CN106225258A - 一种太阳能热利用的综合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能热利用的综合系统，包括机架、聚光集热装置、斯特林发动机和冷却装置，所述聚光集热装置铰接于所述机架上，且所述聚光集热装置的焦点位于所述斯特林发动机的热端上而加热斯特林发动机的热端，所述斯特林发动机可滑动安装于所述机架上；所述冷却装置的与所述斯特林发动机的冷端相接接触，冷却斯特林发动机的冷端；所述聚光集热装置包括与所述机架铰接的支架，与所述支架可滑动连接的连接架，固定安装于所述连接架上的透镜，以及用于调节支架摆动角度的调节机构。本发明具有散热效果好、太阳光和热量利用效率高的有益效果。

Description

一种太阳能热利用的综合系统
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，尤其是指一种太阳能热利用的综合系统。
背景技术
随着化石能源的大量开发和利用，能源日趋枯竭，并且环境污染也越来越严重。斯特林发动机作为一种能源适用广泛的发动机，几乎可以采用任何高温热源进行驱动，例如采用太阳能作为热源，可以大大减少能源的消耗和环境的污染。
斯特林发动机是通过气缸内工作介质的冷却、压缩、吸热和膨胀的工作冲程进行周期循环工作而输出动力的一种发动机。在工作时，工作介质在热置换气缸内受移气器的推动，在冷端和热端来回流动。当空气流动到热端时，受热膨胀，推动活塞向外运动。当空气流动到冷端时，受冷收缩，吸引动力活塞向内运动，从而实现热能转化为动力进行输出。
传统的太阳能斯特林发动机热端的聚光器不具有定焦点的功能，使得对太阳能的热利用效率低，并且冷端直接通过空气降温，受外界因素影响大，且散热效果不明显，从而使得发动机的热端和冷端温差较小，导致发动机的太阳光热利用效率过低和能量的浪费。
发明内容
本发明的目的在于解决现有太阳能斯特林发动机热端的聚光器不具有定焦点的功能，使得对太阳能的热利用效率低，并且冷端直接通过空气降温，受外界因素影响大，且散热效果不明显，从而使得发动机的热端和冷端温差较小，导致发动机的太阳光热利用效率过低和能量的浪费的问题，提供一种散热效果好、太阳光和热量利用效率高的太阳能利用综合系统。
本发明的目的可采用以下技术方案来达到：
一种太阳能热利用的综合系统，包括机架、聚光集热装置、斯特林发动机和冷却装置，所述聚光集热装置铰接于所述机架上，且所述聚光集热装置的焦点位于所述斯特林发动机的热端上而加热斯特林发动机的热端，所述斯特林发动机可滑动安装于所述机架上；所述冷却装置的与所述斯特林发动机的冷端相接接触，冷却斯特林发动机的冷端；所述聚光集热装置包括与所述机架铰接的支架，与所述支架可滑动连接的连接架，固定安装于所述连接架上的透镜，以及用于调节支架摆动角度的调节机构。
进一步地，所述调节机构包括可滑动安装于所述机架上的滑块，以及可旋转安装于所述机架上的螺杆，所述滑块设于所述支架的下方，且顶压所述支架；所述滑块上开有螺纹孔，且与所述螺杆螺纹传动连接。
进一步地，所述斯特林发动机包括机箱和设于机箱内的热端组件和冷端组件，所述热端组件包括集热箱、集热体和热缸，所述集热体固定安装于所述集热箱的上端，所述热缸的一端套设于所述集热箱内，且通过翅片与所述集热体连接；所述翅片、集热体和热缸与集热箱之间填充有相变材料；所述冷端组件包括冷却箱、扰流器和冷缸，所述冷缸的一端套设于所述冷却箱内，所述扰流器为中空壳体结构，且设于所述冷却箱内；所述扰流器的壁上开有入水口，且均匀设有多个出水口，所述出水口的直径小于所述入水口的直径；所述扰流器的入水口通过管道伸出冷却箱与所述冷却装置的出水口连通，所述冷却箱体上开有出口，且该出口通过管道与所述冷却装置的入水口连通；所述热缸和冷缸之间通过管道连通，所述热缸和冷缸内设有活塞，所述活塞通过连杆与曲轴连通，所述曲轴可旋转安装于所述机箱上。
