CN108547746A - 一种便携式小型太阳能利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便携式小型太阳能利用装置，该装置包括：热声发动机、双向透平发电装置和热泵组件；热声发动机用于吸收外界热量产生声功，热声发动机的两端通过谐振管相连为第一环路，双向透平发电装置串接或旁接于第一环路上，双向透平发电装置用于将声功转化为动能进而通过旋转式发电机转化为电能，热声发动机的两端同时与热泵组件相连通形成第二环路。本发明提供的一种便携式小型太阳能利用装置，设置双向透平发电装置以及热泵组件，可利用声功来发电以及供冷或供热以满足多种需求，该热能的综合利用系统成本低，寿命长，效率高，可控性好且适用性广，可根据生活需要实现不同的模块快速组合，满足在远离电网的偏远地区的居民生活需求。

Description

一种便携式小型太阳能利用装置

技术领域

本发明涉及能源利用设备技术领域，更具体地，涉及一种便携式小型太阳能利用装置。

背景技术

在一些偏远地区，农牧民居住较为分散。当地没有通电，牧民的生产、生活存在燃料、照明、取暖等诸多困难。牧民以游牧为主的生活方式，导致无法集中供电，因此当地牧民的用电难问题一直未得到妥善解决。而一些偏远地区的村庄长期以来道路不通无法用上电，由于架设电网成本太高，长期没有电能资源严重影响了该区域居民的正常生活需求。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，取之不尽，用之不竭。如果能将太阳能采取措施部分利用，将在一定程度上缓解该区域的用电以及生活需要得不到满足的情况。

目前太阳能的利用方式主要包括光热转换和光电转换，其中光热转换即靠各种集热器太阳能收集起来,用收集到的热能为人类服务。而光电转换主要包括光伏发电和光热发电两大类。其中，光伏发电仍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、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普及应用。光热发电系统中，常采用的汽轮机发电系统和斯特林热机发电系统制造和安装工艺复杂，规模较大，成本较高，运行的可靠性和实用性较差，不适合偏远山区，草原牧区，高山孤岛等地区的发电要求。

中国专利CN101629558B提供了一种太阳能热声发电系统，通过聚焦太阳光产生的热能驱动基于直线电机的热声发电机发电。如图1所示，该系统基于以直线电机发电的发电方式，系统热声发动机结构效率低，使得太阳能发电系统的经济性能受限，不适合低成本的要求。

现有的太阳能利用装置大多存在规模大、成本高以及建造周期长，结构单一的问题。

发明内容

本发明提供一种克服现有的太阳能利用装置大多存在规模大、成本高以及建造周期长，结构单一的问题或者至少部分地解决上述问题的一种便携式小型太阳能利用装置。

根据本发明，提供一种便携式小型太阳能利用装置，该装置包括：热声发动机、双向透平发电装置和热泵组件；所述热声发动机用于吸收外界热量产生声功，所述热声发动机的两端通过谐振管相连为第一环路，所述双向透平发电装置串接或旁接于第一环路上，所述双向透平发电装置用于将声功转化为动能进而通过旋转式发电机转化为电能，所述热声发动机的两端同时与所述热泵组件相连通形成第二环路。

在上述方案的基础上，所述热声发动机包括至少一个发动机基本单元，任一所述发动机基本单元包括第一连接管、发动机主冷却器、发动机回热器、热端换热器和第二连接管，第一连接管、发动机主冷却器、发动机回热器、热端换热器和第二连接管依次相连，在第二连接管内设置金属弹性膜和质量块，所述金属弹性膜和所述质量块用于消除热声直流、降低系统频率以提高系统效率，所述金属弹性膜与所述第二连接管的轴向垂直设置，所述质量块固定于所述金属弹性膜的中心部位，所述金属弹性膜的张力范围为10²-10⁵N/m²。

在上述方案的基础上，多个所述发动机基本单元并联设置且在两端分别汇总，任一所述发动机基本单元的热端换热器与热桥相连。

在上述方案的基础上，所述热泵组件包括热声制冷机或热声热泵，所述热声制冷机以及所述热声热泵的结构与所述发动机基本单元的结构一致。

在上述方案的基础上，所述热声制冷机依次包括制冷机主冷却器、制冷机回热器、制冷机冷头和第三连接管，在第三连接管内设置金属弹性膜和质量块；且所述制冷机主冷却器端与所述发动机基本单元的第二连接管端相连。

