專利名稱：碟式太陽能-熱氣機(jī)熱發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于新能源的開發(fā)利用領(lǐng)域，具體涉及利用太陽能熱輻射效應(yīng)發(fā)電的 斯特林熱氣機(jī)裝置。
背景技術(shù)：
太陽能熱發(fā)電技術(shù)，即把太陽輻射熱轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電技術(shù)。它包括兩大類一 類是利用太陽熱能直接發(fā)電，如半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電、真空器件中的熱電子和熱 離子發(fā)電以及堿金屬熱發(fā)電轉(zhuǎn)換和磁流體發(fā)電等，這類發(fā)電的特點(diǎn)是發(fā)電裝置本體沒有活 動(dòng)部件，但此類發(fā)電量小，有的方法尚處于原理性試驗(yàn)階段。另一類是將太陽熱能通過熱機(jī) 帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，其基本組成與常規(guī)發(fā)電設(shè)備類似，只不過其熱能是從太陽能轉(zhuǎn)換來。碟式 (又稱盤式)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是世界上最早出現(xiàn)的太陽能動(dòng)力系統(tǒng)，是目前太陽能發(fā)電 效率最高的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，最高可達(dá)到29. 4%。斯特林熱氣機(jī)是獨(dú)特的熱機(jī)，因?yàn)樗麄兝碚撋系男蕩缀醯扔诶碚撟畲笮剩Q 為卡諾循環(huán)效率。斯特林熱氣機(jī)是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產(chǎn)生動(dòng)力的。這是一種 外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，使燃料連續(xù)地燃燒，蒸發(fā)的膨脹氫氣(或氦、氮、空氣)作為動(dòng)力氣體使活塞運(yùn) 動(dòng)，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反復(fù)地進(jìn)行這樣的循環(huán)過程。不言而喻，斯特林熱氣機(jī)是一種 外燃的、閉式循環(huán)往復(fù)活塞式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。熱氣機(jī)可用氫、氮、氦或空氣等作為工質(zhì)，按斯特 林循環(huán)工作。在熱氣機(jī)封閉的氣缸內(nèi)充有一定容積的工質(zhì)。氣缸一端為熱腔，另一端為冷 腔。工質(zhì)在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫?zé)崆恢醒杆偌訜?，膨脹作功燃料在氣缸外的燃?室內(nèi)連續(xù)燃燒，通過加熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)不直接參與燃燒，也不更換。目前，熱氣機(jī)有多種 結(jié)構(gòu)，可利用各種能源，已在航天、陸上、水上和水下等各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。目前，雖然也有利用太陽能作為能源的斯特林熱氣機(jī)，但是所采用的集熱方式是 利用太陽能真空集熱管，其不足之處是，材質(zhì)易碎、易老化，集熱效果不理想。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供一種碟式太陽能-熱氣機(jī)熱發(fā)電裝置，本實(shí) 用新型利用碟式太陽能聚光器將低密度的太陽能匯聚到焦斑處，使其生成高密度熱流，熱 腔缸體外表面涂有納米涂層，可以使得對(duì)太陽光的吸收率達(dá)到99. 999%。本實(shí)用新型的斯 特林熱氣機(jī)避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的做功震爆問題，從而實(shí)現(xiàn)了高效率、低噪音、低污染和低運(yùn) 行成本。利用太陽能作為驅(qū)動(dòng)熱源，實(shí)現(xiàn)了可再生能源的有效利用，有效降低了對(duì)不可再生 資源的依賴，實(shí)現(xiàn)了無廢氣排放，零碳、零排放，太陽能利用率高。同時(shí)設(shè)備裝置比較簡(jiǎn)單， 便于操作、控制以及后期維護(hù)，運(yùn)維成本較低。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型碟式太陽能-熱氣機(jī)熱發(fā)電裝置予以實(shí)現(xiàn)的 技術(shù)方案是包括太陽能碟式聚光器，所述太陽能碟式聚光器的底部設(shè)有太陽能跟蹤機(jī)構(gòu)， 所述太陽能跟蹤機(jī)構(gòu)包括支撐塔架和支撐塔架底部的多個(gè)腳輪，所述太陽能碟式聚光器與 所述支撐塔架之間設(shè)有聚光器自動(dòng)關(guān)閉裝置，所述自動(dòng)關(guān)閉裝置包括一套基于溫度傳感器和光線傳感器的控制系統(tǒng)；還包括一斯特林熱氣機(jī)和一發(fā)電機(jī)，所述斯特林熱氣機(jī)包括由 熱腔和冷腔構(gòu)成的氣缸本體，所述熱腔的外表面涂覆有高熱吸收率的納米材料涂層，所述 熱腔的端部設(shè)有斯特林熱氣機(jī)的集熱端，所述集熱端為翅片式結(jié)構(gòu)，所述集熱端的位置與 所述太陽能碟式聚光器的聚焦位置重合。