一種太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置的製作方法

2023-04-30 03:15:41

專利名稱：一種太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於太陽能熱發電技術領域，具體涉及一種太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置。
背景技術：
能源問題已是世界和中國經濟社會發展面臨的最嚴重的問題之一，常規能源的日趨減少以及由此帶來的環境汙染問題，會直接影響到未來人類可持續發展戰略的實施進程。近年來，世界上各個國家都在致力於開發新能源。太陽能作為一種無公害、儲量無窮的自然能源，引起了環保人士的廣泛關注，必將在世界能源結構轉換中擔綱重任，成為理想的替代能源。太陽能熱發電已成為人們研究的焦點，但太陽能具有間歇不穩定的特點。目前應用太陽能熱發電中一個難點就是熱量的儲存，以各在陽光強度較弱或無陽光直接照射的 條件下進行熱發電。太陽能熱發電又稱聚光光熱發電，是指利用大規模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能，通過換熱裝置提供熱空氣或熱蒸汽，結合傳統的電力循環系統，從而達到發電的目的。系統一般由5大部件組成，即聚光裝置、吸收/接收器、傳熱/儲熱系統、發電系統、控制系統。太陽能熱發電技術主要有三種，分別為槽式太陽能發電系統、塔式太陽能發電系統和碟式太陽能發電系統。與另外兩種太陽能發電系統相比，碟式太陽能發電系統具有布局靈活、應用前景非常廣泛、發電效率高、起步投資少、結構簡單、降低成本潛力及系統優化潛力巨大等一系列優點，因而成為了人們研究的焦點。碟式太陽能熱發電系統主要包括三個部分聚光器、吸熱器和斯特林發動機。聚光器是一個旋轉拋物面形狀的裝置。拋物面由反射性極強的材料製成，可以反射太陽光。它由太陽跟蹤系統驅動，時刻對準太陽，可以將投射到其表面的太陽光通過反射匯聚到拋物面的焦點位置。吸熱器被安置在聚光器的焦點處，把匯聚的太陽能接受到吸熱器的腔體內部。吸熱器內部安裝有斯特林發動機的加熱器，進入吸熱器的太陽能將通過加熱器轉化為熱能，為發電機的工質所吸收，達到為發電機提供熱源的目的。斯特林發動機是系統中十分重要的關鍵部件。它是將吸收的熱能轉化為動能的動力裝置。在斯特林發動機的末端連上一個發電機，就可以把發動機輸出的軸功轉化為電能。整個碟式太陽能熱發電系統就是這樣將太陽能轉化為電能的。儲熱技術是提高能源利用效率和保護環境的重要技術，可用於解決熱能供給與需求之間的配給矛盾，潛熱蓄熱主要是利用蓄熱材料發生相變時吸收或放出的熱量來實現能量的儲存，其具有蓄熱密度大、充放熱過程溫度波動範圍小、結構緊湊等優點，自20世紀70年代就引起人們的極大關注。應用於高溫太陽能領域的相變蓄熱材料一般是無機鹽，因為其具有高的相變溫度及相變熱，較高的化學穩定性。碟式太陽能熱發電系統宜受太陽光日照時間及強度的影響，當無日照時如何解決發電問題是一個技術難點，而且斯特林發動機需要達到一定的溫度才會啟動，如何保持發動機熱端溫度相對恆定以獲得最佳的發電效率也是需要研究的問題之一。特林發動機的熱端溫度主要取決於太陽光輻射強度，傳統的控溫裝置一般是通過控制熱源來實現，但無法控制太陽光輻射。現階段碟式熱發電的實際應用還比較少，對於斯特林發動機熱端通過蓄熱技術來控制溫度的研究尚無報導。因此，設計一種太陽能碟式斯特林發動機用溫度控制裝置對碟式熱發電的應用具有重要的意義。

發明內容