在上述方案的基础上，所述热声热泵依次包括供热机主吸热器、供热机回热器、热头和第四连接管，在所述第四连接管内设置金属弹性膜和质量块；且所述热声热泵的第四连接管端与所述发动机基本单元的第二连接管端相连。

在上述方案的基础上，所述热声发动机的两端通过三通阀分别与所述第一环路和所述第二环路相连通。

在上述方案的基础上，所述金属弹性膜包括：弹簧钢、铍青铜或不锈钢。

在上述方案的基础上，一种便携式小型太阳能利用装置还包括：聚光反射面和集热腔；所述聚光反射面用于汇集太阳能，所述集热腔与所述热桥相连，所述集热腔用于将所述聚光反射面汇集的太阳能传递至所述热桥。

在上述方案的基础上，所述双向透平发电装置具体包括：动叶片、导流叶片、连接轴、整流罩和旋转式发电机；在所述动叶片的两侧分别设置导流叶片，所述动叶片通过所述连接轴与所述旋转式发电机的旋转轴相连，所述旋转式发电机设置在所述动叶片的一侧或两侧，所述整流罩用于整流流入与流出的气体，所述旋转式发电机设置在所述整流罩的内部或外部。

本发明提供的一种便携式小型太阳能利用装置，采用热声原理，可提高热能利用率，提高发电效率，采用热声发动机规模大小方便调节，且通过设置双向透平发电装置以及热泵组件，可利用声功来发电以及供冷或供热以满足多种需求，该热能的综合利用系统成本低，寿命长，效率高，可控性好且适用性广，可根据生活需要实现不同的模块快速组合，满足在远离电网的偏远地区的居民生活需求。

附图说明

图1为现有技术中一种太阳能热声发电系统结构示意图；

图2为根据本发明实施例的一种热声发动机、双向透平发电装置和热声制冷机的连接示意图；

图3为根据本发明实施例的一种热声发动机中多个发动机基本单元的连接示意图；

图4为根据本发明实施例的一种便携式小型太阳能利用装置的示意图；

图5为根据本发明实施例的一种热声发动机、双向透平发电装置和热声热泵的连接示意图；

图6为根据本发明实施例的一种威尔斯透平动叶片示意图；

图7为根据本发明实施例的一种双向冲击式透平动叶片示意图；

图8为根据本发明实施例的一种双向冲击式透平结构示意图；

图9为根据本发明实施例的一种双向透平发电装置的结构示意图。

附图标记说明：

4—热声热泵； 2—双向透平发电装置； 3—热声制冷机；

7—谐振管； 404—供热机热缓冲管； 6—直流抑制器；

9—质量块； 405—供热机层流化元件； 1—热声发动机；

10—热桥； 102—发动机主冷却器； 101—第一连接管；

11—集热腔； 103—发动机回热器； 104—热端换热器；

203—连接管道； 106—发动机次冷却器； 105—发动机热缓冲管；

201—动叶片； 302—制冷机回热器； 107—第二连接管；

204—连接轴； 205—旋转式发电机； 206—整流罩；

303—冷头； 301—制冷机主冷却器； 202—导流叶片；

304—脉管； 305—制冷机层流化元件； 306—第三连接管；

403—热头； 401—供热机主吸热器； 8—金属弹性膜；

5—三通阀； 402—供热机回热器； 12—聚光反射面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例根据本发明提供一种便携式小型太阳能利用装置，参考图2，该装置包括：热声发动机1、双向透平发电装置2和热泵组件；所述热声发动机1用于吸收外界热量产生声功，所述热声发动机1的两端通过谐振管7相连为第一环路，所述双向透平发电装置2串接或旁接于第一环路上，所述双向透平发电装置2用于将声功转化为动能进而通过旋转式发电机转化为电能，所述热声发动机1的两端同时与所述热泵组件相连通形成第二环路。