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是(1)采用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī) 作為碟式太陽能熱發(fā)電的原動(dòng)機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、 重量輕、效率高、噪聲低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)與其他發(fā)電形式比較， 具有系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單、使用方便、能全自動(dòng)運(yùn)行，無需人員職守，特別適合邊遠(yuǎn)地區(qū)使用。(2)碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可以單臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行供電，也可以模塊組合成碟 群，其裝機(jī)容量為幾十至幾百千瓦，甚至到兆瓦級(jí)。碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可以離網(wǎng) 獨(dú)立運(yùn)行，也可以并網(wǎng)運(yùn)行。(3)碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)利用太陽能作為驅(qū)動(dòng)能源，減少了普通發(fā)動(dòng)機(jī) 排放物對(duì)環(huán)境的污染，利用可再生資源，節(jié)約大量不可再生資源。

圖1是本實(shí)用新型碟式太陽能-熱氣機(jī)熱發(fā)電裝置工作狀態(tài)示意簡(jiǎn)圖；圖2是圖1所示碟式太陽能_熱氣機(jī)熱發(fā)電裝置關(guān)閉或保護(hù)狀態(tài)示意圖；圖3是本實(shí)用新型中斯特林熱氣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.斯特林熱氣機(jī)和發(fā)電機(jī)，2，聚光器，3.保護(hù)罩，4.支撐塔架，5.腳輪，6自 動(dòng)關(guān)閉裝置，7.集熱端，8.涂層，9.熱腔，10.活塞，11.冷腔，12曲柄連桿機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型一種碟式太陽能-熱氣機(jī)熱發(fā)電裝置，包括太陽能 碟式聚光器2，所述太陽能碟式聚光器2的底部設(shè)有太陽能跟蹤機(jī)構(gòu)，所述太陽能跟蹤機(jī)構(gòu) 包括支撐塔架4和支撐塔架4底部的多個(gè)腳輪5，所述太陽能碟式聚光器2與所述支撐塔架 4之間設(shè)有聚光器自動(dòng)關(guān)閉裝置6，所述自動(dòng)關(guān)閉裝置6包括一套基于溫度傳感器和光線傳 感器的控制系統(tǒng)；還包括一斯特林熱氣機(jī)和一發(fā)電機(jī)，如圖3所示，所述斯特林熱氣機(jī)1包 括由熱腔9和冷腔11構(gòu)成的氣缸本體，本實(shí)用新型對(duì)傳統(tǒng)的斯特林熱氣機(jī)進(jìn)行的改進(jìn)，包 括在所述熱腔9的外表面涂覆有高熱吸收率的納米材料涂層8，所述高熱吸收率的納米材 料涂層8為二氧化鈦納米材料或二氧化硅納米材料，該納米材料涂層8可以達(dá)到99. 999% 的高熱吸收率，從而對(duì)腔內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)行加熱，從而提高了熱轉(zhuǎn)化率，減少熱傳遞損失，并且 易于加工、降低系統(tǒng)的成本。所述熱腔9的端部設(shè)有斯特林熱氣機(jī)的集熱端7，即本實(shí)用新 型中的熱腔9與及集熱端為一體式設(shè)計(jì)，所述集熱端7為翅片式結(jié)構(gòu)，除此之外的結(jié)構(gòu)均與 現(xiàn)有技術(shù)中的斯特林熱氣機(jī)基本相同，由于斯特林熱氣機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理是本領(lǐng)域內(nèi)公 知常識(shí)，再此不再贅述。所述集熱端7的位置與所述太陽能碟式聚光器2的聚焦位置重合， 太陽能通過碟式聚光器2將熱量聚焦到斯特林熱氣機(jī)的集熱端7。在斯特林熱氣機(jī)的熱腔9里面一般充入固定量的氣體作為斯特林熱氣機(jī)的工作 介質(zhì)，一般情況下的工作介質(zhì)為不易燃燒和相對(duì)穩(wěn)定的。本實(shí)用新型采用的導(dǎo)熱工質(zhì)為氦氣、氮?dú)?、氫氣或空氣中的任一種氣體。這些介質(zhì)氣體在熱氣機(jī)的熱腔9吸熱，并且將熱能 轉(zhuǎn)化為使活塞11運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。