CN104653329A - 蓄热式斯特林发电机组及移动机组 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供蓄热式斯特林发电机组，通过将多种能源进行有效的互补利用，并经过蓄热器蓄热，实现低成本、高效率的能源利用，特别是各种余热以及低谷电力等能源的有效利用。包括容器、蓄热材料、斯特林发电机组、控制系统，蓄热材料及斯特林发电机组及控制系统设置在容器内，由蓄热材料提供斯特林发电机组的所需要的热能，斯特林发电机组将储存的热能转换为所需能源，通过流体或热管将热能与容器内的蓄热材料进行换热，在需要热能时，再利用流体或热管将热能进行利用。本发明的另外目的是提供一种具备移动功能的蓄热器发电机组，可以将蓄热器进行移动，到一个热能使用的区域，然后再进行发电利用。

Description

蓄热式斯特林发电机组及移动机组

技术领域

本发明涉及热能利用，特别是使用为热能形式的能源并对其存储后，采用斯特林机组实现将热能转换为电能。

背景技术

蓄热器是对热能进行储存的设备，现有的蓄热器为蒸汽型和液体蓄热器；

在工业节能领域，将余热进行回收并储存，通常采用相变技术进行蓄热，在低温领域采用蓄冰技术实现蓄热；

在太阳能领域，采用熔融盐蓄热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。

在太阳能领域，也采用空气或其他气体进行蓄热，但其热熔小，无法实现大规模的热能存储。

蓄能电站采用电能进行储存，特别是风电及光伏组成的电能，由于其无法实现储存，因而不得不大量的抛弃，造成大量的浪费。如果采用热能进行储存，需要具备大功率的存储能力的储存器。

如何实现能源进行经济的储存和使用，提供一种可行的技术方法，实现将对中种不同形式的能源进行互补、储存、和利用，是需要解决的问题。

斯特林机组为1-100KW 的热发电机组，如何将其用于家庭等小单位的蓄热式发电，需要进一步的研究。

发明内容

本发明的目的是提供蓄热式斯特林发电机组，通过将多种能源进行有效的互补利用，并经过蓄热器蓄热，实现低成本、高效率的能源利用，特别是各种余热以及低谷电力等能源的有效利用。

本发明采用将蓄热材料存在在一个容器内，通过流体或热管将热能与容器内的蓄热材料进行换热，在需要热能时，再利用流体或热管将热能进行利用。本发明采用斯特林发电机组，实现将热能转换为电能。

本发明的另外目的是提供一种具备移动功能的蓄热器发电机组，可以将蓄热器进行移动，到一个热能使用的区域，然后再进行发电利用。

具体发明内容如下：

蓄热式斯特林发电机组，包括蓄热材料，热声发电机，壳体，保温材料等，其特征是：由容器、蓄热材料、斯特林发电机组、控制系统组成；蓄热材料及斯特林发电机组及控制系统设置在容器内；由蓄热材料提供斯特林发电机组的所需要的热能，斯特林发电机组将储存的热能转换为所需能源。

容器的内部设置有至少三个腔体，一个蓄热材料腔室，一个为斯特林发电机组腔室，另一个为控制系统腔室，在蓄热材料腔室内设置有蓄热材料；斯特林发电机组腔室内设置有斯特林发电机组，发电机组与蓄热腔室的蓄热材料之间设置有换热器件，完成热能的交换与使用；在斯特林发电机组腔室内还设置有散热部位，将发电机组产生的余热通过散热部位进行散热。

在蓄热腔体设置有一个进口与一个出口，通过流体直接的从蓄热腔室进口进入与蓄热材料换热后从蓄热腔室出口流出，或者通过设置在联通进口与出口之间的管道流体在管道内流动，完成对蓄热材料的加热；蓄热腔体腔室外部设置有保温材料。