本实施例提供的一种便携式小型太阳能利用装置，采用热声技术，即利用热声发动机1将热量转化为声功，即往复式机械能，再利用该往复式机械能进行发电、供冷或供热。

该小型太阳能利用装置还包括双向透平发电装置2和热泵组件。双向透平发电装置2用于将热声发动机1产生的声功，即往复式机械能转化为一个方向的旋转运动的动能，进而带动旋转式发电机进行发电。

热泵组件用于消耗声波能量，即热声发动机1产生的声功来供冷或供热。热声发动机1、双向透平发电装置2与热泵组件之间的连接具体为：从热声发动机1的两端分别连接两个环路，分别为第一环路和第二环路。

第一环路以及第二环路分别与热声发动机1相连通，且分别形成闭环。第一环路可在热声发动机1的两端由谐振管7连接形成。第二环路也可由谐振管7相连。双向透平发电装置2串接或旁接于第一环路上。热声发动机1产生的声功通过第一环路传递至双向透平发电装置2，用来产生电能。优选地，双向透平发电装置2串接或旁接于第一环路中体积流率最大处。

第二环路用于设置热泵组件。热泵组件串接于第二环路中，与热声发动机1相连通。第一环路与第二环路分别与热声发动机1串联。第一环路和第二环路则为并联设置。

将热声发动机1、双向透平发电装置2和热泵组件整体并联设置，三者之间相对独立，便于将整个装置模块化，可根据实际需要实现不同模块的快速组合，从而便于整个装置的安装、拆卸和检修，便于控制整个装置的规模。

双向透平发电装置2串接于第一环路中时，可将双向透平发电装置2置于第一环路的谐振管7内部。双向透平发电装置2旁接于第一环路中时，可在第一环路上设置连接管道203。连接管道203为第一环路中间的一个分支，将双向透平发电装置2设置在连接管道203内部。

谐振管7为等截面或变截面大长径比管道。声学谐振管7用于使得任一环路系统具有良好的阻抗相位。

本实施例提供的一种便携式小型太阳能利用装置，采用热声原理，可提高热能利用率，提高发电效率，采用热声发动机1规模大小方便调节，且通过设置双向透平发电装置2以及热泵组件，可利用声功来发电以及供冷或供热以满足多种需求，该热能的综合利用系统成本低，寿命长，效率高，可控性好且适用性广，可根据生活需要实现不同的模块快速组合，满足在远离电网的偏远地区的居民生活需求。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，所述热声发动机1包括至少一个发动机基本单元，任一所述发动机基本单元包括第一连接管101、发动机主冷却器102、发动机回热器103、热端换热器104和第二连接管107，第一连接管101、发动机主冷却器102、发动机回热器103、热端换热器104和第二连接管107依次相连，在第二连接管107内设置金属弹性膜8和质量块9，所述金属弹性膜8和所述质量块9用于消除热声直流、降低系统频率以提高系统效率，所述金属弹性膜与所述第二连接管的轴向垂直设置，所述质量块固定于所述金属弹性膜的中心部位，所述金属弹性膜的张力范围为10²-10⁵N/m²。

本实施例基于上述实施例，对热声发动机1的具体结构进行了说明。热声发动机1作为该发电装置的主要部件，其结构的复杂程度以及能量转化效率的高低对整个发电装置影响较大。本实施例提供的热声发电装置中的热声发动机1是由一个或一个以上的发动机基本单元组合而成。

每一发动机基本单元由第一连接管101、发动机主冷却器102、发动机回热器103、热端换热器104和第二连接管107依次连接。第一连接管101位于发动机基本单元的一端，用于与其他部件进行连接。热端换热器104主要与热源接触，用于吸收外界的热量。

热端换热器104因为吸收外界的热量，温度较高。从而在发动机的热端换热器104和发动机主冷却器102之间建立起温度梯度，使得系统内工质气体在发动机回热器103中产生热声振荡，把热能变成机械能，产生声功。

在发动机基本单元的另一端将第二连接管107与热端换热器104相连。第二连接管107同样用于与其他部件相连。在第二连接管107内设置金属弹性膜8和质量块9。金属弹性膜8和质量块9可消除热声直流，降低热声发动机1的声功损失。同时可阻挡热端换热器104的热量向第二连接管107端的流失，防止热量损失。

