CN102628410A - 多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置及封装工艺 - Google Patents
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Abstract
多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置及封装工艺，其目的是提高碟式斯特林发动机工作稳定性，延长工作时间，提高设备利用率；装置包括：盛装高温储热材料的筒形储热腔底面凹进形成吸热腔，吸热腔内壁沿轴向均布有环形吸热翅片，储热腔与活塞缸体连接；多个热腔与周围多个独立的回热器腔连为一体，组成活塞缸体；热腔与回热器腔通过吸热管连接，吸热管盘绕在储热腔内。储热腔外是底部有一小孔的筒形保温层和保护套；封装工艺为：储热腔与连接有吸热管的活塞缸体连接后整体加热，再盛装高温储热材料，然后在高温状态密封。最后依次连接背反射器、保温层和保护套后用螺栓固定在支座上。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光热利用领域，尤其是高温储热技术应用和碟式斯特林发动机技术领域。
背景技术
碟式斯特林发动机是采用聚光碟聚焦太阳能量，加热位于聚焦点处斯特林发动机的吸热管，为其提供热源来工作。它兼具斯特林发动机效率最高、噪音小、可以和多种热源匹配的优点和太阳能清洁无污染、分布广、无穷尽、储量大的优点。而且，多缸碟式斯特林发动机结构紧凑，与单缸相比，在相同功率输出情况下，体积和质量大为下降。一般以四缸双作用机最为常见。在军事国防和民用等领域，如边防哨所、海底潜艇、边远地区太阳能热发电等方面更具广阔应用前景和重大发展意义。
但是，太阳能存在间歇性缺点，乌云短时遮挡或太阳落山后，依赖于聚焦太阳光的热量输入将中断，导致系统动力输出(附加发电机时的电输出)不稳定或终止。
发明内容
本发明的目的是提高碟式斯特林发动机工作稳定性，延长工作时间，提高设备利用率。
本发明是多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置及封装工艺，其多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置，有一个盛装高温储热材料103的储热腔100，筒形储热腔100底面凹进形成吸热腔101，吸热腔101底部连接有背反射器200；储热腔100的口部与活塞缸体300连接，在活塞缸体300上有多个热腔301和彼此独立的回热器腔303，热腔300与回热器腔303通过盘绕在吸热腔101内并带有换热翅片305的吸热管304连接，活塞缸体300上还有一个直通储热腔100的加料孔306；储热腔100外是底部有一小口径入光孔401的保温层400和保护套402，通过连接螺栓500将保温层400与保护套402和支座501连接，多个热腔301连接为一个整体，与回热器腔303整体构成活塞缸体300。
多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置的封装工艺，其步骤为：
(1)储热腔100连接：将储热腔100与连接有吸热管304的活塞缸体300连接；
(2)储热材料100封装：将储热腔100加热后从加料孔306填充高温态储热材料103，然后在高温状态密封储热腔100；
(3)背反射器200连接：待储热腔100温度降至室温后，将背反射器200固定在吸热腔101底部中心；
(4)连接支座501：将保温层400和保护套402依次安装在储热腔100外之后，将其与支座固定连接。
本发明的有益效果是：提高云朵遮挡时多缸碟式斯特林发动机输出稳定性，适当延长无阳光时多缸碟式斯特林发动机工作时间，该工艺过程简单，并且储热材料103封装过程是在高温下完成，冷却后储热腔100内部是负压，储热腔100壁面受压应力。而长期工作时，储热腔100内温度升高，压强上升，但储热腔100内和外部环境之间压强差减小，可以有效避免因压强过高而造成腔体开裂、甚至爆炸的危险。可以延长装置使用寿命，降低对腔体材料高温力学性能要求，提高设备安全性。
附图说明
图1为本发明的多缸碟式斯特林发动机吸热储热装置主视图；
图2为本发明的多缸碟式斯特林发动机吸热储热装置俯视图；
图3为本发明的储热腔(100)吸热腔(101)主视图；
图4为本发明的储热腔(100)吸热腔(101)三维结构图；
附图标记及对应名称为：100：储热腔，101：吸热腔，102：吸热翅片，103：储热材料；200：背反射器，201：沉头螺钉；300：活塞缸体，301：热腔，302：活塞，303：回热器腔，304：吸热管，305：换热翅片，306：加料孔，307：堵头；400：保温层，401：入光孔，402：保护套；500：连接螺栓，501：支座；
具体实施方式
本发明是多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置及封装工艺，其多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置，以四缸机为例，如图1、图2所示。包括：储热腔100，吸热腔101，吸热翅片102，储热材料103，背反射器200，沉头螺钉201，活塞缸体300，热腔301，活塞302，回热器腔303，吸热管304，换热翅片305，加料孔306，堵头307，保温层400，入光孔401，保护套402，连接螺栓500，支座501。
储热腔100为一个底面凹进的圆筒形结构，凹面形成吸热腔101，吸热腔101内壁圆周上沿轴向均布有环形吸热翅片102，吸热翅片102与吸热腔101的内壁有一夹角A，夹角A为15°～75°。吸热翅片102的局部放大图和1/2吸热腔三维结构分别如图3和图4所示。储热腔100里面盛装有高温储热材料103，如熔融盐、金属等；储热腔100底部厚度比壁面厚度大，并且在底部加工有螺钉孔，通过沉头螺钉201将背反射器200固定在吸热腔101底部中心；背反射器200是一个内凹形表面倒锥形体。储热腔100口部加工有外螺纹，该螺纹将储热腔100与活塞缸体300连接。
