CN103629009B

CN103629009B - 一种基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机

Info

Publication number: CN103629009B
Application number: CN201310602481.9A
Authority: CN
Inventors: 万斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Sterling Visa AB
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: CN103629009A

Abstract

本发明公开了一种基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机，包括斯特林热机座，斯特林热机座内设有若干个密封的气缸，气缸内的活塞杆的外端与曲柄连杆机构连接，气缸上连接有U形气管，U形气管上设有换热器，U形气管的一端与气缸上端的热端连通，U形气管的另一端与气缸下端的冷端连通，斯特林热机座的上端设有密封的箱体，箱体的中间设有物料储放罐，物料储放罐内装有液体放射性废料浓缩物，物料储放罐与箱体内壁之间形成环形腔，U形气管的底部伸入环形腔内，物料储放罐的两侧各设有一个电极，箱体外部设有控制器，电极通过导线与控制器连接。因此，本发明具有热源稳定，工作性能稳定，工作效率高的有益效果。

Description

一种基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机

技术领域

本发明涉及斯特林热机技术领域，尤其涉及一种基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机。

背景技术

斯特林发动机是独特的热机，因为理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率，因此斯特林发动机在新能源发电以及军工方面具有广泛的应用。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的，这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程，活塞柄的外端连接曲柄连杆机构，从而带动三相发电机转动，把机械能转化为电能。现在常见的斯特林热机的外部热源通常都是通过燃料燃烧或者利用太阳能集热器加热等，燃料燃烧既浪费能量又会污染环境，太阳能集热器受环境因素影响大，阴雨天气、夜晚都无法使用。

中国专利授权公告号：CN202811110U，授权公告日2013年3月20日，公开了一种密封性好、热效率高的斯特林发动机，包括配气气缸、配气活塞、加热装置和冷却装置、做功气缸以及做功活塞；做功活塞通过活塞环与做功气缸配合密封并可往复滑动；配气气缸通过气流通道与做功气缸连接，配气活塞与做功活塞同步往复移动；气流通道有两路分支，两路气流通道分别通往做功气缸的左侧内腔和右侧内腔；右侧内腔通过一个排气阀与气流通道连接，做功活塞右侧设置有与排气阀相对的触动部分。其优点体现在：减少了能量的损耗，提高了发动机效率；降低了动作部件的密封难度，提高了密封性，也减少了热能的损耗；产生防泄漏的作用，进一步提高了密封效果；减少了整个作功气体介质的泄漏损耗，也有利于提高效率。其不足之处是该种斯特林发动机的外部热源仍然是通过燃料或者太阳能集热器加热，热源性能不稳定，斯特林热机的运动严重受热源的影响，工作不稳定。

发明内容

本发明为了克服现有技术中的斯特林热机中热源不稳定，导致斯特林热机工作性能不稳定，工作效率低的不足，提供了一种热源稳定、工作性能稳定、工作效率高的基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机，包括斯特林热机座，斯特林热机座内设有若干个密封的气缸，气缸内的活塞杆的外端与曲柄连杆机构连接，气缸上连接有U形气管，U形气管上设有换热器，所述U形气管的一端与气缸上端的热端连通，U形气管的另一端与气缸下端的冷端连通，斯特林热机座的上端设有密封的箱体，所述的箱体的中间设有物料储放罐，物料储放罐内装有液体放射性废料浓缩物，物料储放罐与箱体内壁之间形成环形腔，所述的U形气管的底部伸入环形腔内，所述的物料储放罐的两侧各设有一个电极，箱体外部设有控制器，电极通过导线与控制器连接。核反应堆的冷却水通常都直接排入海洋中，然而目前人们从大量的冷却水中萃取出一种液体放射性废料浓缩物，该种物质为一种胶态物质，具有轻微的辐射，在一定条件下其内部能量稳定，便于保存，而当把液体放射性废料浓缩物置于电场或者磁场中，该物质内部能量平衡被打破后就能源源不断的释放热量，热量持续释放时间长达几个月甚至几年，把这些热能用于斯特林热机上的U形气管加热，从而实现斯特林热机工作、发电等，热源稳定，斯特林热机能持续工作，不受外界环境影响，发电效率高。

作为优选，所述的箱体的侧壁为双层侧壁，双层侧壁之间的空腔呈真空状态，箱体的最外侧包覆有保温层。双层侧壁且侧边之间的夹层中呈真空状态，有效的防止热传递，从而防止液体放射性废料浓缩物释放的热量浪费，节约能源。

作为优选，箱体的上端中心设有投料孔，所述的物料储放罐的上端开口处与投料孔对齐，物料储放罐开口处的周围与箱体内侧壁之间密封连接，物料储放罐开口处还设有密封盖。液体放射性废料浓缩物存在物料储放罐内，通过物料储放罐壁传递热量到环形腔内对斯特林热机的热端加热，当液体放射性废料浓缩物热量释放完之后，可以打开密封盖更换物料。