本实施例提供的一种便携式小型太阳能利用装置，通过在热声发动机1的第二连接管107内设置金属弹性膜8以及质量块9，可消除热声直流，降低系统频率，提高系统效率，且该结构简单，安装方便，尺寸规模较小，成本较低，可降低热声发动机1的尺寸规模，进而减小整个装置的规模，降低成本。

进一步地，第二连接管107内设置金属弹性膜8和质量块9。金属弹性膜8应垂直第二连接管107的轴向设置，且金属弹性膜8的尺寸应布满第二连接管107的整个截面。质量块9位于金属弹性膜8的中心部位。

金属弹性膜8的张力范围应为10²-10⁵N/m²，该弹力范围内的金属弹性膜8能较好的与质量块9配合消除热声直流，可解决环路内气流射流的问题，从而降低系统声功损失，提高系统效率。同时采用金属弹性膜8以及质量块9调相的方式，降低了系统频率，从而缩短了谐振管长度，使得系统结构紧凑，尺寸大大减小。

进一步地，参考图3，热声发动机1的结构也可为：由第一连接管101，发动机主冷却器102，发动机回热器103，热端换热器104，发动机热缓冲管105，发动机次冷却器106和第二连接管107依次连接。设置发动机热缓冲管105位于发动机热端换热器104与发动机次冷却器106之间，用于实现发动机热端换热器104与发动机次冷却器106的热隔离，以减少发动机热端换热器104向发动机次冷却器106的漏热，同时使得声功从发动机高温区域向外传递。

在无金属弹性膜8和质量块9时，可在第一连接管101中设置直流抑制器6，用以抑制环路内产生的质量流，可显著提高系统效率。

在热声发动机1为设置了金属弹性膜8和质量块9时，因为金属弹性膜8和质量块9本身即可抑制环路内产生的质量流，因此可不用设置直流抑制器6，可使整体结构更加简单。

进一步地，设置金属弹性膜8和质量块9相比设置发动机热缓冲管105和发动机次冷却器106，在实现隔热防止热量散失的同时还可调相，降低系统的频率，提高效率，且结构更加简单，可使整个装置规模较小，便于应用。

进一步地，可将太阳能作为热源对热端换热器104提供热量。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图3，多个所述发动机基本单元并联设置且在两端分别汇总，任一所述发动机基本单元的热端换热器104与热桥10相连。

本实施例基于上述实施例，对热声发动机1的结构进行了进一步地说明。热声发动机1可包含多个发动机基本单元。因为热声发动机1与双向透平发电装置2和热泵组件并联连接，因此可将多个发动机基本单元也并联连接。

多个发动机基本单元并联设置，且在两端分别汇总在一个管道中。便于将多个发动机基本单元作为一个整体在两端分别与双向透平发电装置2以及热泵组件相连。

每一发动机基本单元的热端换热器104均与热桥10相连。热桥10是传递热量的通道，与热源相连，可将热量均匀传递给每个热端换热器104。

参考图3，热声发动机1包含两个相同的发动机基本单元，两个发动机基本单元之间通过管道并联作为能量转换单元共同输出。本实施例中，两个发动机基本单元的热端换热器104之间通过热桥10连接。热桥10外壁包裹有保温材料。通过所述热桥10将收集的热量分配到两个发动机基本单元上。

两个发动机基本单元将热量转换为往复交变式的声波能量输出。相比于单个发动机基本单元，该实施例中热声发动机1可以输出更多的机械能，提高了整个系统的光能利用率。在具体应用中，发动机基本单元数可以采用N个并联，N大于1，但综合考虑系统成本，安装规模以及应用场合，应根据需要选取发动机基本单元数。

进一步地，热声发动机1中发动机基本单元的数量可根据需要灵活设定。当所需输出声功较大时，可设置多个发动机基本单元，产生较大的声功输出。热声发动机1的规模可大可小，可使整个发电装置适用范围更广。