在蓄热腔室和斯特林发电机组上设置有由多个传感、检测、控制、显示器件、软件、单板机或计算机组成的控制系统，完成对机组的运行控制。

还包括一个热源系统，为蓄热材料提供热源，所述的热源选择下列一种：

A、工业余热；

B、低价格时的电能转换为的热能；

C、低价格的电能直接制氢，然后利用氢气燃烧产生热能；

D、地热能；

E、利用太阳能光伏电站所产生的电能产生的热能；

F、利用风电所产生的电能所产生的热能；

G、生物质所产生的热能。

还包括一个移动换热器件，将非本地的远距离热源运输到斯特林发电机组区域，通过换热将热能提供给斯特林发电机组的蓄热材料，由蓄热材料接受并储存其热能。

设置有多个蓄热器，每个蓄热器设置有不同的温度，从不同远距离的将蓄热器充满热能后运输到多联产所需要的地点，实现能源的转换利用；当上述热源的温度低于设定温度是采用吸收式热泵为其提升温度。

所述的蓄热材料选择自下列一种或多种：

A、蓄热材料：由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，包括由金属、金属化合物、尾矿、工业钢渣或铁渣、鹅卵石、小石块至少一种或多种组成的蓄热材料；

B、流体：包括液体、气体、液态金属、纳米流体、等离子体、超临界流体中的一种或多种；

C、熔融盐：包括金属或非金属的熔融盐；

D、液态金属：包括各种液态金属；

E、混凝土：包括采用混凝土通过浇筑的方式所形成的蓄热材料；

F、陶瓷：包括各种陶瓷的蓄热材料。

所述的在蓄热材料与斯特林发电机组之间设置有换热器件为流体换热或热管换热，所采用的热管为重力热管、循环热管、自激震荡热管的一种或几种。

流体选择下列一种：液体、气体、熔融盐、液态金属、纳米流体、等离子体、超临界流体中的一种或多种。

还设置有至少一个动力装置和流体箱，将流体设置在流体箱内，动力装置提供动力，通过流体的循环实现热能的交换。

蓄热式斯特林发电移动机组，将以上所述的任一蓄热式斯特林发电机组设置在可以移动运输设备上，使其具备移动能力，实现移动的蓄热材料蓄热式多联产。

可以移动运输设备上或者容器上安装有轨道和动力装置，可以将容器箱体从可以移动运输设备上卸载和吊装到汽车上；在容器的壳体上设置有滚轮或者轮胎，滚轮或者轮胎与容器底部的外壳连接，同于支撑和移动容器，滚轮可以在设置在可以移动运输设备上的轨道上进行运动。

 

采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：

1、                           本发明提供了以蓄热为基础的斯特林发电机组，实现多种能源的互补利用蓄热发电，特别是针对余热利用及无法提供能源的使用地点，可以采用移动的发电，实现能源供应。

2、                           本发明可以实现移动蓄热，将蓄热器移动到需要的地方实现热能的采集及利用。

3、                           本发明可以应用于工业余热、太阳能、地热、生物质等多种应用。

附图说明

图1是固定蓄热式斯特林发电机组。

图2是移动蓄热式斯特林发电机组。

 

图中标号含义：

1：进口，2：出口，3：容器，4：蓄热材料，5：蓄热材料腔室  6：斯特林发电机组腔室，7：控制器件腔室，8：发电机组，9：散热区域，10：斯特林发电机组，11：热管换热，12：流体换热，13：控制线路，14：控制系统，15:运输设备，16：余热，17：风电转换的热能，18：太阳能光伏转换的热能。