作为优选，所述的物料储放罐由锡制成，密封盖的内端设有锡块。液体放射性废料浓缩物自身带有一定的辐射，因此为了安全起见，防止在密封的锡罐中，从而削弱辐射。

作为优选，所述的箱体内设有冷却器和温度传感器，冷却器的下端设有进液管，冷却器的上端设有出液管，进液管上设有自动液阀，所述的自动液阀和温度传感器分别与控制器连接。温度传感器能检测环形腔内的温度，当温度超过额定温度时，控制器接收到温度传感器的温度，控制自动液阀打开，从而对环形腔内降温，当温度降到额定温度以内，则关闭自动液阀。

作为优选，所述的冷却器包括内冷却盘管和外冷却盘管，所述的内冷却盘管设在U形气管的内侧，所述的外冷却盘管套设在U形气管的外侧，内冷却盘管的上端与外冷却盘管的上端连通，外冷却盘管的下端与进液管连通，外冷却盘管的上端与出液管连通。当环形腔内的温度过高时，通过内冷却盘管和外冷却盘管直接对环形腔、U形气管进行降温，内冷却盘管和外冷却盘管分别位于U形气管的内部和外侧，因此U形气管内气体温度能在非常短的时间内降低到额定温度范围，而稳定的温度是影响斯特林热机工作非常重要的因素，温度稳定能提高斯特林热机的工作效率和使用寿命。

作为优选，箱体的底部还设有排气管，排气管的内端与环形腔连通，排气管的外端连接有真空泵，排气管上设有自动气阀，所述的自动气阀与控制器连接。液体放射性废料浓缩物内部能量一旦失去平衡而释放出来，就会源源不断的释放热量，当斯特林热机需要停机维修的时候，此时就需要真空泵把环形腔内的空气抽出来形成真空状态，从而阻热量传递。

作为优选，所述的斯特林热机座内还设有上支撑板和下支撑板，上支撑板穿过换热器，下支撑板位于气缸下端，所述的上支撑板、下支撑板把斯特林热机座内的空间自上而下分隔成热腔、冷腔、工作腔，上支撑板和下支撑板的两侧面都设有保温层。上支撑板、下支撑板一方面用于支撑气缸，还能减缓热腔、却腔、工作腔之间的热传递。

因此，本发明具有热源稳定，工作性能稳定，工作效率高的有益效果。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

图2为本发明的控制结构示意图。

图3为图1中A-A处剖视图。

图中：斯特林热机座1 气缸2 U形气管3 换热器4 箱体5 物料储放罐6 液体放射性废料浓缩物7 环形腔8 电极9 控制器10 保温层11 密封盖12 锡块13 温度传感器14 进液管15 出液管16 自动液阀17 内冷却盘管18 外冷却盘管19 排气管20 真空泵21 自动气阀22 上支撑板23 下支撑板24 热腔25 冷腔26 工作腔27

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

如图1所示的一种基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机，包括斯特林热机座1，斯特林热机座呈柱状结构，斯特林热机座内设有四个个密封的气缸2，气缸内的活塞杆的从下端伸出气缸外并与与曲柄连杆机构连接，气缸2上连接有U形气管3，U形气管上设有换热器4， U形气管的一端与气缸上端的热端连通，U形气管的另一端与气缸下端的冷端连通，斯特林热机座1的上端设有密封的箱体5，箱体5的侧壁为双层侧壁，双层侧壁之间的空腔呈真空状态，箱体5的最外侧包覆有保温层11，箱体的中间设有物料储放罐6，物料储放罐内装有液体放射性废料浓缩物7，物料储放罐与箱体内壁之间形成环形腔8， U形气管的底部伸入环形腔内，箱体5的上端中心设有投料孔，物料储放罐6的上端开口处与投料孔对齐，物料储放罐开口处的周围与箱体内侧壁之间密封连接，物料储放罐开口处还设有密封盖12，物料储放罐6由锡制成，密封盖的下端设有锡块13，物料储放罐6的两侧各设有一个电极9，箱体外部设有控制器10，电极通过导线与控制器连接，控制器能控制电极放电，从而在物料存放罐内产生电场，电极放电产生电场，从而激发液体放射性废料浓缩物，打破液体放射性废料浓缩物内部能量平衡，使得液体放射性废料浓缩物持续不断的向外释放热量，热量使得整个环形腔温度升高，从而使得换热器与气缸热端之间部位的气体温度升高，产生温差，带动活塞运动，活塞又带动曲柄连杆机构运动，曲柄连杆机构外侧连接有发电机，从而使得发电机源源不断的发电。

