CN102635462B - 一种太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置。该装置整体为圆柱形，一端设有太阳能集热内腔，另一端设有斯特林发动机热端预留内腔，中间是密封箱体，内部设有蓄热材料和热交换导管，所述的蓄热材料使用无机盐高温相变材料，热交换使用高温热流体作为导热介质，通过装置内部的换热导管换热，装置外部设有保温层。装置一端用来吸收热量，另一端连接斯特林发动机热端，通过密封箱体内的蓄热材料和热交换导管来控制温度，与现有技术相比，本发明具有可控制太阳能斯特林发动机工作温度保持相对恒定的优点，以提高太阳能碟式热发电效率。

Description

一种太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置

技术领域

本发明属于太阳能热发电技术领域，具体涉及一种太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置。

背景技术

能源问题已是世界和中国经济社会发展面临的最严重的问题之一，常规能源的日趋减少以及由此带来的环境污染问题，会直接影响到未来人类可持续发展战略的实施进程。近年来，世界上各个国家都在致力于开发新能源。太阳能作为一种无公害、储量无穷的自然能源，引起了环保人士的广泛关注，必将在世界能源结构转换中担纲重任，成为理想的替代能源。太阳能热发电已成为人们研究的焦点，但太阳能具有间歇不稳定的特点。目前应用太阳能热发电中一个难点就是热量的储存，以各在阳光强度较弱或无阳光直接照射的条件下进行热发电。

太阳能热发电又称聚光光热发电，是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供热空气或热蒸汽，结合传统的电力循环系统，从而达到发电的目的。系统一般由5大部件组成，即聚光装置、吸收/接收器、传热/储热系统、发电系统、控制系统。太阳能热发电技术主要有三种，分别为槽式太阳能发电系统、塔式太阳能发电系统和碟式太阳能发电系统。与另外两种太阳能发电系统相比，碟式太阳能发电系统具有布局灵活、应用前景非常广泛、发电效率高、起步投资少、结构简单、降低成本潜力及系统优化潜力巨大等一系列优点，因而成为了人们研究的焦点。

碟式太阳能热发电系统主要包括三个部分：聚光器、吸热器和斯特林发动机。聚光器是一个旋转抛物面形状的装置。抛物面由反射性极强的材料制成，可以反射太阳光。它由太阳跟踪系统驱动，时刻对准太阳，可以将投射到其表面的太阳光通过反射汇聚到抛物面的焦点位置。吸热器被安置在聚光器的焦点处，把汇聚的太阳能接受到吸热器的腔体内部。吸热器内部安装有斯特林发动机的加热器，进入吸热器的太阳能将通过加热器转化为热能，为发电机的工质所吸收，达到为发电机提供热源的目的。斯特林发动机是系统中十分重要的关键部件。它是将吸收的热能转化为动能的动力装置。在斯特林发动机的末端连上一个发电机，就可以把发动机输出的轴功转化为电能。整个碟式太阳能热发电系统就是这样将太阳能转化为电能的。

储热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，可用于解决热能供给与需求之间的配给矛盾，潜热蓄热主要是利用蓄热材料发生相变时吸收或放出的热量来实现能量的储存，其具有蓄热密度大、充放热过程温度波动范围小、结构紧凑等优点，自20世纪70年代就引起人们的极大关注。应用于高温太阳能领域的相变蓄热材料一般是无机盐，因为其具有高的相变温度及相变热，较高的化学稳定性。

碟式太阳能热发电系统宜受太阳光日照时间及强度的影响，当无日照时如何解决发电问题是一个技术难点，而且斯特林发动机需要达到一定的温度才会启动，如何保持发动机热端温度相对恒定以获得最佳的发电效率也是需要研究的问题之一。特林发动机的热端温度主要取决于太阳光辐射强度，传统的控温装置一般是通过控制热源来实现，但无法控制太阳光辐射。现阶段碟式热发电的实际应用还比较少，对于斯特林发动机热端通过蓄热技术来控制温度的研究尚无报道。因此，设计一种太阳能碟式斯特林发动机用温度控制装置对碟式热发电的应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的就是为了设计一种适用于碟式太阳能热发电系统的斯特林发动机上的蓄热控温装置，以获得更大的发电效率及使斯特林发动机工作过程保持稳定。

本发明提供的太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置，其特征在于：该装置整体为圆柱形，一端是太阳能集热内腔，进口处装有透明罩板，一端是斯特林发动机热端预留内腔，中间的密封箱体内部设有蓄热材料和热交换导管，所述的蓄热材料使用无机盐相变材料，热交换使用高温热流体作为导热介质，通过装置内部的换热导管换热，装置外部设有保温层；装置一端通过集热内腔吸收热量，另一端连接斯特林发动机热端，通过密封箱体内的蓄热材料和热交换导管来控制温度。