具体实施方式

实施例1、蓄热斯特林发电机组

图1所示的固定蓄热材料斯特林发电机组，由容器3、蓄热材料4、斯特林发电机组（8、9、10）、控制系统14组成；蓄热材料4及斯特林发电机组（8、9、10）及控制系统设14置在容器3内；容器3的内部设置有三个腔体，一个蓄热材料腔室5，一个为斯特林发电机组腔室6，另一个为控制系统腔室7，在热声发电装置腔体内设置有发电蓄热材料，在蓄热材料腔室内设置的蓄热材料以及发电蓄热材料为：氧化铁30%，导热水泥40%，沙粒30%组成，在斯特林发电机组腔室6内的蓄热材料通过流体换热12系统完成热能交换，将热能提供给发电机组进行发电，在斯特林发电机组腔室6内设置有两组斯特林发电机组，一组为5KW的斯特林发电机组，换热设备采用流体换热；第二组为10KW的斯特林发电机组，换热设备采用热管进行换热，实现将蓄热材料的热能转换为斯特林发电机组发电所需的热能，斯特林发电机组通过流体或热管实现热能的利用，在斯特林机组腔室内还设置有散热区域9，可以将斯特林发电机组的热能进行散热。

设置有控制系统14，通过控制线路13完成对机组的控制，控制系统由多个传感器件、检测器件、控制器件、显示器件、软件、单板机或计算机组成，完成对机组的控制。

采用流体换热的方式完成对蓄热器的蓄热材料的充热，高温流体从进口进入到蓄热腔室后，通过蓄热材料之间额度通道与蓄热材料进行换热和流动，换热之后的流体从出口流出。

该机组可以使用多种的能源，既可以使用波谷电力，在峰谷时使用，也可以采用风电以及光伏发电的电力，将其转换为热能后存储使用，也可以采用多种工业余热，但是本发明可以采用任何的可以转换为热能的能源，只要可以与蓄热器进行热能的交换，就可以为蓄热材料提供热能，因而，也就可以实现多能源互补的多量产。

实施例2、移动流体蓄热斯特林发电机组

图2图1所示的移动流体蓄热斯特林发电机组，由运输设备15、容器3、蓄热材料4、斯特林发电机组（8、9、10）、控制系统14组成；蓄热材料4及斯特林发电机组（8、9、10）及控制系统设14置在容器3内；容器3的内部设置有三个腔体，一个蓄热材料腔室5，一个为斯特林发电机组腔室6，另一个为控制系统腔室7，在蓄热材料腔室内设置流体，流体由熔融盐组成，其组成为硝酸钾70%及硝酸钠30%组成，在斯特林发电机组腔室6内设置有两套热声发电装置，一套为8KW的发电机组，另外一套为25KW的斯特林发电机组，通过流体或热管为斯特林发电机组提供热能，在斯特林机组腔室内还设置有散热区域9，可以将斯特林发电机组的热能进行散热。

在控制腔室内设置有控制系统14，通过控制线路13完成对机组的控制，控制系统由多个传感器件、检测器件、控制器件、显示器件、软件、单板机或计算机组成，完成对机组的控制。

采用流体换热的方式完成对蓄热器的蓄热材料的充热，在蓄热腔室的进口与出口设置了流体管道，用于换热流体进行换热，高温流体从进口进入到蓄热腔室后，通过流体通道与蓄热流体熔融盐进行换热，换热之后的流体从管道的出口流出。

该机组采用余热16，风电转换的热能17，太阳能光伏转换的热能18三种能源，在一个具有余热的区域进行换热，利用流体换热将热能提供给蓄热材料，在具有风能及光伏发电的区域，将风电及光伏发电转换为电能，实现能源的转换和利用，但是本发明可以采用任何的可以转换为热能的能源，只要可以与蓄热器进行热能的交换，就可以为蓄热材料提供热能，因而，也就可以实现多能源互补的多量产。

    根据本发明的原理及结构，可以设计其他的实施案例，只要符合本发明的原理及结构，都属于本发明的实施。

Claims (10)

1.蓄热式斯特林发电机组，包括蓄热材料，热声发电机，壳体，保温材料等，其特征是：

    由容器、蓄热材料、斯特林发电机组、控制系统组成；蓄热材料及斯特林发电机组及控制系统设置在容器内；由蓄热材料提供斯特林发电机组的所需要的热能，斯特林发电机组将储存的热能转换为所需能源；