如图2和图3所示，箱体5内设有冷却器和温度传感器14，冷却器的下端设有进液管15，冷却器的上端设有出液管16，进液管上设有自动液阀17，自动液阀和温度传感器分别与控制器10连接，冷却器包括内冷却盘管18和外冷却盘管19，内冷却盘管设在U形气管的内侧，外冷却盘管套设在U形气管的外侧，内冷却盘管的上端与外冷却盘管的上端连通，外冷却盘管的下端与进液管连通，外冷却盘管的上端与出液管连通，当环形腔内的温度过高时，通过内冷却盘管和外冷却盘管直接对环形腔、U形气管进行降温，内冷却盘管和外冷却盘管分别位于U形气管的内部和外侧，因此U形气管内气体温度能在非常短的时间内降低到额定温度范围，而稳定的温度是影响斯特林热机工作非常重要的因素，温度稳定能提高斯特林热机的工作效率和使用寿命；箱体的底部还设有排气管20，排气管的内端与环形腔连通，排气管的外端连接有真空泵21，排气管上设有自动气阀22，自动气阀与控制器连接，液体放射性废料浓缩物内部能量一旦失去平衡而释放出来，就会源源不断的释放热量，当斯特林热机需要停机维修的时候，此时就需要真空泵把环形腔内的空气抽出来形成真空状态，从而阻热量传递。

如图1所示，斯特林热机座1内还设有上支撑板23和下支撑板24，上支撑板穿过换热器，下支撑板位于气缸下端，所述的上支撑板、下支撑板把斯特林热机座内的空间自上而下分隔成热腔25、冷腔26、工作腔27，上支撑板、下支撑板的两侧面都设有保温层，箱体底部的部分热量会传递到热腔内，从而对多个气缸的热端也能起到加热效果，能量利用率更加高，上支撑板23还能把热腔与冷腔隔离开，减小热腔、冷腔之间的热传递，进一步提高气缸内热端与冷端之间的温差，提高斯特林热机的效率。因此，本发明具有热源稳定，工作性能稳定，工作效率高的有益效果。

Claims

1.一种基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机，包括斯特林热机座（1），斯特林热机座内设有若干个密封的气缸（2），气缸内的活塞杆的外端与曲柄连杆机构连接，其特征是，气缸（2）上连接有U形气管（3），U形气管上设有换热器（4），所述U形气管的一端与气缸上端的热端连通，U形气管的另一端与气缸下端的冷端连通，斯特林热机座（1）的上端设有密封的箱体（5），所述的箱体的中间设有物料储放罐（6），物料储放罐内装有液体放射性废料浓缩物（7），物料储放罐与箱体内壁之间形成环形腔（8），所述的U形气管的底部伸入环形腔内，所述的物料储放罐（6）的两侧各设有一个电极（9），箱体外部设有控制器（10），电极通过导线与控制器连接；所述的箱体（5）的侧壁为双层侧壁，双层侧壁之间的空腔呈真空状态，箱体（5）的最外侧包覆有保温层（11）；箱体（5）的上端中心设有投料孔，所述的物料储放罐（6）的上端开口处与投料孔对齐，物料储放罐开口处的周围与箱体内侧壁之间密封连接，物料储放罐开口处还设有密封盖（12）。

2.根据权利要求1所述的一种基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机，其特征是，所述的物料储放罐（6）由锡制成，密封盖的内端设有锡块（13）。

3.根据权利要求1所述的一种基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机，其特征是，所述的箱体（5）内设有冷却器和温度传感器（14），冷却器的下端设有进液管（15），冷却器的上端设有出液管（16），进液管上设有自动液阀（17），所述的自动液阀和温度传感器分别与控制器（10）连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机，其特征是，所述的冷却器包括内冷却盘管（18）和外冷却盘管（19），所述的内冷却盘管设在U形气管的内侧，所述的外冷却盘管套设在U形气管的外侧，内冷却盘管的上端与外冷却盘管的上端连通，外冷却盘管的下端与进液管连通，外冷却盘管的上端与出液管连通。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机，其特征是，箱体的底部还设有排气管（20），排气管的内端与环形腔连通，排气管的外端连接有真空泵（21），排气管上设有自动气阀（22），所述的自动气阀与控制器连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于液体放射性废料浓缩物的斯特林热机，其特征是，所述的斯特林热机座（1）内还设有上支撑板（23）和下支撑板（24），上支撑板穿过换热器，下支撑板位于气缸下端，所述的上支撑板、下支撑板把斯特林热机座内的空间自上而下分隔成热腔（25）、冷腔（26）、工作腔（27），上支撑板、下支撑板的两侧面都设有保温层。