进一步地，蓄热部分使用的相变材料为一种或几种无机盐相变材料。

进一步地，导热流体为高温导热油，工作温度为400℃。

进一步地，换热导管材质为耐高温腐蚀不锈钢。

进一步地，所述换热盘管间具有预设间隙。

进一步地，保温层由耐高温保温材料组成。

进一步地，所述装置的外壳、所述集热器内壳由多段结构组成，各段结构通过固定件和焊接连接形成一个密封整体结构。

本发明还提供了一种太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置的运行方法，其特征在于：

首先将换热盘管置于太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置中间箱体内固定；

然后称取一定量的无机盐相变蓄热材料装入中间箱体内后密封；

再将斯特林发动机热端连接到本蓄热控温装置的预留发动机内腔上，固定后通入导热流体开始运行工作；

工作时，阳光通过透明罩板进入到集热腔，转化后的热量通过蓄热材料吸收并传递给斯特林发动机热端，从而使装置内温度在一定时间内保持相对恒定。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置，可控制斯特林发动机的工作温度，使其保持相对恒定，提高斯特林发动机工作过程的稳定性，以提高工作效率，从而提高太阳能碟式热发电效率。

附图说明

图1为本发明太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置的结构示意图。

图2为换热导管流向示意图。

图3为斯特林发动机热端与蓄热控温装置连接结构示意图。

图中标号：1为太阳能集热内腔，2为斯特林发动机热端预留内腔，3为密封箱体，4为透明罩板，5为集热腔内壳，6为蓄热材料，7为换热导管，8为导热工质出口，9为导热工质出口，10为斯特林发动机热端，11为保温层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置，整体为圆柱形，圆柱形一端设有太阳能集热内腔1，另一端设有斯特林发动机热端预留内腔2，中间是密封箱体3，所述的太阳能集热内腔1呈锥面体形状，在进口处安装有透明罩板4，透明罩板4嵌入到保温层11中，集热腔内壳5为耐高温吸热材质，集热内腔1密封后被抽成真空，所述的密封箱体3内装有蓄热材料6和换热导管7，蓄热介质使用无机盐相变材料，集热腔收集的热量传递给蓄热材料6，导热流体通过导热工质进口8进入换热导管7，然后通过导热工质出口9流出，换热导管7的流向图如图2所示，如图3中斯特林发动机热端10置于蓄热控温装置发动机热端预留内腔2处，两者的相对位置通过分别固定斯特林发动机和整个蓄热控温装置来实现，发动机热端温度由蓄热材料1及换热导管2中热流体流速来控制，蓄热材料6具有很大的蓄热能力，可以使装置内温度在一定时间内保持恒定，当蓄热材料6无法控制温度时，可通过调节换热导管7内的热流体流速来进一步控制温度，装置外部设有保温层11。

蓄热部分使用的相变材料为无机盐相变材料的一种或几种，具体为混合碳酸盐。高温热流体为高温导热油，工作温度为400℃。换热盘管材质为耐高温腐蚀不锈钢，盘管层数为5层，且层间留有预定间隙。透明罩板为高透光率，耐高温材质。保温层由耐高温保温材料组成。

首先将换热盘管置于太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置中间箱体内固定，然后用电子秤称取一定量的无机盐相变蓄热材料装入中间箱体内后密封，再将斯特林发动机热端连接到本蓄热控温装置的预留发动机内腔上，固定后通入导热流体开始运行工作。阳光通过透明罩板进入到集热腔，转化后的热量通过蓄热材料吸收并传递给斯特林发动机热端，且蓄热材料具有一定的储热能力，可以使装置内温度在一定时间内保持相对恒定，由此可降低由于太阳日照强度不稳定所产生的不良影响，并且可通过热流体换热来进一步控制斯特林发动机热端的工作温度，使其保持相对恒定(比如500℃)，以获得更大的热电转换效率及更高的工作稳定性。

Claims (4)

1.一种太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置，其特征在于：该装置整体为圆柱形，一端是太阳能集热内腔(1)，太阳能集热内腔(1)呈锥面体形状，进口处装有透明罩板(4)，一端是斯特林发动机热端预留内腔(2)，中间的密封箱体(3)内部设有蓄热材料和换热导管(7)，所述的蓄热材料使用无机盐相变蓄热材料，热交换使用导热流体作为导热介质，通过装置内部的换热导管(7)换热，装置外部设有保温层；装置一端通过太阳能集热内腔吸收热量，另一端连接斯特林发动机热端，通过中间的密封箱体内的蓄热材料和换热导管(7)来控制温度；斯特林发动机热端(10)置于斯特林发动机热端预留内腔(2)处，当蓄热材料(6)无法控制温度时，通过调节换热导管(7)内的导热流体流速来进一步控制温度；并将换热导管(7)置于太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置中间的密封箱体内固定；蓄热部分使用的蓄热材料为一种或几种无机盐相变蓄热材料；导热流体为高温导热油，工作温度为400℃；换热导管材质为耐高温腐蚀不锈钢；

所述换热导管间具有预设间隙。

2.根据权利要求1所述的太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置，保温层由耐高温保温材料组成。

3.根据权利要求1所述的太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置，所述装置的外壳、集热腔内壳由多段结构组成，各段结构通过固定件和焊接连接形成一个密封整体结构。

4.根据权利要求1所述太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置的运行方法，其特征在于：

首先将换热导管置于太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置中间的密封箱体内固定；

然后称取一定量的无机盐相变蓄热材料装入中间的密封箱体内后密封；

再将斯特林发动机热端连接到斯特林发动机热端预留内腔上，固定后通入导热流体开始运行工作；

工作时，阳光通过透明罩板进入到太阳能集热内腔，转化后的热量通过蓄热材料吸收并传递给斯特林发动机热端，从而使装置内温度在一定时间内保持相对恒定。