进一步地，所述冷却装置包括蒸发器、冷凝器和压缩机，所述冷凝器内设有盘管，所述盘管通过压缩机与所述冷凝器连通，形成冷却循环回路；所述冷凝器上开有冷却水入口和冷却水出口，所述冷却水入口和冷却水出口通过管道分别与所述扰流器的入水口和冷却箱的出口连通，所述扰流器的入水口串接有水泵。
进一步地，所述支架的上端设有两根螺纹杆，所述连接架可滑动套设于所述螺纹杆上；所述螺纹杆的一端通过弹性件顶压所述支架，所述螺纹杆的另一端上设有螺母，所述螺母与所述螺纹杆螺纹连接。
作为一种优选的方案，所述支架上有拉簧，所述拉簧的两端分别与支架和机架固定连接。
作为一种优选的方案，所述冷却循环回路上串接有用于储存工作介质的储液罐。
作为一种优选的方案，所述冷却循环回路上串接有用于调节工作介质流量的调节阀。
作为一种优选的方案，所述冷却循环回路上串接有过滤器。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明通过调节机构调节透镜的位置，使透镜随着太阳光而逐渐变化，同时透镜的焦点能稳定且固定地照射在斯特林发动机的热端上的中心，进而达到最大化吸收太阳光能量的目的，解决了现有太阳能斯特林发动机热端的聚光器不具有定焦点的功能，使得对太阳能的热利用效率低，并且冷端直接通过空气降温，受外界因素影响大，且散热效果不明显，从而使得发动机的热端和冷端温差较小，导致发动机的太阳光热利用效率过低和能量的浪费的问题，具有散热效果好和太阳光利用效率高的特点。
2、本发明当太阳高度角发生变化时，旋转螺杆以驱动滑块滑动，随着滑块滑动位置的变化，支架在重力或滑块的顶压力作用下产生向下或向上摆动，从而使得太阳光能始终保持垂直地照射于透镜上，实现接收太阳光的强度达到最大，并且通过拧转调节螺母的位置，连接架在弹性件的弹力和螺母的作用力下而在螺纹杆上滑动，以调节透镜的焦点的位置，以保持焦点而始终位于斯特林发动机的热端中心，提高了斯特林发动机的热量吸收率，提高了太阳光的利率效率。
3、在工作时，透镜的焦点固定地照射在集热体的中心位置上，使集热体的吸热速度和效率达到最大程度，极大地提高了太阳光的利用效率。斯特林发动机的冷端在冷却箱的冷却作用下，冷端的温度相比于热端的温度被极大地降低，热端和冷端之间具有较大的温度差，从而提高了斯特林发动机将热能转化为动能的效率，进而提高了对太阳能转化为动能的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明太阳能热利用的综合系统的结构示意图；
图2是本发明太阳能热利用的综合系统的聚光集热装置的结构示意图；
图3是本发明太阳能热利用的综合系统的斯特林发动机的内部结构示意图；
图4是本发明太阳能热利用的综合系统的斯特林发动机的热端的内部结构示意图；
图5是本发明太阳能热利用的综合系统的斯特林发动机的冷端的内部结构示意图；
图6是本发明太阳能热利用的综合系统的冷却装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
参照图1和图2，本实施例涉及太阳能利用系统，包括机架1、聚光集热装置2、斯特林发动机3和冷却装置4，所述聚光集热装置2铰接于所述机架1上，且所述聚光集热装置2的焦点位于所述斯特林发动机3的热端上而加热斯特林发动机3的热端，所述斯特林发动机3可滑动安装于所述机架1上；所述冷却装置4的与所述斯特林发动机3的冷端相接接触，冷却斯特林发动机3的冷端；所述聚光集热装置2包括与所述机架1铰接的支架21，与所述支架21可滑动连接的连接架22，固定安装于所述连接架22上的透镜23，以及用于调节支架21摆动角度的调节机构。
