在所述集成吸热头上。

本发明太阳能热声发电系统利用热声发动机将太阳能转换成振荡波形式的机械能，并通过谐振管将振荡波传输至直线振荡电机，由直线振荡电机将振荡波转换成电能，同时，本发明技术方案还将谐振管作为安装热声发动机的支撑和固定部件，因此，本发明太阳能热声发电系统的结构简单，安装便利，运行稳定可靠，且利用热声发动机可有效提高太阳能的利用率，整个系统具有较高的发电效率，同时，本发明太阳能热声发电系统的规模可根据实际的需要而设定，建造灵活，整个系统的建造周期短，成本低。

附图说明

图1为本发明太阳能热声发电系统实施例一的结构示意图：

图2为本发明太阳能热声发电系统实施例二的结构示意图；

图3为本发明太阳能热声发电系统实施例三的结构示意图；

图4为本发明太阳能热声发电系统实施例四中谐振管的一种结构示意图；

图5为本发明太阳能热声发电系统实施例四中谐振管的另一种结构示意图。

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。

本发明实施例提供的太阳能热声发电系统可包括太阳能聚光装置、热声发动机和直线振荡电机，其中，热声发动机和直线振荡电机之间通过谐振管连接，利用谐振管将热声发动机产生的振荡波传输至直线振荡电机，由直线振荡电机在振荡波的作用下发电，使得谐振管与热声发动机形成气体谐振系统，将太阳能转换成气体振荡波形式的机械能；同时，谐振管还可起到支撑和固定热声发动机的作用。下面分别以蝶式太阳能热声发电系统、塔式太阳能热声发电系统和槽式太阳能热声发电系统对本发明技术方案进行说明。

图1为本发明太阳能热声发电系统实施例一的结构示意图。本发明实施例太阳能发电系统为蝶式太阳能发电系统，包括：太阳能聚光装置1、热声发动机2、谐振管3、直线振荡电机4和支撑架5，所述太阳能聚光装置1用于将太阳光聚焦在热声发动机2上；热声发动机2用于将太阳能聚光装置1聚焦后产生的热能转换成高压振荡波形式的机械能，且热声发动机2与谐振管3的前端连接；谐振管3用于支撑和固定热声发动机2，并将热声发动机2产生的振荡波传输至直线振荡电机4；直线振荡电机4与谐振管3的后端连接，用于将从谐振管3接收到的振荡波转换成电能并输出。其中，太阳能聚光装置1可包括反光镜支架11和多个反光镜单元12，反光镜支架11设置在支撑架5上，多个反光镜单元12设置在反光镜支架11上，分别将太阳光聚焦在热声发动机2的吸热头上，且谐振管3固设在反光镜支架11上，谐振管3可起到固定和支撑热声发动机2和直线振荡电机4的作用。

实际应用中，本发明实施例中的支撑架5上端可设置有用于调节反光镜支架11方位的方位旋转装置6，反光镜支架11设置在该方位旋转装置6上，通过该方位旋转装置6可在水平面上调节反光镜支架11的位置，从而调节设置在反光镜支架11上的各反光镜单元12的方位，使反光镜单元12与太阳光入射光线的角度达到最佳，保证反光镜单元12具有最佳的聚光效果。具体地，该方位旋转装置6可为设置在支撑架5上端的旋转台，该旋转台可通过轴承滑设在支撑架5上，同时该旋转台还可连接有一驱动电机，利用该驱动电机带动旋转台转动，从而起到调节反光镜支架11方位的目的，其中，驱动电机与旋转台之间可通过齿轮机构连接，驱动电机转动后即可带动齿轮机构转动，从而带动旋转台转动，可有效保证反光镜支架11的调整精度，此外，根据实际的需要，驱动电机和旋转台之间也可通过皮带或蜗杆蜗轮等连接方式连接。