另外，在缸體外部布置有壓力傳感器，可以精確的測(cè)量缸體 內(nèi)工作介質(zhì)的壓力情況，如果發(fā)現(xiàn)缸體內(nèi)的工作介質(zhì)壓力小于初始設(shè)定壓力值，傳感器便 會(huì)自動(dòng)工作，打開充氣回路，對(duì)缸體內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行充灌，使其達(dá)到工作額定壓力值，從而保 證系統(tǒng)的正常工作。本實(shí)用新型裝置工作時(shí)，由碟式聚光器2通過反射作用，將高熱量的太陽能匯聚 至斯特林熱氣機(jī)的熱腔集熱端處，此時(shí)高密度的熱量會(huì)通過熱腔的集熱端，并且對(duì)熱腔里 面的導(dǎo)熱工質(zhì)進(jìn)行加熱，并且由于熱腔外表面涂有高熱吸收率的納米涂層，同樣可以使得 熱腔里面的工作介質(zhì)獲得更多的熱量，同時(shí)避免缸體熱量的損失；這些高溫的工作介質(zhì)通 過熱腔流向冷腔，并且在冷腔里面通過空氣冷卻翅片進(jìn)行冷卻。如圖3所示，根據(jù)斯特林熱 氣機(jī)的工作原理，斯特林熱氣機(jī)將會(huì)進(jìn)行一個(gè)重復(fù)等容加熱、絕熱膨脹、等容冷卻和絕熱收 縮的基本熱力循環(huán)。在這個(gè)循環(huán)中，熱能被轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。這個(gè)熱循環(huán)是由于含有高熱量 的工作介質(zhì)在斯特林熱氣機(jī)的熱腔和冷腔內(nèi)不停的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。常溫的工作介質(zhì)首先在熱 腔內(nèi)被加熱膨脹，然后在冷腔內(nèi)被冷卻而收縮。在一個(gè)氣缸內(nèi)有兩個(gè)活塞作規(guī)律的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，冷腔與熱腔之間用冷卻器、回?zé)崞骱图訜崞鬟B接，配氣活塞推動(dòng)工質(zhì)在冷熱腔之間往返 流動(dòng)。同時(shí)，工作介質(zhì)的移動(dòng)可以推動(dòng)斯特林熱氣機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)。熱氣機(jī)的功率傳遞機(jī)構(gòu) 分為曲柄連桿傳動(dòng)、菱形傳動(dòng)、斜盤或擺盤傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和自由活塞傳動(dòng)等。如圖3所示， 本實(shí)用新型中采用的是曲柄連桿機(jī)構(gòu)12。通過這些不同的功率傳遞機(jī)構(gòu)，可以將活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。此 后，將發(fā)電機(jī)與斯特林熱氣機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)從動(dòng)能向電能的轉(zhuǎn)化。整個(gè)循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了 將太陽能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并最終轉(zhuǎn)化為電能。本實(shí)用新型裝置中通過對(duì)斯特林熱氣機(jī)的熱腔進(jìn)行直接改進(jìn)，將熱氣機(jī)的熱腔與 集熱端集成在一起，并且在熱腔外表面涂有高熱吸收率的納米涂層，通過這兩個(gè)方法可將 碟式太陽能聚光器收集的太陽能高效的傳遞給腔內(nèi)的導(dǎo)熱工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了高太陽能轉(zhuǎn)化率， 并且裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工更加簡(jiǎn)單，巧妙的解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。根據(jù)斯特林熱氣機(jī)原理，斯特林熱氣機(jī)的理論熱效率僅有熱腔和冷腔的溫度決 定；也就是說，越是提高熱腔的溫度，并且降低冷腔的溫度，則斯特林熱氣機(jī)的熱效率就越 高。因此，可以通過提高斯特林熱氣機(jī)的熱腔和冷腔的溫度差，提高斯特林熱氣機(jī)的熱效 率。由于本實(shí)用新型中斯特林熱氣機(jī)熱腔與集熱端一體式設(shè)計(jì)，該集熱端由布置在熱 腔頂端表面的翅片構(gòu)成，可以保證最大限度的將碟式聚熱器匯聚的太陽能轉(zhuǎn)化為高密度熱 量。并且熱腔外表面涂有的高熱吸收率的納米涂層，可有效地減少對(duì)外輻射以及通過缸體 流失的熱量損失，從而獲得更高的太陽能熱量以加熱熱腔內(nèi)的導(dǎo)熱工質(zhì)，從而提高斯特林 熱氣機(jī)熱腔與冷腔的溫度差，達(dá)到提高斯特林熱氣機(jī)熱效率的目的。由于本實(shí)用新型中包括有用于跟蹤太陽能的跟蹤機(jī)構(gòu)，太陽能跟蹤機(jī)構(gòu)通過光線 傳感器測(cè)量每個(gè)時(shí)刻的太陽角情況，計(jì)算出最佳的碟式聚光器收集角度和高度，使碟式太 陽能聚光器可以隨著太陽的早晚變化、四季變化而變化，從而使得碟式太陽能聚光器最大 限度的獲取太陽能。本實(shí)用新型通過碟式太陽能聚光器和太陽能跟蹤機(jī)構(gòu)的設(shè)置，最大限度的收集太陽能能量而加熱斯特林熱氣機(jī)熱腔內(nèi)的導(dǎo)熱工質(zhì)，提高熱腔和冷腔的溫差，使得斯特林熱氣機(jī)的熱效率得到提高。