随着白天时间的推移，射到透镜23上的太阳光的角度逐渐发生变化，使得透镜23的焦点位置逐渐发生变化，从而使得斯特林发动机3的热端对太阳光能量的吸收率逐渐降低。本发明通过调节机构调节透镜23的位置，使透镜23随着太阳光而逐渐变化，同时透镜23的焦点能稳定且固定地照射在斯特林发动机3的热端上的中心，进而达到最大化吸收太阳光能量的目的，解决了现有太阳能斯特林发动机3热端的聚光器不具有定焦点的功能，使得对太阳能的热利用效率低，并且冷端直接通过空气降温，受外界因素影响大，且散热效果不明显，从而使得发动机的热端和冷端温差较小，导致发动机的太阳光热利用效率过低和能量的浪费的问题，具有散热效果好和太阳光利用效率高的特点。
所述调节机构包括可滑动安装于所述机架1上的滑块24，以及可旋转安装于所述机架1上的螺杆25，所述滑块24设于所述支架21的下方，且顶压所述支架21；所述滑块24上开有螺纹孔，且与所述螺杆25螺纹传动连接。所述支架21的上端设有两根螺纹杆211，所述连接架22可滑动套设于所述螺纹杆211上；所述螺纹杆211的一端通过弹性件5顶压所述支架21，所述螺纹杆211的另一端上设有螺母，所述螺母与所述螺纹杆211螺纹连接。
当太阳高度角发生变化时，旋转螺杆25以驱动滑块24滑动，随着滑块24滑动位置的变化，支架21在重力或滑块24的顶压力作用下产生向下或向上摆动，从而使得太阳光能始终保持垂直地照射于透镜23上，实现接收太阳光的强度达到最大，并且通过拧转调节螺母的位置，连接架22在弹性件5的弹力和螺母的作用力下而在螺纹杆211上滑动，以调节透镜23的焦点的位置，以保持焦点而始终位于斯特林发动机3的热端中心，提高了斯特林发动机3的热量吸收率，提高了太阳光的利率效率。
如图3至图5所示，所述斯特林发动机3包括机箱31和设于机箱31内的热端组件32和冷端组件33，所述热端组件32包括集热箱321、集热体322和热缸323，所述集热体322固定安装于所述集热箱321的上端，所述热缸323的一端套设于所述集热箱321内，且通过翅片324与所述集热体322连接；所述翅片324、集热体322和热缸323与集热箱321之间填充有相变材料；所述冷端组件33包括冷却箱331、扰流器332和冷缸333，所述冷缸333的一端套设于所述冷却箱331内，所述扰流器332为中空壳体结构，且设于所述冷却箱331内；所述扰流器332的壁上开有入水口334，且均匀设有多个出水口335，所述出水口335的直径小于所述入水口334的直径；所述扰流器332的入水口334通过管道伸出冷却箱331与所述冷却装置4的出水口连通，所述冷却箱331体上开有出口，且该出口通过管道与所述冷却装置4的入水口连通；所述热缸323和冷缸333之间通过管道连通，所述热缸323和冷缸333内设有活塞，所述活塞通过连杆6与曲轴7连通，所述曲轴7可旋转安装于所述机箱31上。
在工作时，透镜23的焦点固定地照射在集热体322的中心位置上，使集热体322的吸热速度和效率达到最大程度，极大地提高了太阳光的利用效率。斯特林发动机3的冷端在冷却箱331的冷却作用下，冷端的温度相比于热端的温度被极大地降低，热端和冷端之间具有较大的温度差，从而提高了斯特林发动机3将热能转化为动能的效率，进而提高了对太阳能转化为动能的效率。
如图6所示，所述冷却装置4包括蒸发器41、冷凝器42和压缩机43，所述冷凝器42内设有盘管，所述盘管通过压缩机43与所述冷凝器42连通，形成冷却循环回路；所述冷凝器42上开有冷却水入口和冷却水出口，所述冷却水入口和冷却水出口通过管道分别与所述扰流器332的入水口334和冷却箱331的出口连通，所述扰流器332的入水口334串接有水泵44。该冷却装置4与冷却箱331组成冷却循环回路，通过冷却水循环将斯特林发动机3的冷端的热量带走，使得热端和冷端之间具有较大的温度差，提高斯特林发动机3将热能转化为动能的效率。
所述支架21上有拉簧8，所述拉簧8的两端分别与支架21和机架1固定连接。当滑块24向透镜23方向滑动时，支架21在重力和弹簧8拉力的作用下，能更加灵敏且快速地向下进行摆动，提高支架21摆动的灵敏度，防止支架21在自身重力的单独作，下产生摆动迟缓和滞后的情况。
