基于斯特林循环的可逆式发电及热泵系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于斯特林循环的可逆式发电及热泵系统，包括：包含第一液压缸、第一和第二压力容器的第一液体活塞系统，包含第二液压缸、第三和第四压力容器的第二液体活塞系统；第一和第二气用活塞缸、可逆动力设备及多级换热装置。本系统基于斯特林循环的运行过程由低温等温压缩、等容升温、高温等温膨胀、等容降温四个过程构成，而热泵系统的工作原理是斯特林循环的逆过程，其运行过程包括高温等温压缩、等容降温、低温等温膨胀、等容升温四个过程。等容升温和等容降温利用多级换热装置进行换热，使气体在等体积迁移过程中温度升高或降低，以实现热量回收过程，提升热效率。本发明专利技术系统利用液体温差发电，提供了一种可持续发电的发电系统。发电系统。发电系统。

【技术实现步骤摘要】
基于斯特林循环的可逆式发电及热泵系统


[0001]本专利技术属于压缩空气储能
，尤其涉及一种基于斯特林循环的可逆式发电及热泵系统。

技术介绍

[0002]随着电力系统的发展，太阳能发电和余热发电等新的发电技术越来越受到重视。太阳能热发电技术是一种通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳能直射光聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽以驱动汽轮机发电的技术。
[0003]在自然资源方面，我国地热资源十分丰富，但是，除少数中高温热水资源用于发电外，其余主要用于建筑采暖、温泉保健、养殖种植等。另一方面，在工业领域和生活领域中，存在大量含有废热和余热的液体、烟气，这些热量因为品味、品质不高，利用的可行性较低。随着社会科学的不断进步以及工业用压缩空气的工艺需求的不断发展，某些场合经常提出对压缩空气进行变温变压的要求。例如，在压缩空气储能
，压缩空气存储时，低温低压的气体容易存储；压缩空气发电时，利用高温高压气体发电可以提高发电效率。
[0004]在现有技术中大部分是基于卡诺循环过程，而斯特林循环过程相较于卡诺循环过程，对于相同等温过程压缩比下的斯特林循环过程，其升温后的气体压强远小于卡诺循环过程，对设备耐压需求小，设备实际制造难度小。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种基于斯特林循环的可逆式发电及热泵系统，其利用第一液体活塞缸的第一温度范围的液体和第二液体活塞缸的第二温度范围的液体的温差进行发电，并且提供一种可持续发电的发电系统。相较于卡诺循环过程，对于相同等温过程压缩比下的斯特林循环过程，其升温后的气体压强远小于卡诺循环过程，对设备耐压需求小，设备实际制造难度小。
[0006]一种基于斯特林循环的可逆式发电及热泵系统，包括：
[0007]第一至第四压力容器(1、2、3、4)，第一和第二液压缸(5、6)，第一和第二气用活塞缸(7、8)，第一至第四可逆动力设备(9、10、11、12)，第一和第二多级换热装置(13、14)；所述第一和第二压力容器(1、2)被配置为储存具有第一温度范围的液体和气体，所述第三和第四压力容器(3、4)被配置为储存具有第二温度范围的液体和气体；
[0008]所述第一液压缸(5)和第一和第二压力容器(1、2)组成第一液体活塞系统，用于低温等温压缩过程，所述第一液压缸(5)中的第一活塞推动第一液压缸(5)中的第一温度范围的液体进入第一压力容器(1)或第二压力容器(2)中压缩所述第一气体；所述第二液压缸(6)和第三和第四压力容器(3、4)组成第二液体活塞系统，用于高温等温膨胀过程，所述所述第二液压缸(6)的第二活塞在所述第二气体的膨胀作用下运动，通过与其相连的第二活塞杆驱动所述第四可逆动力设备(12)；
[0009]所述第一多级换热装置(13)低温口通过阀门控制与第一和第二压力容器(1、2)之
一相连，高温口通过阀门控制与第三和第四压力容器(3、4)之一相连；所述第二多级换热装置(14)低温口通过阀门控制与第一和第二压力容器(1、2)之一相连，高温口通过阀门控制与第三和第四压力容器(3、4)之一相连；
[0010]所述第一气用活塞缸(7)和第二气用活塞缸(8)分别交替用于等容升温和等容降温过程的驱动；所述第一气用活塞缸(7)设置在第一多级换热装置(13)低温口与第一压力容器(1)和第二压力容器(2)相连的管道上用于控制气体的等体积迁移，所述第二气用活塞缸(8)设置在第二多级换热装置(14)低温口与第一压力容器(1)和第二压力容器(2)相连的管道上用于控制气体的等体积迁移。