本实施例提出一种结构简单、运行可靠、操作容易、经济性优良的便携式小型太阳能利用装置。热声发动机1组件用于将太阳光的能量转换为往复交变式的声波能量；双向透平发电装置2用于将振荡气流的交变流动转换成旋转运动从而驱动旋转式电机发电；热泵组件用于消耗声波能量来供冷或供热。该装置成本低，寿命长，效率高，可控性好，可以满足在远离电网的偏远地区的居民生活需求。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述热泵组件包括热声制冷机3或热声热泵4，所述热声制冷机3以及所述热声热泵4的结构与所述发动机基本单元的结构一致。

本实施例基于上述实施例，对热泵组件进行了说明。热声制冷机3以及热声热泵4均为可利用往复交变式的声波能量产生冷量或者热量的设备。

热泵组件为热声制冷机3时，可使整个装置实现发电和制冷的功能。热泵组件为热声热泵4时，可使整个装置实现发电和制热的功能。

热声制冷机3以及热声热泵4的结构与发动机基本单元的结构一致，是指，热声制冷机3与热声热泵4的组成部件与发动机基本单元的组成部件数量、种类以及具体位置关系均是相同的。只是各个部件具体应用环境，发挥的作用不同。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，所述热声制冷机3依次包括制冷机主冷却器301、制冷机回热器302、制冷机冷头303和第三连接管306，在第三连接管306内设置金属弹性膜8和质量块9；且所述制冷机主冷却器301端与所述发动机基本单元的第二连接管107端相连。

本实施例基于上述实施例，对热泵组件的具体结构进行了说明。热声制冷机3和热声热泵4的结构均与发动机基本单元的结构一致。

在热泵组件为热声制冷机3时，用于供冷。热声制冷机3由制冷机主冷却器301，制冷机回热器302，制冷机冷头303和第三连接管306依次相连组成，在第三连接管306内金属弹性膜8和质量块9。热声制冷机3与热声发动机1串联相连通，且应使制冷机主冷却器301端与发动机基本单元的第二连接管107端相连。

声功经制冷机主冷却器301进入制冷机回热器302，在制冷机回热器302内做功，实现热量从制冷机冷头303到制冷机主冷却器301的输运，从而在制冷机冷头303获得冷量。金属弹性膜8和质量块9用于阻挡冷量流失，提高系统效率。

进一步地，参考图4，热声制冷机3还可依次包括制冷机主冷却器301，制冷机回热器302，制冷机冷头303，脉管304和制冷机层流化元件305。脉管304，相当于发动机热缓冲管105，用于实现制冷机冷头303与制冷机层流化元件305的热隔离，以减少制冷机冷头303冷量损失。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述热声热泵4依次包括供热机主吸热器401、供热机回热器402、热头403和第四连接管，在所述第四连接管内设置金属弹性膜8和质量块9；且所述热声热泵4的第四连接管端与所述发动机基本单元的第二连接管107端相连。

在热泵组件为热声热泵4时，用于供热。热声热泵4由供热机主吸热器401，供热机回热器402，热头403和第四连接管依次相连组成，在第四连接管内设置金属弹性膜8和质量块9。热声热泵4与热声发动机1串联相连通，且应使热声热泵4的第四连接管端与发动机基本单元的第二连接管107端相连。

声功经供热机热头403进入供热机回热器402，在供热机回热器402内做功，实现热量从供热机主吸热器401到热头403的输运，从而在供热机热头403获得热量。金属弹性膜8和质量块9用于实现热隔离，提高系统效率。

进一步地，参考图5，热声热泵4还可依次包括供热机主吸热器401，供热机回热器402，热头403，供热机热缓冲管404和供热机层流化元件405。供热机热缓冲管404用于实现热头403与供热机层流化元件405的热隔离，以减小供热机热头403热量损失。

第三连接管306和第四连接管内的金属弹性膜8的设置与第二连接管107内相同。

金属弹性膜8以及质量块9解决了发动机热缓冲管105、供热机热缓冲管404或脉管304中气流射流的问题，降低了系统声功损失，隔绝了声直流，提高了系统效率。综合考虑系统成本，安装规模以及应用场合，应根据需要选取相应的金属弹性膜8以及质量块9结构参数。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，所述热声发动机1的两端通过三通阀5分别与所述第一环路和所述第二环路相连通。

