太陽能球管式斯特林熱機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能斯特林熱機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太陽能球管式斯特林熱機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油和煤炭資源逐漸減少的今天，能源問題成了一個世界性關(guān)注的焦點，對于可再生能源的應(yīng)用成了政府和企業(yè)非常關(guān)注的重要課題，太陽能以其儲量的無限性、存在的普遍性、開發(fā)利用的清潔性以及逐漸顯露出的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢是今后對可再生能源研宄的重要方向。中國成為了太陽能熱水器生產(chǎn)的最大輸出國，太陽能光伏電池也得到了迅速的發(fā)展，但是利用太陽能驅(qū)動的斯特林熱機(jī)在中國乃至世界的發(fā)展卻非常不夠。
[0003]斯特林熱機(jī)是獨特的熱機(jī)，其實際效率幾乎等于理論最大效率，稱為卡諾循環(huán)效率。斯特林熱機(jī)是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產(chǎn)生動力的。這是一種外燃發(fā)動機(jī)，使燃料連續(xù)地燃燒，蒸發(fā)的膨脹氣體工質(zhì)作為動力氣體使活塞運(yùn)動，膨脹氣體在冷氣室內(nèi)冷卻，進(jìn)行循環(huán)。
[0004]最早的斯特林熱機(jī)源于1816年斯特林發(fā)明的回?zé)崾綗釞C(jī)，但此熱機(jī)小，并且它很快就被隨后的內(nèi)燃機(jī)所取代；第二代斯特林熱機(jī)始于1937年，荷蘭的飛利浦公司采用新材料技術(shù)和菱形結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高了熱機(jī)的穩(wěn)定性；隨后產(chǎn)生了帶透明石英窗口的斯特林熱機(jī)、帶集光收集器的斯特林熱機(jī)和太陽能碟式斯特林熱機(jī)。在太陽能碟式斯特林熱機(jī)系統(tǒng)中一般采用高溫高壓氦氣做工質(zhì)，其熱電轉(zhuǎn)換效率大約為40%。太陽能碟式熱機(jī)技術(shù)是最老的太陽能技術(shù)之一，上世紀(jì)70年代末和80年代初，Advanco Corporat1n、United StirlingAB、McDonnell Douglas Aerospace Corparat1n(MDA)和美國能源部及 NASA 噴氣推進(jìn)實驗室都研宄了現(xiàn)代太陽能碟式熱機(jī)技術(shù)。Davenport等報道的第二代碟式斯特林發(fā)電系統(tǒng)瞬時峰值功率23.3kW、效率26 % ο代表系統(tǒng)有4-95 (25kffe)，STM 4-120 (25kffe)和SOLO161 (IlkWe)?，F(xiàn)代碟式斯特林系統(tǒng)安裝費用大約為10000$/kW。我國曾有少數(shù)科研院所從事過船用斯特林熱氣機(jī)、燃燒式(以麥桿等為燃料)斯特林熱氣機(jī)的研發(fā)工作，但最終以電能形式利用太陽能的斯特林發(fā)電系統(tǒng)尚未見成功實例。
[0005]以上提到的太陽能斯特林熱機(jī)模型尚存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，太陽能的直接利用率低(太陽能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能再由發(fā)電機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)化為電能)以及只應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域，用途單一等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種太陽能球管式斯特林熱機(jī)。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0008]所述太陽能球管式斯特林熱機(jī)包括:
[0009]密閉管體，其中部鉸接在支架上；
[0010]多個球體，布置于所述密閉管體內(nèi)；
[0011]帶活塞的密閉容器，通過導(dǎo)氣管與密閉管體的一端連接；
[0012]太陽能集熱器，將太陽光聚焦到密閉管體遠(yuǎn)離帶活塞的密閉容器的一端；
[0013]密閉管體遠(yuǎn)離帶活塞的密閉容器的一端的端部內(nèi)壁鋪設(shè)一層傳熱吸熱物質(zhì)，可以提高管體受熱的均勻性。
