CN102297040A - 一种太阳能斯特林发动机用的集热头 - Google Patents

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李铁
杜景龙
周天
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Abstract

一种太阳能斯特林发动机用的集热头，主要是由设置在封闭的集热腔内的太阳能吸热器构成；其中：集热头上的太阳能吸热器由多根吸热管组成，每一根吸热管弯成同一种渐开线形状；每根吸热管底部有两个管口，其中一个管口焊接在斯特林发动机的气缸顶部，另一个管口焊接在与气缸对应的回热器顶部；多根吸热管依次排列围成一个封闭的喇叭口状；集热腔的腔壁外侧为一水冷套，集热腔的腔壁内侧涂覆有红外反射涂料层；集热腔的顶部为一透光的瞳孔。集热头工作时，聚焦后的太阳光斑略微发散后直接从瞳孔照入，由太阳能吸热器把太阳光的热量传入斯特林机内部，加热其工质。集热腔在工作过程中具有反射红外线和隔热保温的作用。

Description

一种太阳能斯特林发动机用的集热头
技术领域
本发明主要涉及到高温太阳能吸热器与集热腔，更具体地是一种太阳能斯特林发动机用的收集太阳能的集热头。
背景技术
太阳能斯特林发动机是用于碟式聚光太阳能热发电技术中的核心动力机械，它能够直接利用聚焦后的太阳能输出机械功，从而带动与其输出轴相联的发电机发电，该技术是一种利用聚焦后的太阳能进行热发电的技术。该技术由于采用斯特林发动机作为动力机械所以又称为斯特林太阳能热发电，它具有光电转换效率高，使用灵活等优点，既可以单套系统独立发电，又可以联合多套系统、根据需要组成太阳能发电站(厂)。
集热头是太阳能斯特林发动机的关键部件之一，它的主要作用是把收集到的太阳能传入斯特林机内部，加热工质。其性能的优劣直接影响到斯特林机的热效率。一个设计优良的太阳能斯特林发动机的集热头应该能够尽可能多的把传入其中的热量传输给太阳能吸热器内的工质，而热损失尽可能的小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于太阳能斯特林发动机上的集热头，它的主要作用是把收集到的太阳能传入斯特林发动机内部，加热工质。
为实现上述目的，本发明提供的太阳能斯特林发动机用的集热头，主要是由设置在封闭的集热腔内的太阳能吸热器构成；其中：
集热头上的太阳能吸热器由多根吸热管组成，每一根吸热管弯成同一种渐开线形状；每根吸热管底部有两个管口，其中一个管口焊接在斯特林发动机的气缸顶部，另一个管口焊接在与气缸对应的回热器顶部；多根吸热管依次排列围成一个封闭的喇叭口状；
集热腔的腔壁外侧为一水冷套，集热腔的腔壁内侧涂覆有红外反射涂料层；
集热腔的顶部为一透光的瞳孔。
所述的太阳能斯特林发动机用的集热头，其中集热腔为圆筒状。
所述的太阳能斯特林发动机用的集热头，其中集热腔的腔壁内侧涂覆有隔热涂料层，在所述的隔热涂料层上涂覆有红外反射涂料层。
所述的太阳能斯特林发动机用的集热头，其中瞳孔为固定在集热腔顶部的石英玻璃。
所述的太阳能斯特林发动机用的集热头，其中吸热管为合金钢管。
本发明的效果是：
呈喇叭口状的太阳能吸热器能够最大限度的吸收聚焦后的太阳能，而集热腔能够很好的起到隔热保温的作用。石英玻璃的透光率很高，同时能够有效阻止外界空气与吸热器表面的对流换热；集热腔壁的红外反射涂料层能够反射回去一部分由高温的吸热管表面发出的红外线，对吸热器行成二次加热的效果，进一步提高了整个集热头的集热效率。外部的水冷套中通入冷却水，对集热腔的腔壁进行必要的散热。这虽然会降低一些集热头的集热效率，但却会延长其工作寿命。
附图说明
图1为本发明的结构剖视图。
图2为图1中的太阳能吸热器与气缸头的示意图。
图3为图2中太阳能吸热器和气缸头的俯视图。
附图中主要标示说明：
1瞳孔；2红外反射涂料层；3隔热涂料层；4太阳能吸热器；5气缸；6回热器；7水冷套；8冷却水进口；9冷却水出口；10螺栓螺母；11钢板槽。
具体实施方式