本实施例基于上述实施例，对热声发动机1、第一环路与第二环路间的连接方式进行了说明。在热声发动机1的两端可分别通过三通阀5分别与第一环路和第二环路相连通。

设置三通阀5，既方便连接，又可灵活对各个环路进行控制，可根据需要设置环路的启动或关闭。热声发动机1首尾两端的三通阀5同时开启其中一条环路，关闭另一条支路，可根据需要相应实现发电或供冷供热。

热声发动机1、第一环路与第二环路之间的连接方式也可为其他，对此不作限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述金属弹性膜8包括：弹簧钢、铍青铜或不锈钢。

金属弹性膜8为弹簧钢、铍青铜或不锈钢，既可满足在环路内对弹性以及隔热的要求，同时该材料比较耐磨耐用，且成本较低。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，一种便携式小型太阳能利用装置还包括：聚光反射面12和集热腔11；所述聚光反射面12用于汇集太阳能，所述集热腔11与所述热桥10相连，所述集热腔11用于将所述聚光反射面12汇集的太阳能传递至所述热桥10。

本实施例基于上述实施例，对便携式小型太阳能利用装置进行了进一步地说明。该发电装置还包括聚光反射面12和集热腔11，用于将太阳能聚集，作为热声发动机1的热源。聚光反射面12用于将太阳能汇集起来。集热腔11用于将汇集的太阳能通过热桥10传到热声发动机1的热端换热器104中。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述双向透平发电装置2具体包括：动叶片201、导流叶片202、连接轴204、整流罩206和旋转式发电机；在所述动叶片201的两侧分别设置导流叶片202，所述动叶片201通过所述连接轴204与所述旋转式发电机的旋转轴相连，所述旋转式发电机设置在所述动叶片201的一侧或两侧，所述整流罩206用于整流流入与流出的气体，所述旋转式发电机设置在所述整流罩206的内部或外部。

本实施例基于上述实施例，对双向透平发电装置2的具体结构进行了说明。双向透平发电装置2可以为威尔斯透平或双向冲击式透平。

如图6所示的威尔斯透平动叶片201示意图，其原理属于“升力型”，采用对称翼。如图7所示为双向冲击式透平动叶片201示意图，其与传统单级轴流冲击式叶轮机相同。在威尔斯透平或双向冲击式透平的两侧，各装配有一组导流叶片202，如图8所示，来自上游的导流叶片202类似喷嘴叶栅，下流的导流叶片202类似扩压叶栅。

往复流体流经导流叶片202后，产生的推力都使透平朝同一方向旋转。图9为双向透平发电装置2结构示意图，包括透平动叶片201，导流叶片202，连接轴204，旋转式发电机，整流罩206。整流罩206用于整流流入与流出透平区域气体，减少损失。旋转式发电机可以置于整流罩206内，也可以置于整流罩206外。旋转式发电机可以对称布置，也可以单侧布置。双向透平发电装置2将往复气体的交变流动转换为旋转运动，从而带动旋转电机发电。

以上所述双向透平均为单级透平，也可以为N级透平，N为大于1的整数，N级透平由单级透平串接而成，共同带动同一旋转轴单向旋转，驱动旋转式发电机发电。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种便携式小型太阳能利用装置包括热声发动机1组件，双向透平发电装置2，热泵组件，三通阀5以及聚光反射面12等组成。所述聚光反射面12用于汇聚太阳光的能量。

本实施例提出的便携式小型太阳能利用装置，通过利用太阳能聚光装置将太阳光聚集在发动机热端换热器104上。热声发动机1基于热声原理，将太阳能转换成振荡形式的机械能。由双向透平发电装置2将振荡形式的机械能转换成电能。由热泵组件将振荡型式的机械能转换为热能或冷量。

现有技术中还不能提供一种太阳能利用的简单有效、成本低、可靠性高、适用于远离电网的偏远山村地区的技术途径。基于以上问题，本实施例根据本发明结合热声发动机1和热泵组件的高效、结构简单等优点，同时利用双向透平发电装置2结构简单、功率可扩展性强和经济性高的特点，将聚焦的太阳能转换成电能、冷能或者热能输出。提出了一种结构简单、尺寸规模小，操作容易以及整机成本更低的小型太阳能综合利用装置，以满足在偏远地区的居民生活需求。

