CN102146855A - 90度v型顺置和侧置交叉盘式加热器太阳能聚光斯特林发动机 - Google Patents

90度v型顺置和侧置交叉盘式加热器太阳能聚光斯特林发动机 Download PDF

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Abstract

本发明在斯特林发动机中采用管式，六边型结构交叉盘式加热器，以及将冷却器和回热器折向一侧的结构布置方式，减少了中间连接管道的无用空间，加上使用了薄壁球形顶部，并且用细杆连接的底部的两段式结构的活塞，有效的阻止了热传导损失。

Description

90度V型顺置和侧置交叉盘式加热器太阳能聚光斯特林发动机
技术领域：
本发明涉及斯特林发动机，特别是V型双活塞单作用斯特林发动机。
背景技术：
在清洁能源和可再生能源全球需求进一步扩大的情况下，斯特林发动机提供了一个很好的，可以降低可再生能源制造和使用成本的机会。人们通过不断改进斯特林发动机的设计，进一步降低了斯特林发动机的成本。斯特林发动机的工作原理是：根据加热和冷却工作气体，使气体膨胀和压缩以达到做功。相比传统发动机，斯特林发动机具有可用多种燃料，热效率高，排气污染少，噪音低，运转特性好，工作可靠，维修费用低等特点。
发明内容：
一个典型的斯特林循环，由一个受控容积组成。该受控容积分为压缩气缸，膨胀气缸，加热器，冷却器和回热器，在实际结构中，这些气缸和腔体需要通过管道连接起来。根据热力学原理，这些连接管道中的空间都是无用空间，这些无用空间使斯特林发动机的功率和效率降低。本发明使用的设计有效的去除了连接管道，减少了无用空间，提高了斯特林发动机的功率和效率。
如图1，由(4)膨胀气缸直接与(3)加热器相连接，有(3)加热器直接与(1)再生器相连接，由(1)再生器直接与(2)冷却器连接，由(2)冷却器直接与(5)压缩气缸连接。除去接头以外没有中间连接管道。同时由(2)冷却器与(5)压缩气缸组成拐角结构，使得与之相连的(1)再生器倒向(3)加热器，缩短了之间的距离。
由于使用太阳能聚光加热具有以下特点：太阳能聚光光斑呈圆形，加热温度高，熵值低。故本发明的另一个特点是采用管式，六边型结构交叉盘式加热器，如图2。该加热器使用数根不锈钢管，交叉排列使之具有六边形结构。该结构的加热器易于加工，而且其形状更加接近与太阳光斑的圆形。能够有效的吸收太阳光斑的热量。
在斯特林发动机中，活塞的热传导损失对功率的影响是明显的，该发明的另一特征是使用了薄壁球形顶部，并且用细杆连接的底部的两段式结构，有效的阻止了热传导损失。如图3。
附图说明：
图1：90度V型侧置交叉盘式加热器太阳能
聚光斯特林发动机剖面构造图
图2：六边形交叉盘式加热器构造图
图3：薄壁两段式活塞构造图
图1中，(1)再生器，(2)冷却器，(3)加热器，(4)膨胀气缸，(5)压缩气缸，(6)膨胀活塞，(7)压缩活塞，(8)发电机，(9)曲轴，(10)曲轴箱。
具体实施方法：
方案一：侧置式的斯特林发动机
在图1所示的斯特林发动机中，包括：(1)再生器，(2)冷却器，(3)加热器，(4)膨胀气缸，(5)压缩气缸，(6)膨胀活塞，(7)压缩活塞，(8)发电机，(9)曲轴，(10)曲轴箱。
由(4)膨胀气缸与(3)加热器连接，再由(3)加热器与(1)再生器连接，由(1)再生器与(2)冷却器连接，由(2)冷却器与(5)压缩气缸连接。在(2)冷却器与(5)压缩气缸连接的时候，冷却器不与(5)压缩气缸直线排列，而是拐向(4)膨胀气缸一端，再与(1)再生器连接，使(1)再生器靠近(4)膨胀气缸，而(1)再生器与(4)膨胀气缸中间的距离正好可以安置(3)加热器。这样的布置可以使各部件中间的距离减少到最小，而需要的连接管道也减少到最少，从而达到提高发动机功率和效率的目的。
这些相连接的部件都是全密封的，高压的工作气体被密封在这些部件中，而部件之间又是相联通的。工作气体在(3)加热气缸中被加热，气体受热膨胀，推动(4)膨胀气缸中的(6)膨胀活塞做功，随着(9)曲轴的转动，(4)膨胀气缸中的(6)膨胀活塞达到上止位，(4)膨胀气缸中的体积达到最小，工作气体经过(3)加热器和(1)再生器和(2)冷却器被挤入(5)压缩气缸。在工作气体通过(1)再生器的时候，大部分热量被(1)再生器吸收，而在(5)压缩气缸中的气体被(2)冷却器冷却，而产生收缩。从而推动压缩活塞运动。
当(7)压缩活塞到达上止位时，工作气体经过(2)冷却器，(1)再生器，(3)加热器，又回到(4)膨胀气缸中。在工作气体经过(1)再生器时，被冷却过的气体，将储存的热量吸收。通过以上重复过程，斯特林发动机开始做功，带动(8)发电机产生电能。
方案二：顺置式的斯特林发动机
在图1所示的斯特林发动机中加热器的安置方法改变，与膨胀气缸延伸相连接再与再生器连接，工作原理和方案一中的斯特林发动机一致。而顺置式的斯特林发动机由于使加热器与聚光轴垂直，当聚光轴在45°时曲轴箱水平，而太阳斜角只有47°变化，故曲轴箱会产生23,5°左右倾斜，而这样的倾斜不会影响曲轴箱中滑油的存放和润滑。