本发明提供的太阳能斯特林发动机用的集热头由一个太阳能吸热器和一个集热腔共同组成。太阳能吸热器的每根吸热管用耐高温合金钢管弯成渐开线形状，每根弯管的底部有两个管口，其中一个管口焊接在气缸顶部上，而另一个管口焊接在与该气缸相应的回热器上；这些弯管依次紧密的排列，围成一个喇叭口状，形成太阳能吸热器；集热腔呈圆筒状，腔壁共有三层，由内至外分别为红外反射涂料层、隔热涂料层、内外钢壁组成的水冷套；其中，红外反射涂料层和隔热涂料层能够耐到1000℃的高温。隔热涂料直接涂于水冷套内侧的钢壁上，待其完全晾干后，再把红外线反射涂料涂于隔热涂料层的内侧；集热腔底部的安装边与斯特林发动机气缸头的安装边通过螺栓联接；集热腔的顶部安装有石英玻璃做的瞳孔，它嵌于两块对称的半圆形钢板槽的中间，钢板槽通过螺栓对接，其边缘用螺栓固定在集热腔顶部的安装边上。集热头工作时，聚焦后的太阳光斑略微发散后直接从瞳孔照入，由太阳能吸热器把太阳光的热量传入斯特林机内部，加热其工质。集热腔在工作过程中具有反射红外线和隔热保温的作用。
下面以一台四缸双作用式的斯特林发动机为例并结合附图，对本发明作详细描述。
请参阅图1、图2和图3所示，显示了一个由太阳能吸热器与集热腔共同组成的集热头。
一台四缸双作用式的斯特林发动机的气缸头由四个气缸5、四个分别与其对应的回热器6以及与它们底部焊接的钢板组成。太阳能吸热器4是由多根依次紧密排列围成喇叭口状的吸热管组成(本发明的吸热管可以采用公知的耐高温合金钢管)。每根吸热管弯成渐开线形状，每根吸热管有两个管口，其中一个焊接在气缸5的顶部，而另一个焊接在与该气缸对应的回热器6顶部；
如图1所示，集热腔的腔壁外侧为一水冷套7，该水冷套7包括冷却水进口8和冷却水出口9。集热腔的底部安装边通过螺栓与气缸头的安装边联接固定；耐高温的隔热涂料直接涂抹在水冷套7的内壁上，形成隔热涂料层3，待晾干后，在隔热涂料层3上再涂抹一层很薄的耐高温红外反射涂料，形成红外反射涂料层2；选一块大小合适的高透光率的石英玻璃作为集热头的瞳孔1，嵌在两块对称的半圆形钢板槽11内，并将两块对称的半圆形钢板槽11的边缘用螺栓螺母10与集热腔顶部的安装边联接固定。
本发明工作时，聚焦后的太阳光斑照射在靠近瞳孔1外侧的位置，略微发散后的阳光透过瞳孔1进入集热头的内部，大部分能量被其中央的太阳能吸热器4直接吸收，加热斯特林发动机内部的工质；瞳孔1不仅能够以90％以上的透光率透过太阳光，还能够有效减少太阳能吸热器4的表面与外界空气的对流换热损失。太阳能吸热器4吸收的能量有一部分会以红外射线的形式发射到集热腔的壁面，打到红外反射涂料层2上，后者能够以较高的反射率反射回一部分红外射线，使太阳能吸热器4被再次加热。隔热涂料层3起到隔热和保温的作用，能够减少高温的太阳能吸热器4向集热腔壁面的热辐射损失。当水冷套7的内壁面达到一定温度时，冷却水从冷却水进口8流入其中，从冷却水出口9流出，对集热腔的内壁面进行散热，从而延长了整个集热头的工作寿命。

Claims (5)

1.一种太阳能斯特林发动机用的集热头，主要是由设置在封闭的集热腔内的太阳能吸热器构成；其中：
集热头上的太阳能吸热器由多根吸热管组成，每一根吸热管弯成同一种渐开线形状；每根吸热管底部有两个管口，其中一个管口焊接在斯特林发动机的气缸顶部，另一个管口焊接在与气缸对应的回热器顶部；多根吸热管依次排列围成一个封闭的喇叭口状；
集热腔的腔壁外侧为一水冷套，集热腔的腔壁内侧涂覆有红外反射涂料层；
集热腔的顶部为一透光的瞳孔。
2.根据权利要求1所述的太阳能斯特林发动机用的集热头，其中，所述集热腔为圆筒状。
3.根据权利要求1所述的太阳能斯特林发动机用的集热头，其中，所述集热腔的腔壁内侧涂覆有隔热涂料层，在所述的隔热涂料层上涂覆有红外反射涂料层。
4.根据权利要求1所述的太阳能斯特林发动机用的集热头，其中，所述瞳孔为固定在集热腔顶部的石英玻璃。
5.根据权利要求1所述的太阳能斯特林发动机用的集热头，其中，所述吸热管为合金钢管。
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