為了進(jìn)一步提高太陽能斯特林熱氣機(jī)裝置的熱效率，還可以設(shè)有用于冷卻冷腔內(nèi) 的工作介質(zhì)的冷卻裝置。所述的冷卻裝置為設(shè)置在冷腔表面的空氣冷卻翅片。這些空氣冷 卻翅片可以使得流入冷腔內(nèi)的高溫工作介質(zhì)進(jìn)行快速冷卻，可以提高斯特林熱氣機(jī)的熱效 率，并流回斯特林熱氣機(jī)的熱腔進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的工作。該翅片式空氣冷卻裝置相對(duì)于傳 統(tǒng)的水冷卻裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、后期維護(hù)費(fèi)用低、對(duì)冷卻水源沒有依賴等特點(diǎn)， 同時(shí)冷卻效果并沒有大幅度的下降。由于本實(shí)用新型裝置中還包括一套自動(dòng)關(guān)閉裝置，起到自我保護(hù)的作用。該自動(dòng) 關(guān)閉裝置是由壓力傳感器、溫度傳感器、光線傳感器以及相應(yīng)的控制設(shè)備構(gòu)成?？梢员ＷC在 環(huán)境惡略的情況下，例如刮風(fēng)下雨、下雪、沙塵以及夜晚情況下，該太陽能斯特林熱發(fā)電系 統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉，從而保護(hù)設(shè)備不受到外界環(huán)境的侵蝕，避免重要設(shè)備的零部件遭到 損壞，從而導(dǎo)致的設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)等不利情況的發(fā)生。盡管上面結(jié)合圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具 體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些 均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求一種碟式太陽能 熱氣機(jī)熱發(fā)電裝置，包括太陽能碟式聚光器(2)，所述太陽能碟式聚光器(2)的底部設(shè)有太陽能跟蹤機(jī)構(gòu)，所述太陽能跟蹤機(jī)構(gòu)包括支撐塔架(4)和支撐塔架(4)底部的多個(gè)腳輪(5)，其特征在于，所述太陽能碟式聚光器(2)與所述支撐塔架(4)之間設(shè)有聚光器自動(dòng)關(guān)閉裝置(6)，所述自動(dòng)關(guān)閉裝置(6)包括一套基于溫度傳感器和光線傳感器的控制系統(tǒng)；還包括一斯特林熱氣機(jī)和一發(fā)電機(jī)，所述斯特林熱氣機(jī)(1)包括由熱腔(9)和冷腔(11)構(gòu)成的氣缸本體，所述熱腔(9)的外表面涂覆有高熱吸收率的納米材料涂層(8)，所述熱腔(9)的端部設(shè)有斯特林熱氣機(jī)的集熱端(7)，所述集熱端(7)為翅片式結(jié)構(gòu)，所述集熱端(7)的位置與所述太陽能碟式聚光器(2)的聚焦位置重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示碟式太陽能-熱氣機(jī)熱發(fā)電裝置，其特征在于，所述高熱吸收率 的納米材料涂層(8)為二氧化鈦納米材料或二氧化硅納米材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所示碟式太陽能-熱氣機(jī)熱發(fā)電裝置，其特征在于，所述熱腔(9)內(nèi) 充有導(dǎo)熱工質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所示碟式太陽能-熱氣機(jī)熱發(fā)電裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱工質(zhì)為 氦氣、氮?dú)?、氫氣和空氣中的任一種氣體。
專利摘要本實(shí)用新型公開了碟式太陽能-熱氣機(jī)熱發(fā)電裝置，包括太陽能碟式聚光器、斯特林熱氣機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述太陽能碟式聚光器的底部設(shè)有太陽能跟蹤機(jī)構(gòu)，所述太陽能碟式聚光器與支撐塔架之間設(shè)有聚光器自動(dòng)關(guān)閉裝置；所述斯特林熱氣機(jī)包括由熱腔和冷腔構(gòu)成的氣缸本體，所述熱腔的外表面涂覆有高熱吸收率的納米材料涂層，所述熱腔的端部設(shè)有斯特林熱氣機(jī)的集熱端，所述集熱端為翅片式結(jié)構(gòu)，所述集熱端的位置與所述太陽能碟式聚光器的聚焦位置重合。本實(shí)用新型利用碟式太陽能聚光器將低密度的太陽能匯聚到焦斑處，使其生成高密度熱流，熱腔表面對(duì)太陽光的吸收率可達(dá)99.999％。本實(shí)用新型避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的做功震爆問題，并有效的降低了對(duì)不可再生資源的依賴。
文檔編號(hào)F24J2/40GK201739107SQ20102028440
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者劉志毅, 王智勇 申請(qǐng)人:王智勇;劉志毅