实际应用中，方位旋转装置6上还可设置有用于调节反光镜支架11的俯仰调节装置7，用于调节反光镜支架11的位置，使反光镜支架11绕水平轴转动，从而调节反光镜支架11的俯仰角度。具体地，反光镜支架11可通过轴承滑设在方位旋转装置6上，该俯仰调节装置7可以为一螺旋推力杆，一端设置在方位旋转装置6上，另一端设置在反光镜支架11上，且俯仰调节装置7上可设置有驱动电机，与该螺旋推力杆连接，通过该驱动电机带动推力杆运动，从而通过控制推力杆运动的行程来调整反光镜支架11的俯仰运动，通过控制电机即可控制反光镜支架11的俯仰角度，从而使得反光镜支架11处于最佳位置，保证反光镜支架11上各反光镜单元12的最佳聚光效果，提高聚焦后在热声发动机2的吸热头处产生的热量。

实际应用中，当太阳能聚光装置1将太阳光聚焦在热声发动机2的吸热头时，热声发动机2就会在吸热头上热量的作用下在高压气体中产生振荡波，将太阳光聚焦产生的热量转换成高压气体振荡波形式的机械能；热声发动机2产生的振荡波随谐振管3进入直线振荡电机4，并驱动直线振荡电机4内的活塞做往复运动，从而带动电机产生电能并输出。其中，所述的直线振荡电机4可以为直流电机或交流电机，根据实际的负载需要，可选择合适型号的直线振荡电机，且谐振管连接的电机数量可以为多个。

实际应用中，所述的谐振管3可以为等粗的直管，或者为变径的直管，或者为弯管，具体地，可根据实际选择合适形状的谐振管，满足整个发电系统的发电功率的需要，同时，还可根据实际的需要选择合适长度的谐振管，具体地，可根据热声发动机的工作频率设置合适长度的谐振管。

可以看出，本发明实施例中利用热声发动机将太阳能转换成振荡波形式的机械能，并通过谐振管将振荡波传输至直线振荡电机，由直线振荡电机将振荡波转换成电能，同时，本发明实施例还利用谐振管作为安装热声发动机的支撑和固定部件，因此，本发明实施例太阳能热声发电系统的结构简单，安装便利，运行稳定可靠，且利用热声发动机可有效提高太阳能的利用率，整个系统具有较高的发电效率，同时，本发明实施例太阳能热声发电系统的规模可根据实际的需要而设定，建造灵活，整个系统的建造周期短，成本低。

图2为本发明太阳能热声发电系统实施例二的结构示意图。本发明实施例太阳能热声发电系统为塔式太阳能发电系统，包括：太阳能聚光装置1、热声发动机2、谐振管3和直线振荡电机4，其中，谐振管3沿垂直方向固设在作为固定面的水平地面上，热声发动机2固设在谐振管3的上端，直线振荡电机4设置在谐振管3的下端，太阳能聚光装置1用于将太阳光聚焦在热声发动机2上；热声发动机2用于将太阳能聚光装置1聚焦后产生的热能转换成振荡波，并通过谐振管3将振荡波传输至直线振荡电机4，由直线振荡电机4将传来的振荡波转换成电能并输出。此外，太阳能聚光装置1可为多个反光镜单元组成的反光镜阵列，设置在热声发动机2的周围，用于将太阳光聚焦在热声发动机2的吸热头上。

实际应用中，谐振管3上还可固设有多个拉索，连接在谐振管3和地面上，用于将谐振管3稳定可靠地固定在水平地面上。此外，谐振管3下端的地面上还可设置有电机房，将直线振荡电机4设置在该电机房内，可起到保护电机，以及安装对电机产生的电能进行处理的其它设备。

在实现上述本发明实施例一技术方案效果的基础上，本发明实施例直接利用谐振管作为整个发电系统的支撑和固定部件，整个太阳能热声发电系统不需要其它额外的安装部件，使得太阳能热声发电系统的结构更加简单，安装更加便利，其建造方式灵活、可靠，建造周期更短，成本更低。

图3为本发明太阳能热声发电系统实施例三的结构示意图。本发明实施例太阳能热声发电系统为槽式太阳能热声发电系统，包括并排设置的两个以上的热声发电单元10，其中，每个热声发电单元10均包括热声发动机2、谐振管3和直线振荡电机4，且热声发电单元10上的各热声发动机2均连接在集成吸热头8上，其中，每个热声发电单元10内的热声发动机2固定在谐振管3的上端，直线振荡电机4设置在谐振管3的下端，谐振管3可将热声发动机2产生的振荡波传输至直线振荡电机4，同时，谐振管3还作为支撑和固定热声发动机2的部件。本发明实施例中的太阳能聚光装置1为多个反光镜单元组成的反光镜阵列，设置在热声发动机的周围，用于将太阳光聚焦在集成吸热头8上。