本装置结构简单，尺寸规模小，安装便利，运行稳定可靠，且利用热声发动机1可有效提高太阳能的利用率，同时，本发明系统的规模可根据实际需要而设定，建造灵活，整个系统的建造周期短，成本低。为偏远地区，草原牧区等电网无法延伸到的地方，可以提供有效灵活的发电、制冷或制热解决方案，弥补了偏远地区长期没有电能资源的缺陷。

本实施例提出一种结构简单、运行可靠、操作容易、经济性优良的便携式小型太阳能利用装置。通过热声发动机1组件用于将太阳光的能量转换为往复交变式的声波能量；通过双向透平发电装置2将振荡气流的声波能量转变为电能；通过热泵组件来供冷或供热。整个系统结构简单，安装便利，运行稳定可靠，建造周期短，成本低。满足了偏远地区的居民生活需求。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式小型太阳能利用装置，其特征在于，包括：热声发动机、双向透平发电装置和热泵组件；所述热声发动机用于吸收外界热量产生声功，所述热声发动机的两端通过谐振管相连为第一环路，所述双向透平发电装置串接或旁接于第一环路上，所述双向透平发电装置用于将声功转化为动能进而通过旋转式发电机转化为电能，所述热声发动机的两端同时与所述热泵组件相连通形成第二环路。

2.根据权利要求1所述的便携式小型太阳能利用装置，其特征在于，所述热声发动机包括至少一个发动机基本单元，任一所述发动机基本单元包括第一连接管、发动机主冷却器、发动机回热器、热端换热器和第二连接管，第一连接管、发动机主冷却器、发动机回热器、热端换热器和第二连接管依次相连，在第二连接管内设置金属弹性膜和质量块，所述金属弹性膜和所述质量块用于消除热声直流、降低系统频率以提高系统效率，所述金属弹性膜与所述第二连接管的轴向垂直设置，所述质量块固定于所述金属弹性膜的中心部位，所述金属弹性膜的张力范围为10²-10⁵N/m²。

3.根据权利要求2所述的便携式小型太阳能利用装置，其特征在于，多个所述发动机基本单元并联设置且在两端分别汇总，任一所述发动机基本单元的热端换热器与热桥相连。

4.根据权利要求2或3所述的便携式小型太阳能利用装置，其特征在于，所述热泵组件包括热声制冷机或热声热泵，所述热声制冷机以及所述热声热泵的结构与所述发动机基本单元的结构一致。

5.根据权利要求4所述的便携式小型太阳能利用装置，其特征在于，所述热声制冷机依次包括制冷机主冷却器、制冷机回热器、制冷机冷头和第三连接管，在第三连接管内设置金属弹性膜和质量块；且所述制冷机主冷却器端与所述发动机基本单元的第二连接管端相连。

6.根据权利要求4所述的便携式小型太阳能利用装置，其特征在于，所述热声热泵依次包括供热机主吸热器、供热机回热器、热头和第四连接管，在所述第四连接管内设置金属弹性膜和质量块；且所述热声热泵的第四连接管端与所述发动机基本单元的第二连接管端相连。

7.根据权利要求1所述的便携式小型太阳能利用装置，其特征在于，所述热声发动机的两端通过三通阀分别与所述第一环路和所述第二环路相连通。

8.根据权利要求2所述的便携式小型太阳能利用装置，其特征在于，所述金属弹性膜包括：弹簧钢、铍青铜或不锈钢。

9.根据权利要求1或2或3所述的便携式小型太阳能利用装置，其特征在于，还包括：聚光反射面和集热腔；所述聚光反射面用于汇集太阳能，所述集热腔与所述热桥相连，所述集热腔用于将所述聚光反射面汇集的太阳能传递至所述热桥。

10.根据权利要求1所述的便携式小型太阳能利用装置，其特征在于，所述双向透平发电装置具体包括：动叶片、导流叶片、连接轴、整流罩和旋转式发电机；在所述动叶片的两侧分别设置导流叶片，所述动叶片通过所述连接轴与所述旋转式发电机的旋转轴相连，所述旋转式发电机设置在所述动叶片的一侧或两侧，所述整流罩用于整流流入与流出的气体，所述旋转式发电机设置在所述整流罩的内部或外部。