本發明的目的就是為了設計一種適用於碟式太陽能熱發電系統的斯特林發動機上的蓄熱控溫裝置，以獲得更大的發電效率及使斯特林發動機工作過程保持穩定。本發明提供的太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置，其特徵在於該裝置整體為圓柱形，一端是太陽能集熱內腔，進口處裝有透明罩板，一端是斯特林發動機熱端預留內腔，中間的密封箱體內部設有蓄熱材料和熱交換導管，所述的蓄熱材料使用無機鹽相變材料，熱交換使用高溫熱流體作為導熱介質，通過裝置內部的換熱導管換熱，裝置外部設有保溫層；裝置一端通過集熱內腔吸收熱量，另一端連接斯特林發動機熱端，通過密封箱體內 的蓄熱材料和熱交換導管來控制溫度。進一步地，蓄熱部分使用的相變材料為一種或幾種無機鹽相變材料。進一步地，導熱流體為高溫導熱油，工作溫度為400°C。進一步地，換熱導管材質為耐高溫腐蝕不鏽鋼。進一步地，所述換熱盤管間具有預設間隙。進一步地，保溫層由耐高溫保溫材料組成。進一步地，所述裝置的外殼、所述集熱器內殼由多段結構組成，各段結構通過固定件和焊接連接形成一個密封整體結構。本發明還提供了一種太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置的運行方法，其特徵在於首先將換熱盤管置於太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置中間箱體內固定;然後稱取一定量的無機鹽相變蓄熱材料裝入中間箱體內後密封；再將斯特林發動機熱端連接到本蓄熱控溫裝置的預留髮動機內腔上，固定後通入導熱流體開始運行工作；工作時，陽光通過透明罩板進入到集熱腔，轉化後的熱量通過蓄熱材料吸收並傳遞給斯特林發動機熱端，從而使裝置內溫度在一定時間內保持相對恆定。本發明的有益效果與現有技術相比，本發明太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置，可控制斯特林發動機的工作溫度，使其保持相對恆定，提高斯特林發動機工作過程的穩定性，以提高工作效率，從而提高太陽能碟式熱發電效率。


圖I為本發明太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置的結構示意圖。圖2為換熱導管流向示意圖。圖3為斯特林發動機熱端與蓄熱控溫裝置連接結構示意圖。圖中標號1為太陽能集熱內腔，2為斯特林發動機熱端預留內腔，3為密封箱體，4為透明罩板，5為集熱腔內殼，6為蓄熱材料，7為換熱導管，8為導熱工質出口，9為導熱工質出口，10為斯特林發動機熱端，11為保溫層。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。如圖I所示，一種太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置，整體為圓柱形，圓柱形一端設有太陽能集熱內腔1，另一端設有斯特林發動機熱端預留內腔2，中間是密封箱體3，所述的太陽能集熱內腔I呈錐面體形狀，在進口處安裝有透明罩板4，透明罩板4嵌入到保溫層11中，集熱腔內殼5為耐高溫吸熱材質，集熱內腔I密封后被抽成真空，所述的密封箱體3內裝有蓄熱材料6和換熱導管7，蓄熱介質使用無機鹽相變材料，集熱腔收集的熱量傳遞給蓄熱材料6，導熱流體通過導熱工質進口 8進入換熱導管7，然後通過導熱工質出口 9流出，換熱導管7的流向圖如圖2所示，如圖3中斯特林發動機熱端10置於蓄熱控溫裝置發動機熱端預留內腔2處，兩者的相對位置通過分別固定斯特林發動機和整個蓄熱控溫裝置來實現，發動機熱端溫度由蓄熱材料I及換熱導管2中熱流體流速來控制，蓄熱材料6具有很大的蓄熱能力，可以使裝置內溫度在一定時間內保持恆定，當蓄熱材料6無法控制溫度時，可通過調節換熱導管7內的熱流體流速來進一步控制溫度，裝置外部設有保溫層11。蓄熱部分使用的相變材料為無機鹽相變材料的一種或幾種，具體為混合碳酸鹽。高溫熱流體為高溫導熱油，工作溫度為400°C。換熱盤管材質為耐高溫腐蝕不鏽鋼，盤管層數為5層，且層間留有預定間隙。透明罩板為高透光率，耐高溫材質。保溫層由耐高溫保溫材料組成。首先將換熱盤管置於太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置中間箱體內固定，然後用電子秤稱取一定量的無機鹽相變蓄熱材料裝入中間箱體內後密封，再將斯特林發動機熱端連接到本蓄熱控溫裝置的預留髮動機內腔上，固定後通入導熱流體開始運行工作。陽光通過透明罩板進入到集熱腔，轉化後的熱量通過蓄熱材料吸收並傳遞給斯特林發動機熱端，且蓄熱材料具有一定的儲熱能力，可以使裝置內溫度在一定時間內保持相對恆定，由此可降低由於太陽日照強度不穩定所產生的不良影響，並且可通過熱流體換熱來進一步控制斯特林發動機熱端的工作溫度，使其保持相對恆定(比如500°C )，以獲得更大的熱電轉換效率及更高的工作穩定性。