[0011]进一步，所述系统包括四个斯特林循环过程，分别为：
[0012]第一过程，第一多级换热装置(13)低温口通过阀门控制与第一压力容器(1)相连，高温口与第四压力容器(4)相连，第四可逆动力设备(12)控制第一气用活塞缸(7)中的第一气体活塞杆运动使第四压力容器(4)中气体经第一多级换热装置(13)等容降温迁移至第一压力容器(1)中；
[0013]第二过程，第一多级换热装置(13)低温口通过阀门控制与第一压力容器(1)相连，高温口与第三压力容器(3)相连，第二多级换热装置(14)低温口通过阀门控制与第二压力容器(2)相连，高温口与第四压力容器(4)相连；第四可逆动力设备(12)控制第一气用活塞缸(7)中第一气体活塞杆运动使第三压力容器(3)中气体经第一多级换热装置(13)等容降温迁移至第一压力容器(1)中，第二可逆动力设备(10)控制第二气用活塞缸(8)中的第二气体活塞杆运动使第二压力容器(2)中气体经第二多级换热装置(14)等容升温迁移至第四压力容器(4)中；
[0014]第三过程，第二多级换热装置(14)低温口通过阀门控制与第二压力容器(2)相连，高温口与第三压力容器(3)相连，第二可逆动力设备(10)控制第二气用活塞缸(8)中第二气体活塞杆运动使第三压力容器(3)中气体经第二多级换热装置(14)等容降温迁移至第二压力容器(2)中；
[0015]第四过程，第一多级换热装置(13)低温口通过阀门控制与第一压力容器(1)相连，高温口与第三压力容器(3)相连，第二多级换热装置(14)低温口通过阀门控制与第二压力容器(2)相连，高温口与第四压力容器(4)相连；第四可逆动力设备(12)控制第一气用活塞缸(7)中第一气体活塞杆运动使第一压力容器(1)中气体经第一多级换热装置(13)等容升温迁移至第三压力容器(3)中，第二可逆动力设备(10)控制第二气用活塞缸(8)中第二气体活塞杆运动使第四压力容器(4)中气体经第二多级换热装置(14)等容降温迁移至第二压力容器(2)中。
[0016]优选地，第一至第四压力容器(1、2、3、4)可作为送气罐或受气罐，其中第一和第二压力容器(1、2)中的具有第一温度范围的液体和气体以及第三和第四压力容器(3、4)中的具有第二温度范围的液体和气体可以迁入或迁出。
[0017]优选地，所述第一至第四压力容器(1、2、3、4)设置隔热材料与外界隔热。
[0018]优选地，所述可逆动力设备(9、10、11、12)同时具有发电模式和电动模式；在发电模式下，可逆动力设备(9、11)分别被第一、第二液体活塞杆驱动进行发电，可逆动力设备(10、12)分别被第一、第二气用活塞杆驱动进行发电；在电机模式下，可逆动力设备(9、11)可利用电能分别驱动第一、第二液体活塞杆运动，可逆动力设备(10、12)可利用电能分别驱
动第一、第二气用活塞杆运动。
[0019]优选地，第一和第二多级换热装置(13、14)采用非同时回热。
[0020]优选地，所述第一和第二多级换热装置(13、14)由多个串联的储水罐组成，每个储水罐中存储较满的不同温度的水。
[0021]进一步，当气体需要升温时，通过控制气体阀门使气体通过第一和第二多级换热装置(13、14)的高温口进入，低温口排出；当气体需要降温时，通过控制气体阀门使气体通过第一和第二多级换热装置(13、14)的低温口进入，高温口排出。
[0022]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于斯特林循环的可逆式发电及热泵系统，包括：第一至第四压力容器(1、2、3、4)，第一和第二液压缸(5、6)，第一和第二气用活塞缸(7、8)，第一至第四可逆动力设备(9、10、11、12)，第一和第二多级换热装置(13、14)；所述第一和第二压力容器(1、2)被配置为储存具有第一温度范围的液体和气体，所述第三和第四压力容器(3、4)被配置为储存具有第二温度范围的液体和气体；所述第一液压缸(5)和第一和第二压力容器(1、2)组成第一液体活塞系统，用于低温等温压缩过程，所述第一液压缸(5)中的第一活塞推动第一液压缸(5)中的第一温度范围的液体进入第一压力容器(1)或第二压力容器(2)中压缩所述第一气体；所述第二液压缸(6)和第三和第四压力容器(3