一種帶有插排管束回熱器的斯特林發電機的制作方法

本發明涉及一種帶有插排管束回熱器的斯特林發電機。

背景技術：

社會經濟發展、進步需要能源支撐，而能源供給主要以一次性化石燃料為主，如今化石燃料日趨匱乏及環境污染問題日益嚴重，能夠替代一次性能源的可再生、清潔、環保的綠色能源研究，特別是清潔能源發電的應用已經勢不可擋。

過去的十年間，光伏發電產業受到了各國政府的大力支持，發展清潔能源已經被提到國家戰略層面，光伏發電一直以清潔為宣傳口號，但其所使用的硅光板的生產需要消耗大量的能源，也會產生很大的污染。而采用以太陽能為熱源的斯特林循環發電，不需要使用能耗高、污染大的單晶硅、多晶硅材質的光伏板，真正發揮了太陽能清潔能源的特點。理論研究表明，基于斯特林循環的太陽能發電方式比傳統光伏發電方式具有更高的發電效率，具有很好的發展前景。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是：為了解決現有技術的不足，本發明提出了一種帶有插排管束回熱器的斯特林發電機。基于斯特林循環利用太陽能的熱效應發電，避免使用能耗高污染大的光伏板。采用插排管束利用沖擊對流換熱以增加流體橫掠管束的對流換熱系數來強化換熱。

本發明的技術方案是：一種帶有插排管束回熱器的斯特林發電機，發電機中的熱氣缸和冷氣缸之間通過排管束回熱器連接；所述插排管束回熱器為一空腔體，上下密封，左右貫通；腔體內設有若干插排管束，氣體穿過若干插排管束，進行強化換熱。

本發明的進一步技術方案是：所述排管束回熱器上下通過蓋子進行密封，蓋子和箱體間設有防漏氣的墊圈，二者采用螺栓連接。

本發明的進一步技術方案是：所述內部插排管束的排數在16-26之間。

本發明的進一步技術方案是：排數選定后按照zhukauskas關聯式計算插排管束的平均表面傳熱系數。

本發明的進一步技術方案是：所述斯特林機包括太陽灶1、鼓形齒式聯軸器13、發電機14、熱氣缸2、冷氣缸3、散熱片4、熱氣缸活塞5、冷氣缸活塞6、熱氣缸連桿8、冷氣缸連桿9、兩個套筒10和曲軸11；兩個氣缸之間通過回熱器7相互貫通連接；熱氣缸2內設有熱氣缸活塞5，冷氣缸3內設有冷氣缸活塞6；套筒10套在曲軸11凸起處，兩個活塞與套筒10之間分別通過連桿進行連接，且連桿兩端與活塞和套筒16鉸接；曲軸11靠近冷氣缸3的一端與鼓形齒式聯軸器13連接；冷氣缸3頂部包裹有散熱片4；熱氣缸2外部連有太陽灶，為吸收太陽能為熱氣缸2提供熱能，活塞上下運動，由于采取鉸接，使得連桿在上下運動時能夠偏離活塞軸線進行運動，從而帶動曲軸11軸向轉動進行做功，所做的功經鼓形齒式聯軸器21將功傳遞給發電機15，從而實現發電。

本發明的進一步技術方案是：所述套筒10采用兩個軸瓦拼接而成，材質為黃銅，其在曲軸11上能夠進行軸向轉動。

本發明的進一步技術方案是：所述鼓形齒式聯軸器13消除因聯軸器前后兩軸不共軸線而帶來的曲軸內力。

本發明的進一步技術方案是：所述曲軸11未與發電機14連接的一端還連接有飛輪12，使太陽能發電系統運轉更加平穩。

本發明的進一步技術方案是：所述熱氣缸2外部連有太陽灶，用于吸收太陽能為熱氣缸2提供熱能。

本發明的進一步技術方案是：所述太陽灶為一半球形的球面反射鏡，球面反射鏡的球心位于熱氣缸中軸線上。

發明效果

本發明的技術效果在于：本發明提出的一種帶有螺旋管束回熱器的斯特林發電機，采用基于斯特林循環利用太陽能熱效應的發電方式，完全替代單晶硅、多晶硅材料，降低生產能耗，減少污染。采用插排管束回熱器利用沖擊對流換熱強化對流傳熱，增加換熱效率，提高能量利用率。