權利要求
1.一種太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置，其特徵在於該裝置整體為圓柱形，一端是太陽能集熱內腔(1)，進口處裝有透明罩板(4)，一端是斯特林發動機熱端預留內腔(2)，中間的密封箱體(3)內部設有蓄熱材料和熱交換導管，所述的蓄熱材料使用無機鹽相變材料，熱交換使用高溫熱流體作為導熱介質，通過裝置內部的換熱導管(7)換熱，裝置外部設有保溫層；裝置一端通過集熱內腔吸收熱量，另一端連接斯特林發動機熱端，通過密封箱體內的蓄熱材料和熱交換導管來控制溫度。
2.根據權利要求I所述的太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置，蓄熱部分使用的相變材料為一種或幾種無機鹽相變材料。
3.根據權利要求I所述的太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置，導熱流體為高溫導熱油，工作溫度為400°C。
4.根據權利要求I所述的太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置，換熱導管材質為耐高溫腐蝕不鏽鋼。
5.根據權利要求4所述的太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置，所述換熱盤管間具有預設間隙。
6.根據權利要求I所述的太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置，保溫層由耐高溫保溫材料組成。
7.根據權利要求I所述的太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置，所述裝置的外殼、所述集熱器內殼由多段結構組成，各段結構通過固定件和焊接連接形成一個密封整體結構。
8.根據權利要求I所述太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置的運行方法，其特徵在於 首先將換熱盤管置於太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置中間箱體內固定； 然後稱取一定量的無機鹽相變蓄熱材料裝入中間箱體內後密封； 再將斯特林發動機熱端連接到本蓄熱控溫裝置的預留髮動機內腔上，固定後通入導熱流體開始運行工作； 工作時，陽光通過透明罩板進入到集熱腔，轉化後的熱量通過蓄熱材料吸收並傳遞給斯特林發動機熱端，從而使裝置內溫度在一定時間內保持相對恆定。
全文摘要
本發明涉及一種太陽能碟式斯特林發動機用蓄熱控溫裝置。該裝置整體為圓柱形，一端設有太陽能集熱內腔，另一端設有斯特林發動機熱端預留內腔，中間是密封箱體，內部設有蓄熱材料和熱交換導管，所述的蓄熱材料使用無機鹽高溫相變材料，熱交換使用高溫熱流體作為導熱介質，通過裝置內部的換熱導管換熱，裝置外部設有保溫層。裝置一端用來吸收熱量，另一端連接斯特林發動機熱端，通過密封箱體內的蓄熱材料和熱交換導管來控制溫度，與現有技術相比，本發明具有可控制太陽能斯特林發動機工作溫度保持相對恆定的優點，以提高太陽能碟式熱發電效率。
文檔編號F02G1/047GK102635462SQ20121013333
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月28日 優先權日2012年4月28日
發明者何大為, 李明廣, 陳碩 申請人:翎零碳建築科技(上海)有限公司