[0014]進(jìn)一步的，所述帶活塞的密閉容器包括固定的內(nèi)管及可上下運(yùn)動的外管；所述外管部分與能量轉(zhuǎn)換裝置連接，將動能轉(zhuǎn)換為其他形式能量。
[0015]進(jìn)一步的，所述密閉管體的兩端與能量轉(zhuǎn)換裝置連接，將動能轉(zhuǎn)換為其他形式能量。
[0016]進(jìn)一步的，所述球體為玻璃球或金屬球。
[0017]進(jìn)一步的，所述球體的直徑略小于密閉管體的內(nèi)徑，使球體與密閉管體間留有縫隙。
[0018]進(jìn)一步的，所述球體的數(shù)量根據(jù)密閉管體長度，一般定為3?5個。
[0019]進(jìn)一步的，所述太陽能集熱器為單個或一組拋物面鏡。
[0020]進(jìn)一步的，所述導(dǎo)氣管與密閉管體及帶活塞的密閉容器連接的一段為軟管，其他部分為硬管。
[0021]進(jìn)一步的，所述傳熱吸熱物質(zhì)為金屬絲或金屬涂層或其他導(dǎo)熱性能良好的材料。
[0022]本發(fā)明的有益效果為:
[0023]本發(fā)明給出的太陽能球管式斯特林熱機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，可直接利用太陽能做功，而且可實現(xiàn)小型化，輕量化應(yīng)用，可適用于自動取水灌溉，發(fā)電，車輛動力等方面，不僅綠色環(huán)保而且成本很低。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖中標(biāo)號:
[0026]1-太陽能集熱器；2_密閉管體；3_球體；4_支架；5_導(dǎo)氣管；6_帶活塞的密閉容器；7-傳熱吸熱物質(zhì)。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明利用熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律和斯特林循環(huán)的原理，提供了一種直接利用太陽能運(yùn)行的球管式斯特林熱機(jī)的方案，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0028]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其具體結(jié)構(gòu)包括:
[0029]密閉管體2，其中部鉸接在支架4上；
[0030]3個球體3，布置于所述密閉管體2內(nèi)；
[0031]帶活塞的密閉容器6，通過導(dǎo)氣管5與密閉管體2的一端連接；
[0032]太陽能集熱器1，將太陽光聚焦到密閉管體2遠(yuǎn)離帶活塞的密閉容器6的一端；
[0033]密閉管體2遠(yuǎn)離帶活塞的密閉容器6的一端的端部內(nèi)壁鋪設(shè)一層傳熱吸熱物質(zhì)7，例如金屬絲、金屬涂層或其他導(dǎo)熱吸熱效果好的材料，以提高受熱的均勻性。
[0034]帶活塞的密閉容器6包括固定的內(nèi)管及可上下運(yùn)動的外管；所述外管部分與能量轉(zhuǎn)換裝置連接，將動能轉(zhuǎn)換為其他形式能量。
[0035]密閉管體2的兩端也可以與能量轉(zhuǎn)換裝置連接，將動能轉(zhuǎn)換為其他形式能量。
[0036]導(dǎo)氣管5與密閉管體2及帶活塞的密閉容器6連接的一段為軟管，其他部分為硬管，在保證帶活塞的密閉容器6與密閉管體2隨動的同時，為帶活塞的密閉容器6的外套的豎直運(yùn)動留有變形余地。
[0037]球體3可以使用玻璃球或金屬球，具體數(shù)量可根據(jù)裝置大小和性能需要調(diào)整。球體3的直徑略小于密閉管體2的內(nèi)徑，使球體3與密閉管體2間留有縫隙，供氣體順暢通過。
[0038]太陽能集熱器I為單個或一組拋物面鏡，或其他形式的聚光鏡。
[0039]所述球管式斯特林熱機(jī)以空氣作為工質(zhì)，太陽能集熱器I將太陽光反射聚焦到密閉管體2的一端，提供高溫?zé)嵩?，密閉管體2的外部環(huán)境溫度提供低溫?zé)嵩?，球體3作為移氣活塞，密閉管體2與帶活塞的密閉容器6構(gòu)成密閉環(huán)境。其中，密閉管體2可以實現(xiàn)等溫壓縮與等溫膨脹過程，帶活塞的密閉容器6可以實現(xiàn)等容吸熱和等容放熱過程。利用氣體的熱脹冷縮原理使得太陽能球管式斯特林熱機(jī)運(yùn)行，構(gòu)成斯特林循環(huán)，完成從太陽能到機(jī)械能直接的持續(xù)轉(zhuǎn)換。