附圖說明

圖1為斯特林發電機整體結構圖

圖2為插排回熱器整體效果圖

圖3為插排回熱器內部結構圖

圖4為插排回熱器縱向剖面圖

附圖標記說明：1—太陽灶；2—熱氣缸；3—冷氣缸；4—散熱片；5—熱氣缸活塞；6—冷氣缸活塞；7—插排管束回熱器；8—熱氣缸連桿；9—冷氣缸連桿；10—套筒；11—曲軸；12—飛輪；13—鼓形齒式聯軸器；14—發電機；15—儲熱柱；16—墊片；17—螺栓；18—墊圈

具體實施方式

本發明的技術方案是：一種帶有插排管束回熱器的斯特林發電機，包括太陽灶1、熱氣缸2、冷氣缸3、散熱片4、熱氣缸活塞5、冷氣缸活塞6、插排管束回熱器7、熱氣缸連桿8、冷氣缸連桿9、兩個套筒10、曲軸11、飛輪12、鼓形齒式聯軸器13和發電機14；兩個氣缸之間通過插排管束回熱器7相互貫通連接；熱氣缸2內設有熱氣缸活塞5，冷氣缸3內設有冷氣缸活塞6；套筒10套在曲軸11凸起處，兩個活塞與套筒10之間分別通過連桿進行連接，且連桿兩端與活塞和套筒10鉸接；曲軸11靠近冷氣缸3的一端與鼓形齒式聯軸器13連接；冷氣缸3頂部包裹有散熱片4；活塞上下運動，由于采取鉸接，使得連桿在上下運動時能夠偏離活塞軸線進行運動，從而帶動曲軸11軸向轉動進行做功。

所述太陽灶1與太陽能發電系統連接，用于聚集熱氣為太陽能發電系統提供熱能。

所述套筒10采用兩個軸瓦拼接而成，材質為黃銅，其在曲軸11上能夠進行軸向轉動。

所述鼓形齒式聯軸器13消除因聯軸器前后兩軸不共軸線而帶來的曲軸內力。

所述曲軸11未與發電機14連接的一端還連接有飛輪12，使太陽能發電系統運轉更加平穩。

所述插排管束回熱器7是一個內部帶有插排管束15的方形箱體，前后貫通，上面有蓋。蓋子和箱體間有房漏氣的墊圈16，二者采用螺栓連接。流體橫掠插排管束時，流體在管間交替收縮和擴張的彎曲通道中流動，產生強烈擾動，強化換熱。

參見圖1-圖4，本發明包括太陽灶，斯特林機，插排管束回熱器，飛輪，鼓形齒式聯軸器，發電機等裝置。

所述太陽灶為一個半球形的球面反射鏡，安裝于斯特林機的熱氣缸底部，聚焦太陽能加熱斯特林機的熱氣缸來為其提供熱能，球面反射鏡的球心位于熱氣缸中軸線上。

所述斯特林機為一個以聚焦太陽光為熱源的外燃機，主要結構有熱氣缸、冷氣缸、散熱片、活塞、插排管束回熱器、連桿、曲軸、套筒。散熱片是位于冷氣缸上的銅質同心圓環薄片，用于增加冷氣缸的散熱效率。回熱器位于連接冷熱氣缸的通道中，熱氣缸向冷氣缸排氣時氣體對回熱器散熱，冷氣從冷氣缸回流至熱氣缸時從回熱器吸收熱量，充分利用熱能，即太陽能使得熱氣缸活塞先動，然后帶動冷氣缸活塞動，從而依次交替運動，提高發電機效率。套筒內圈的軸瓦為黃銅，曲軸為鋼材，二者配合可以降低摩擦，提高零件的使用壽命。連桿和活塞鉸接，連桿可以繞活塞有小角度的轉動。