、4)组成第二液体活塞系统，用于高温等温膨胀过程，所述所述第二液压缸(6)的第二活塞在所述第二气体的膨胀作用下运动，通过与其相连的第二活塞杆驱动所述第四可逆动力设备(12)；所述第一多级换热装置(13)低温口通过阀门控制与第一和第二压力容器(1、2)之一相连，高温口通过阀门控制与第三和第四压力容器(3、4)之一相连；所述第二多级换热装置(14)低温口通过阀门控制与第一和第二压力容器(1、2)之一相连，高温口通过阀门控制与第三和第四压力容器(3、4)之一相连；所述第一气用活塞缸(7)和第二气用活塞缸(8)分别交替用于等容升温和等容降温过程的驱动；所述第一气用活塞缸(7)设置在第一多级换热装置(13)低温口与第一压力容器(1)和第二压力容器(2)相连的管道上用于控制气体的等体积迁移，所述第二气用活塞缸(8)设置在第二多级换热装置(14)低温口与第一压力容器(1)和第二压力容器(2)相连的管道上用于控制气体的等体积迁移。2.根据权利要求1所述的一种基于斯特林循环的可逆式发电及热泵系统，其特征在于，所述系统包括四个斯特林循环过程，分别为：第一过程，第一多级换热装置(13)低温口通过阀门控制与第一压力容器(1)相连，高温口与第四压力容器(4)相连，第四可逆动力设备(12)控制第一气用活塞缸(7)中的第一气体活塞杆运动使第四压力容器(4)中气体经第一多级换热装置(13)等容降温迁移至第一压力容器(1)中；第二过程，第一多级换热装置(13)低温口通过阀门控制与第一压力容器(1)相连，高温口与第三压力容器(3)相连，第二多级换热装置(14)低温口通过阀门控制与第二压力容器(2)相连，高温口与第四压力容器(4)相连；第四可逆动力设备(12)控制第一气用活塞缸(7)中第一气体活塞杆运动使第三压力容器(3)中气体经第一多级换热装置(13)等容降温迁移至第一压力容器(1)中，第二可逆动力设备(10)控制第二气用活塞缸(8)中的第二气体活塞杆运动使第二压力容器(2)中气体经第二多级换热装置(14)等容升温迁移至第四压力容器(4)中；第三过程，第二多级换热装置(14)低温口通过阀门控制与第二压力容器(2)相连，高温口与第三压力容器(3)相连，第二可逆动力设备(10)控制第二气用活塞缸(8)中第二气体活塞杆运动使第三压力容器(3)中气体经第二多级换热装置(14)等容降温迁移至第二压力容器(2)中；第四过程，第一多级换热装置(13)低温口通过阀门控制与第一压力容器(1)相连，高温口与第三压力容器(3)相连，第二多级换热装置(14)低温口通过阀门控制与第二压力容器
(2)相连，高温口与第四压力容器(4)相连；第四可逆动力设备(12)控制第一气用活塞缸(7)中第一气体活塞杆运动使第一压力容器(1)中气体经第一多级换热装置(13)等容升温迁移至第三压力容器(3)中，第二可逆动力设备(10)控制第二气用活塞缸(8)中第二气体活塞杆运动使第四压力容器(4)中气体经第二多级换热装置(14)等容降温迁移至第二压力容器(2)中。3.根据权利要求1所述的一种基于斯特林循环的可逆式发电及热泵系统，其特征在于：所述第一至第四压力容器(1、2、3、4)可作为送气罐或受气罐，其中第一和第二压力容器(1、2)中的具有第一温度范围的液体和气体以及第三和第四压力容器(3、4)中的具有第二温度范围的液体和气体可以迁入或迁出。4.根据权利要求1所述的一种基于斯特林循环的可逆式发电及热泵系统，其特征在于：所述第一至第四压力容器(1、2、3、4)设置隔热材料与外界隔热。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的基于斯特林循环的可逆式发电及热泵系统，其特征在于：所述可逆动力设备(9、10、11、12)同时具有发电模式和电动模式；在发电模式下，可逆动力设备(9、11)分别被第一、第二液体活塞杆驱动进行发电，可逆动力设备(10、12)分别被第一、第二气用活塞杆驱动进行发电；在电机模式下，可逆动力设备(9、11)可利用电能分别驱动第一、第二液体活塞杆运动，可逆动力设备(10、12)可利用电能分别驱动第一、第二气用活塞杆运动。6.根据权利要求1中所述的一种基于斯特林循环的可逆...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彤，韩杰，崔岩，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：