[0040]空氣在密閉管體2靠近太陽能集熱器I的熱室內(nèi)受熱，氣體膨脹后，使帶活塞的密閉容器6的外管逐漸升高，密閉管體2傾斜角度隨之改變，球體3向熱室方向運(yùn)動；當(dāng)密閉管體2熱室內(nèi)的氣體被擠往另一側(cè)的冷室后，氣體遇冷壓縮，帶活塞的密閉容器6的外管將逐漸降低，密閉管體2傾斜角度隨之改變，球體3向冷室方向運(yùn)動，回到初始狀態(tài)。隨后將重復(fù)上述過程，構(gòu)成循環(huán)，只要高低溫?zé)嵩撮g存在溫度差，該太陽能球管式斯特林熱機(jī)就會繼續(xù)運(yùn)行，繼續(xù)完成熱能到機(jī)械能的持續(xù)轉(zhuǎn)換。
[0041]根據(jù)不同的應(yīng)用需要，可在密閉管體2外部或帶活塞的密閉容器6的外管上增加適當(dāng)?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換裝置，以實現(xiàn)自動取水灌溉，發(fā)電，驅(qū)動等功能。
【主權(quán)項】
1.太陽能球管式斯特林熱機(jī)，其特征在于，包括: 密閉管體(2)，其中部鉸接在支架(4)上； 多個球體(3)，布置于所述密閉管體(2)內(nèi)； 帶活塞的密閉容器(6)，通過導(dǎo)氣管(5)與密閉管體(2)的一端連接； 太陽能集熱器(I)，將太陽光聚焦到密閉管體⑵遠(yuǎn)離帶活塞的密閉容器(6)的一端； 密閉管體(2)遠(yuǎn)離帶活塞的密閉容器(6)的一端的端部內(nèi)壁鋪設(shè)一層傳熱吸熱物質(zhì)(7)，以提尚受熱的均勾性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能球管式斯特林熱機(jī)，其特征在于，所述帶活塞的密閉容器(6)包括固定的內(nèi)管及可上下運(yùn)動的外管；所述外管部分與能量轉(zhuǎn)換裝置連接，將動能轉(zhuǎn)換為其他形式能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能球管式斯特林熱機(jī)，其特征在于，所述密閉管體(2)的兩端與能量轉(zhuǎn)換裝置連接，將動能轉(zhuǎn)換為其他形式能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能球管式斯特林熱機(jī)，其特征在于，所述球體(3)為玻璃球或金屬球。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能球管式斯特林熱機(jī)，其特征在于，所述球體(3)的直徑略小于密閉管體⑵的內(nèi)徑，使球體⑶與密閉管體⑵間留有縫隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能球管式斯特林熱機(jī)，其特征在于，所述球體(3)的數(shù)量為3?5個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能球管式斯特林熱機(jī)，其特征在于，所述太陽能集熱器(I)為單個或一組拋物面鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能球管式斯特林熱機(jī)，其特征在于，所述導(dǎo)氣管(5)與密閉管體(2)及帶活塞的密閉容器(6)連接的一段為軟管，其他部分為硬管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能球管式斯特林熱機(jī)，其特征在于，所述傳熱吸熱物質(zhì)(7)為金屬絲或金屬涂層。
【專利摘要】本發(fā)明屬于太陽能斯特林熱機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太陽能球管式斯特林熱機(jī)。所述太陽能球管式斯特林熱機(jī)包括：密閉管體，其中部鉸接在支架上；多個球體，布置于所述密閉管體內(nèi)；帶活塞的密閉容器，通過導(dǎo)氣管與密閉管體的一端連接；太陽能集熱器，將太陽光聚焦到密閉管體遠(yuǎn)離帶活塞的密閉容器的一端。工作時，密閉管體的一端被加熱，內(nèi)部氣體反復(fù)的升溫膨脹和降溫壓縮，帶動帶活塞的密閉容器的外套上下運(yùn)動，并帶動密閉管體的兩端做往復(fù)的上下運(yùn)動，通過連接能量轉(zhuǎn)換裝置，實現(xiàn)做功。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，可直接利用太陽能做功，而且可實現(xiàn)小型化，輕量化應(yīng)用，適用于自動取水灌溉、發(fā)電、車輛動力等方面。
【IPC分類】F02G1-043
【公開號】CN104727975
【申請?zhí)枴緾N201510130690
【發(fā)明人】薛飛, 張金盾, 陳云琳
【申請人】北京交通大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月24日