所述飛輪為一個六孔鋼制輪盤，在曲軸運轉至上下死點(即當壓力角等于90度時，連桿對從動件的驅動力或力矩為零的情形)時可以利用簡單的機械驅動裝置(旋轉飛輪)驅動飛輪旋轉使曲軸沖過死點開始運轉。飛輪具有較大的質量，可以儲存釋放角動能使得斯特林機運轉更加平穩。由于曲軸轉速是隨轉動位置而變化的，當曲軸轉速增高時，飛輪的動能增加，把角動能貯蓄起來；當曲軸轉速降低時，飛輪動能減少，把角動能釋放出來。同時，飛輪可以用來減少曲軸運轉過程的速度波動，使運轉更加平穩。

所述鼓形齒式聯軸器可以消除因聯軸器前后兩軸的不同軸度而帶來的曲軸11的內力。

所述回熱器為一種表面式熱交換器，即工質通過熱交換器交換熱量，而工質間無直接接觸的一種熱交換器。回熱器位于連接冷熱氣缸的通道中，熱氣缸向冷氣缸排氣時氣體對回熱器散熱，冷氣從冷氣缸回流至熱氣缸時從回熱器吸收熱量，回熱器外部采用良好的絕熱材料，管道采用熱的良導體，同時通過增大管道數量、減少管道直徑以增大換熱面積，從而達到減少散熱、充分利用熱能的目的。插排管束回熱器的大小依斯特林機的大小而定，但是內部插排管束的排數不可任意取值，總排數要控制在16-26排。排數選定后可以按照zhukauskas關聯式計算管束的平均表面傳熱系數。

該設備包括

太陽灶1、斯特林機(熱氣缸2、冷氣缸3、散熱片4、熱氣缸活塞5、冷氣缸活塞6、插排管束回熱器7、熱氣缸連桿8、冷氣缸連桿9、套筒10、曲軸11)、發電機14、飛輪12、鼓形齒式聯軸器13。其中，太陽灶1與斯特林機上熱氣缸2焊接，斯特林機與發電機轉軸通過鼓形齒式聯軸器13聯接，斯特林機的不可動原件按位置關系無縫焊接，飛輪與曲軸為軸肩與對頂螺母配合固定，可拆卸。冷氣缸連桿9熱氣缸連桿8分別與各自的套筒10焊接，套筒與曲軸11為軸瓦連接。以聚焦太陽光為熱源的斯特林發動機為起點，通過冷熱氣缸活塞的上下移動帶動熱氣缸連桿8、冷氣缸連桿9運動，經由套筒10把傳遞軸功給曲軸11，再由曲軸11經鼓形齒式聯軸器13將軸功傳遞給發電機14實現太陽能發電。曲軸11最左端連接飛輪12，并用兩個對頂螺母擰緊固定，使得斯特林機運轉更加平穩。

循環過程：

定溫壓縮：承接自定容冷卻中的熱氣缸運動，循環開始，冷氣缸連桿9推動冷活塞6向上移動，熱活塞5不動，冷氣缸3中氣體被壓縮，向氣缸外放出熱量，氣體溫度不變。

定容加熱：冷氣缸連桿9繼續推動冷活塞6上移，在氣體壓力與熱氣缸連桿8控制下熱活塞5向下移動，冷氣缸3中的氣體通過回熱器7進入熱氣缸2，氣體通過回熱器7時溫度升高壓力升高。

定溫膨脹：高溫氣體膨脹推動熱活塞5向下移動，對外做功，加熱源使熱氣缸2中氣體在膨脹做功時溫度不變，減緩氣壓下降，熱活塞5移動到下死點。

定容冷卻：熱氣缸連桿8控制熱活塞5向上移動，冷活塞6向下移動，氣體通過回熱器7時對其放熱，溫度降低，壓力下降，等冷熱活塞移動到各自端頭整個循環完成。

本發明可以與各種類型的儲電裝置配合使用，儲存電力，再此不再贅述儲電裝置的選用。