Claims (8)

1.斯特林热机为一种封闭式闭循环外部加热的发动机，该种类型发动机通过加热内部气体做功，是可以使用多种燃料和低品位能源的闭循环回热式发动机，由加热器，回热器，冷却器，活塞，气缸，曲轴箱等部件组成。
2.根据权利1所述的斯特林发动机，具有90度V型布置双活塞结构，一个压缩气缸和膨胀气缸中各有压缩活塞和膨胀活塞。
3.根据权利1.2所述的斯特林发动机包括以下说明的加热器：一种水平式正六边形交叉排列的管式加热器，在平面上吸收太阳能聚光斑点的热能。六边型结构与太阳聚光斑点圆形更加接近，且便于加工，可以提高有效加热面积和减少无用空间。
4.根据权利1.2.3所述的斯特林发动机和加热器，根据加热器布置位置不同可以分为顺置和侧置两种类型。顺置式的加热器顺向与膨胀气缸连接与曲轴箱水平面成约45度夹角。根据发动机安装地点太阳四级高度角变化调整安装夹角。侧置式加热器布置位置与膨胀气缸和压缩气缸呈水平方向安置，与曲轴箱水平面垂直。
5.根据权利1.2.3.4所述的斯特林发动机，顺置式布置加热器的斯特林发动机由于采用了45°于水平面夹角，可以使太阳聚光轴在跟随太阳高度变化时曲轴箱保持相对水平，因而可以使用润滑油来润滑曲轴箱和活塞。侧置式加热器的斯特林发动机由于使加热器与太阳聚光轴垂直，故曲轴箱不能保持相对水平，无法使用润滑油，在该设计中，使用无油自润滑材料，来给曲轴和活塞润滑。
6.根据权利1.2.3.4.5要求的斯特林发动机的活塞，具有薄壁中空，且中间使用细杆连接的两段式结构，该设计的目的在于减少活塞的热传导损失。
7.根据权利1.2.3.4.5.6要求的斯特林发动机，在该发动机的冷却器和压缩气缸之间有折弯结构，试与冷却器连接的回热器倒向加热器一侧，缩短了回热器与加热器的距离，减少了无用空间，提高发动机效率。
8.根据权利1.2.3.4.5.6.7要求的斯特林发动机，将多台该型双活塞斯特林发动机组合在一起形成一台多缸斯特林发动机。
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Addressee: Luo Jinchuan

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