[发明专利]无运动部件的冷热电联供系统

说明书

一种无运动部件的冷热电联供系统，包括至少一个热声发动机核心单元、至少一摩擦发电机和至少一个热声制冷机核心单元；所述热声发动机核心单元用于将热能转化为声波形式的机械能；所述摩擦发电机连接于所述热声发动机核心单元的一侧并用于将经过摩擦发电机的声波形式的机械能的其中一部分转化为电能；所述热声制冷机核心单元连接于所述热声发动机核心单元的一侧并用于将经过摩擦发电机后的声波形式的机械能用于制冷。本发明利用热声发动机产生压力波动，利用摩擦发电机将外部热能转化为电能输出；另一部分声功被热声制冷机消耗，产生制冷效应，不存在机械运动部件，因此其可靠性高、结构结单。

技术领域

本发明涉及冷热电联供技术领域，特别是涉及一种无运动部件的冷热电联供系统。

背景技术

冷热电联供(Combined Cooling Heating and Power，CCHP)系统是一种建立在能源梯级利用概念基础上，集制冷、供热(采暖和供热水)及发电过程为一体的多能联供总能系统，总的能源利用率可以达到75％—90％以上。与传统分供式能源系统相比较，冷热电联供系统结构紧凑，占地面积小，安装方便，维护简单，自动化程度高，运行成本低。与大电网、集中式供能系统相比，冷热电联供系统还具有投资小、见效快等特点，代表着当前能源利用新的发展方向。

现有冷热电联供系统按原动机类型分类，可分为蒸汽轮机系统、燃气轮机系统、内燃机系统、斯特林发动机系统、微型燃气轮机系统及燃料电池系统等。其中，蒸汽轮机系统、燃气轮机系统主要用在大型的热电联供场合；斯特林发动机、燃料电池和微型燃气轮机目前还不具备可靠的制造技术，且系统建设成本较高。基于内燃机的冷热电联供技术是目前较为成熟的冷热电联供技术。内燃机的功率范围较广，发电效率可达30％以上，热电综合效率可达90％，初投资成本较低，但是其对燃料种类要求高，且噪音较大。此外，由于活塞、连杆、曲轴、飞轮等运动部件的存在，内燃机的可靠性较低，需定期维护保养。

当一个管道中存在适当的温度梯度和声场时，声波振荡就会自发产生，将热能转化成声波形式的机械能，这就是热致声效应。热声发动机作为一种新型外燃式热机，它利用热致声效应将热能转化为声能，具有无机械运动部件带来的运行可靠和长寿命、潜在热效率高和环境友好等优点。根据热声转换的声场特性，热声发动机可分为行波热声发动机和驻波热声发动机，两者各有优势：驻波热声发动机板叠内的热交换过程基于不可逆过程、热效率略低，但是其具有结构简单的优点；相比于基于不可逆循环的驻波热声发动机而言，行波热声发动机基于可逆的斯特林循环，潜在热效率更高。

图1所示为现有技术公开号为CN 103835903 B的中国发明专利提供了一种行波热声冷热电联供系统，其由至少三台行波热声发动机2、至少一台行波热声制冷机3和直线电机及4谐振单元1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；系统通过行波热声发动机将热能转化成声功，行波热声制冷机利用一部分声功实现制冷，直线发电机将制冷机出口声功转化为电能，并为行波热声制冷机提供适合的相位，提高制冷机性能；各发动机的冷却水温度升高用于生活供热。但发明人在实际应用中发现，该系统虽然具有很好的热源适应性，可以利用天然气、各种液体固体燃料，也可以利用太阳能，但该系统存在下述问题：首先，直线发电机的气缸413与活塞412之间必须采用高精度的间隙密封技术，这对零部件的加工制造和装配提出了严苛的要求，进而会增加该行波热声冷热电联供系统的生产制造成本；其次，由于该行波热声冷热电联供系统引入了活塞412、动子磁铁415等机械运动部件，由于这些机械运动部件的存在，大大降低了该行波热声冷热电联供系统的可靠性并缩短了其使用寿命。

发明内容

本发明基于现有技术存在的问题提出，旨在解决现有技术存在机械运动部件，因此其可靠性低、结构复杂、对加工工艺要求高、生产成本高的难题，提供一种无运动部件的冷热电联供系统。