容器的内部设置有至少三个腔体，一个蓄热材料腔室，一个为斯特林发电机组腔室，另一个为控制系统腔室，在蓄热材料腔室内设置有蓄热材料；斯特林发电机组腔室内设置有斯特林发电机组，发电机组与蓄热腔室的蓄热材料之间设置有换热器件，完成热能的交换与使用；在斯特林发电机组腔室内还设置有散热部位，将发电机组产生的余热通过散热部位进行散热；

在蓄热腔体设置有一个进口与一个出口，通过流体直接的从蓄热腔室进口进入与蓄热材料换热后从蓄热腔室出口流出，或者通过设置在联通进口与出口之间的管道流体在管道内流动，完成对蓄热材料的加热；蓄热腔体腔室外部设置有保温材料；

在蓄热腔室和斯特林发电机组上设置有由多个传感、检测、控制、显示器件、软件、单板机或计算机组成的控制系统，完成对机组的运行控制。

2.根据权利要求1所述的蓄热式斯特林发电机组，其特征是：还包括一个热源系统，为蓄热材料提供热源，所述的热源选择下列一种：

A、工业余热；

B、低价格时的电能转换为的热能；

C、低价格的电能直接制氢，然后利用氢气燃烧产生热能；

D、地热能；

E、利用太阳能光伏电站所产生的电能产生的热能；

F、利用风电所产生的电能所产生的热能；

G、生物质所产生的热能。

3.根据权利要求1所述的蓄热式斯特林发电机组，其特征是：还包括一个移动换热器件，将非本地的远距离热源运输到多联产机组区域，通过换热将热能提供给多联产机组的蓄热材料，由蓄热材料接受并储存其热能。

4.根据权利要求1或3所述的蓄热式斯特林发电机组，其特征是：设置有多个蓄热器，每个蓄热器设置有不同的温度，从不同远距离的将蓄热器充满热能后运输到多联产所需要的地点，实现能源的转换利用；当上述热源的温度低于设定温度是采用吸收式热泵为其提升温度。

5.根据权利要求1所述的蓄热式斯特林发电机组，其特征是：所述的蓄热材料选择自下列一种或多种：

A、固体粒块：由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，包括由金属、金属化合物、尾矿、工业钢渣或铁渣、鹅卵石、小石块至少一种或多种组成的固体粒块；

B、流体：包括液体、气体、液态金属、纳米流体、等离子体、超临界流体中的一种或多种；

C、熔融盐：包括金属或非金属的熔融盐；

D、液态金属：包括各种液态金属；

E、混凝土：包括采用混凝土通过浇筑的方式所形成的蓄热材料；

F、陶瓷：包括各种陶瓷的蓄热材料。

6.根据权利要求1所述的蓄热式斯特林发电机组，其特征是：所述的在蓄热材料与斯特林发电机组之间设置的换热器件为流体换热或热管换热，所采用的热管为重力热管、循环热管、自激震荡热管的一种或几种。

7.根据权利要求1或6所述的蓄热式斯特林发电机组，其特征是：流体选择下列一种：液体、气体、熔融盐、液态金属、纳米流体、等离子体、超临界流体中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的蓄热式斯特林发电机组，其特征是：还设置有至少一个动力装置和流体箱，将流体设置在流体箱内，动力装置提供动力，通过流体的循环实现热能的交换。

9.蓄热式斯特林发电移动机组，其特征是：将权利要求1-7所述的任一蓄热式斯特林发电机组设置在可以移动运输设备上，使其具备移动能力，实现移动的蓄热材料蓄热式多联产。

10.根据权利要求9所述的蓄热式斯特林发电移动机组，其特征是：可以移动运输设备上或者容器上安装有轨道和动力装置，可以将容器箱体从可以移动运输设备上卸载和吊装到汽车上；在容器的壳体上设置有滚轮或者轮胎，滚轮或者轮胎与容器底部的外壳连接，同于支撑和移动容器，滚轮可以在设置在可以移动运输设备上的轨道上进行运动。