实际应用中，各直线振荡电机4可设置在电机房内，可将各直线振荡电机4产生的电能通过并联或串联的方式作为一个电源输出。可以看出，本发明实施例中每个热声发电单元即是一个小的热声发电系统，因此，通过将多个小的热声发电系统并列组合得到本发明太阳能热声发电系统，整个系统的结构简单，成本低，发电效率高。

本发明实施例技术方案进一步地降低了整个太阳能热声发电系统的结构，使得发电系统的建造成本更低，且同样可以达到较高的发电效率。

图4为本发明太阳能热声发电系统实施例四中谐振管的一种结构示意图；图5为本发明太阳能热声发电系统实施例四中谐振管的另一种结构示意图。在上述各实施例技术方案的基础上，本实施例中谐振管3可为一端具有多个分支的分叉型管，即谐振管端部可以有多个分支，如2个或3个等，且谐振管的每个分支可以连接有直线振荡电机4，每个直线振荡电机4均可将热声发动机产生的振荡波转换成电能输出。具体地，如图4所示，本实施例中谐振管3为“Y”形谐振管，即谐振管的端部为具有2个分支的“Y”形管，“Y”形管的两个分支均连接有直线振荡电机4。此外，如图5所示，本发明实施例中谐振管3的前端的分叉处还可向左右延伸，以便于直线振荡电机4的安装和固定。

上述各实施例中，所述的反光镜单元可连接有太阳位置跟踪装置，用于调整与其连接的反光镜单元，使反光镜单元随太阳位置的改变而转动，这样，当太阳位置变化时，反光镜单元可随太阳位置的移动而转动，使得反光镜单元的反光镜可始终高效地将太阳光聚焦在各热声发动机的吸热头上，从而提高太阳光聚焦的效果，聚焦在吸热头上产生的热量更高，可有效提高整个太阳能热力发电系统的发电效率。

此外，上述各实施例中，所述的热声发动机可以是有环路的行波型热声发动机，或者为无环路的驻波发动机，或者为同轴行波发动机，具体的，可根据实际的需要，选择合适类型的热声发动机。

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

1、一种太阳能热声发电系统，其特征在于，包括：

太阳能聚光装置，用于将太阳光聚焦在热声发动机上；

2、根据权利要求1所述的太阳能热声发电系统，其特征在于，所述太阳能热声发电系统为蝶式太阳能热声发电系统，所述太阳能热声发电系统还包括支撑架，所述太阳能聚光装置包括反光镜支架和多个反光镜单元，其中，

3、根据权利要求2所述的太阳能热声发电系统，其特征在于，还包括：

方位旋转装置，用于调整所述反光镜支架的方位。

4、根据权利要求2所述的太阳能热声发电系统，其特征在于，还包括：

俯仰调节装置，用于调节所述反光镜支架，使所述反光镜支架绕水平轴转动。

5、根据权利要求1所述的太阳能热声发电系统，其特征在于，所述太阳能热声发电系统为塔式太阳能热声发电系统，其中，

6、根据权利要求5所述的太阳能热声发电系统，其特征在于，所述谐振管上固设有多个拉索，用于将所述谐振管固定。

7、根据权利要求1所述的太阳能热声发电系统，其特征在于，所述太阳能热声发电系统为槽式太阳能热声发电系统，其中，

8、根据权利要求2、5或7所述的太阳能热声发电系统，其特征在于，所述反光镜单元连接有太阳位置跟踪装置，用于调整所述反光镜单元，使所述反光镜单元随太阳位置改变而转动。

9、根据权利要求1～7任一所述的太阳能热声发电系统，其特征在于，所述谐振管为等粗的直管，或者为变径的直管，或者为弯管，或者为一端具有多个分支的分叉型管。

10、根据权利要求1～7任一所述的太阳能热声发电系统，其特征在于，所述热声发动机为有环路的行波型热声发动机，或者为无环路的驻波发动机，或者为同轴行波发动机。