所述冷却循环回路上串接有用于储存工作介质的储液罐45。储液罐45可为冷却循环回路随时补充冷却介质，保持最佳的冷却效果。
所述冷却循环回路上串接有用于调节工作介质流量的调节阀46。根据工作介质的流量需要，通过调节阀46可对冷却的效果进行相应的调节，提高冷却循环回路的通用性。
为了保证冷却介质的干净度，以保证压缩机43的正常工作，提高冷却的效果，所述冷却循环回路上串接有过滤器47。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种太阳能热利用的综合系统，其特征在于：包括机架、聚光集热装置、斯特林发动机和冷却装置，所述聚光集热装置铰接于所述机架上，且所述聚光集热装置的焦点位于所述斯特林发动机的热端上而加热斯特林发动机的热端，所述斯特林发动机可滑动安装于所述机架上；所述冷却装置的与所述斯特林发动机的冷端相接接触，冷却斯特林发动机的冷端；所述聚光集热装置包括与所述机架铰接的支架，与所述支架可滑动连接的连接架，固定安装于所述连接架上的透镜，以及用于调节支架摆动角度的调节机构。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能热利用的综合系统，其特征在于：所述调节机构包括可滑动安装于所述机架上的滑块，以及可旋转安装于所述机架上的螺杆，所述滑块设于所述支架的下方，且顶压所述支架；所述滑块上开有螺纹孔，且与所述螺杆螺纹传动连接。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能热利用的综合系统，其特征在于：所述斯特林发动机包括机箱和设于机箱内的热端组件和冷端组件，所述热端组件包括集热箱、集热体和热缸，所述集热体固定安装于所述集热箱的上端，所述热缸的一端套设于所述集热箱内，且通过翅片与所述集热体连接；所述翅片、集热体和热缸与集热箱之间填充有相变材料；所述冷端组件包括冷却箱、扰流器和冷缸，所述冷缸的一端套设于所述冷却箱内，所述扰流器为中空壳体结构，且设于所述冷却箱内；所述扰流器的壁上开有入水口，且均匀设有多个出水口，所述出水口的直径小于所述入水口的直径；所述扰流器的入水口通过管道伸出冷却箱与所述冷却装置的出水口连通，所述冷却箱体上开有出口，且该出口通过管道与所述冷却装置的入水口连通；所述热缸和冷缸之间通过管道连通，所述热缸和冷缸内设有活塞，所述活塞通过连杆与曲轴连通，所述曲轴可旋转安装于所述机箱上。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能热利用的综合系统，其特征在于：所述冷却装置包括蒸发器、冷凝器和压缩机，所述冷凝器内设有盘管，所述盘管通过压缩机与所述冷凝器连通，形成冷却循环回路；所述冷凝器上开有冷却水入口和冷却水出口，所述冷却水入口和冷却水出口通过管道分别与所述扰流器的入水口和冷却箱的出口连通，所述扰流器的入水口串接有水泵。
5.根据权利要求1或2任一所述的一种太阳能热利用的综合系统，其特征在于：所述支架的上端设有两根螺纹杆，所述连接架可滑动套设于所述螺纹杆上；所述螺纹杆的一端通过弹性件顶压所述支架，所述螺纹杆的另一端上设有螺母，所述螺母与所述螺纹杆螺纹连接。
6.根据权利要求2所述的一种太阳能热利用的综合系统，其特征在于：所述支架上有拉簧，所述拉簧的两端分别与支架和机架固定连接。
7.根据权利要求4所述的一种太阳能热利用的综合系统，其特征在于：所述冷却循环回路上串接有用于储存工作介质的储液罐。
8.根据权利要求4所述的一种太阳能热利用的综合系统，其特征在于：所述冷却循环回路上串接有用于调节工作介质流量的调节阀。
9.根据权利要求4所述的一种太阳能热利用的综合系统，其特征在于：所述冷却循环回路上串接有过滤器。
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