活塞缸体300是一个圆柱体，上端面有热腔301，其数目与活塞302的数目相同，其位置与活塞302同轴，该四缸机有四个热腔301；在热腔301周围是环形回热器腔303，彼此之间有间隔，相互独立。热腔301与回热器腔303通过各自底部通孔采用吸热管304连接；吸热管304绕成U形竖直插在储热腔100内，并且表面连接有换热翅片305。吸热管304与热腔301底部和回热器腔303底部之间采用真空钎焊连接。活塞缸体300上端面上，热腔301和回热器腔303布置的间隙之间有一个加料孔306，加料孔306是一个倒锥台形通孔，用于装入储热材料103；储热材料103盛装完成后塞入堵头307，压紧之后采用气体保护焊接方式密封。
储热腔100外周有保温层400，保温层400为一个带外沿的筒形件，筒底有一个小孔，是入光孔401。保温层400外被保护套402包裹，保护套402底部有孔。连接螺栓500穿过保护套402和保温层400外沿上的螺栓孔后与支座501连接。
碟式斯特林发动机短时高温储热装置的封装工艺，选用高温相变储热材料，其步骤为：
(1)吸热管304连接：将连接有换热翅片305的吸热管304绕制成U形及特定形状，两端分别插入热腔301和回热器303底部的小口径孔，采用真空或保护气体高温钎焊工艺固定连接；所有吸热管304采用如上相同方法全部连接。
(2)活塞缸体300连接：通过螺纹将活塞缸体300与储热腔100连接，然后采用真空或保护气体高温钎焊工艺焊接密封螺纹缝隙。
(3)储热材料103封装：将连接有活塞缸体300的储热腔100整体加热至储热材料103熔点以上，然后将已经熔化并具有足够过热度的储热材料103通过加料孔306盛入储热腔100，储热材料103不能污染加料孔306壁。待储热材料103盛满储热腔100后，塞入堵头307，然后在高温状态下采用高温保护气体钎焊方法，密封加料孔306。
(4)连接背反射器200：待储热腔100温度降至室温后，将背反射器200固定在吸热腔101底部中心，采用沉头螺钉201连接。
(5)连接支座501：将连接有储热腔100的活塞缸体装入斯特林发动机基座；在储热腔100外安装好保温层400和保护套402后，通过螺栓500将其与支座501连接。至此，该发明的储热装置封装过程完成。
Claims (6)
1.多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置，有一个盛装高温储热材料(103)的储热腔(100)，筒形储热腔(100)底面凹进形成吸热腔(101)，吸热腔(101)底部连接有背反射器(200)；储热腔(100)的口部与活塞缸体(300)连接，在活塞缸体(300)上有多个热腔(301)和彼此独立的回热器腔(303)，热腔(300)与回热器腔(303)通过盘绕在吸热腔(101)内并带有换热翅片(305)的吸热管(304)连接，活塞缸体(300)上还有一个直通储热腔(100)的加料孔(306)；储热腔(100)外是底部有一小口径入光孔(401)的保温层(400)和保护套(402)，通过连接螺栓(500)将保温层(400)与保护套(402)和支座(501)连接，其特征在于：多个热腔(301)连接为一个整体，与回热器腔(303)整体构成活塞缸体(300)。
2.根据权利要求1所述的多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置，其特征在于：吸热腔(101)内壁圆周上沿轴向均布有环形吸热翅片(102)，并且环形吸热翅片(102)与吸热腔(101)内壁有一夹角(A)，夹角(A)为15°～75°。
3.多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置的封装工艺，其步骤为：
(1)储热腔(100)连接：将储热腔(100)与连接有吸热管(304)的活塞缸体(300)连接；
(2)储热材料(100)封装：将储热腔(100)加热后从加料孔(306)填充高温态储热材料(103)，然后在高温状态密封储热腔(100)；
(3)背反射器(200)连接：待储热腔(100)温度降至室温后，将背反射器(200)固定在吸热腔(101)底部中心；
(4)连接支座(501)：将保温层(400)和保护套(402)依次安装在储热腔(100)外之后，将其与支座固定连接。
4.根据权利要求3所述的多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置的封装工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，吸热管(304)与活塞缸体(300)的连接，可以采用真空或保护气体高温钎焊方法。
5.根据权利要求3所述的多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置的封装工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，储热腔(100)与活塞缸体(300)的连接，采用螺纹连接后，再采用真空或保护气体高温钎焊方法密封螺纹缝隙。
6.根据权利要求3所述的多缸碟式斯特林发动机短时高温储热装置的封装工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，密封储热腔(100)时，首先在加料孔(306)中塞入复合锥台形堵头，然后采用真空或保护气体高温钎焊方法密封。
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