理化所自主研制大功率自由活塞热声斯特林发电样机

样机是为验证设计或方案的合理性和正确性，或生产的可行性而制作的样品。试制成功后尚未正式投产，被当作样品的飞机、机器、车辆等。

为验证设计或方案的合理性和正确性，或生产的可行性而制作的样品。样机的第一个问题就是存在外观上的磨损。另外，还会出现销售人员对样机的摆放时间闪烁其辞，样机还可能会存在配件不齐等情况。

中科院理化所罗二仓研究团队研制成功10kWe对置自由活塞热声斯特林发电样机，其发电效率达到35.5%;15kWe单侧自由活塞热声斯特林发电样机，发电效率超过35%以及60kWe对置自由活塞热声斯特林发电样机。截至目前，理化所研制的60kWe样机是当今世界上公开报道的最大功率自由活塞热声斯特林发电样机，它的发电功率是此前由美国MTI公司研制的国际上最大发电功率(17kWe)的3倍之多。

热声发电技术是一种新型热发电技术，具有可靠性好、效率高、环境友好等优点。同时，还具有功率灵活的特点，既可以单台小功率工作，又可以多台联合实现大功率工作，非常适合太阳能利用。文中在回顾现有光热发电技术的基础上，介绍行波热声发动机与发电技术的发展历程，同时也介绍了太阳能热声发电方面的应用探索，认为行波热声发电技术将会成为未来太阳能光热发电的一项新技术。

热声发电系统作为一种新型热发电装置，包含热声发动机和直线电机，前者实现热能到声能(声波形式的机械能)的转换，后者实现声能到电能的转换。相对于热声发动机交变流动与传热的复杂性，直线往复电机技术已经较为成熟。

因此，热声发电技术的发展很大程度上决定于热声发动机技术的发展。

热声发动机是利用热声效应将热能转化为声能的装置，按照回热器内声场特性的不同，可分为驻波热声发动机和行波热声发动机。驻波热声发动机基于有限换热的热力循环，具有本征不可逆性，潜在效率较低。而行波热声发动机追求回热器内的理想换热，理论上可以达到卡诺效率。因此，近年来热声发动机的研究多集中于行波热声发动机。热声技术在早期主要用于驱动行波热声制冷机及脉冲管制冷机，以实现完全无运动部件的制冷系统。热声发电技术的研究相对较晚。

由于热声发动机无机械运动部件，可实现高效率的声学斯特林循环，且采用外燃式工作，因此，热声发电技术具有可靠性高、制作成本低、热效率高(30%-40%)以及环保等优点。特别是热声发电技术可利用太阳能、工业余热以及任何燃料燃烧产生的热能来工作，因而热声发电技术正在成为能源动力研究领域里的一项前沿技术，极具发展潜力和应用前景。

热声发动机是利用热声效应，实现热能到声能转化从而实现声功输出的声波发生器。系统中除振荡气体外，没有任何运动部件。根据声场特性不同，热声发动机主要分为驻波型、行波型及驻波行波混合型三种型式。由于驻波声场中速度波和压力波相位差为90°，驻波场中理论上没有功的输出;另一方面，在驻波热声发动机板叠中气体同固体间换热较差，气体进行的是介于等温和绝热的不可逆热力学循环，所以驻波热声发动机效率低。行波型热声发动机利用的是行波声场，声场中速度波动和压力波动相位相同，并且发动机回热器中气体通道的水力半径远小于气体热渗透深度，所以理论上气体在回热器中进行的是等温热传递，因此行波热声发动机在理论上可以达到比驻波热声发动机更高的热力学效率。

斯特林发动机是一种能以多种燃料为能源的闭循环回热式发动机;或称为热气机.斯特林发动机是除蒸汽机和内燃机之外的又一类往复式动力机械;斯特林发动机既可以作为原动机使用，也可以作为致冷机、热泵或压力发生器使用。随着由于新能源的兴起，特别是与太阳能相结合斯特林发动机成为太阳能发电的一种重要方式。而配以斯特林发电机的抛物面盘式热发电系统虽然具有比较优良的性能指标，主要用于边远地区的小型独立供电。

新闻来源：中国科学院理化技术研究所

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