CN107023418A - 一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机 - Google Patents

一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机 Download PDF

Info

Publication number
CN107023418A
CN107023418A CN201710423683.5A CN201710423683A CN107023418A CN 107023418 A CN107023418 A CN 107023418A CN 201710423683 A CN201710423683 A CN 201710423683A CN 107023418 A CN107023418 A CN 107023418A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cylinder
regenerator
helical bundle
stirling
generator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710423683.5A
Other languages
English (en)
Inventor
吴艳辉
汪舟
汪一舟
赵征
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201710423683.5A priority Critical patent/CN107023418A/zh
Publication of CN107023418A publication Critical patent/CN107023418A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053—Component parts or details
    • F02G1/057—Regenerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2254/00—Heat inputs
    • F02G2254/30—Heat inputs using solar radiation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2280/00—Output delivery
    • F02G2280/20—Rotary generators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机设备，包括太阳灶，斯特林机，螺旋管束回热器，飞轮，鼓形齿式联轴器，发电机等主要机构。其技术要点是：采用基于斯特林循环利用太阳能热效应的发电方式，完全替代单晶硅、多晶硅材料，降低生产能耗，减少污染。在斯特林机中加装螺旋管束回热器以提高热能的利用效率，利用二次环流增大对流传热系数以增加换热。在冷气缸外部加装散热片以提高散热效率。利用一定质量的飞轮储存释放角动能使得斯特林机运转更加平稳。用超越离合器解决两动力轴转速不匹配的问题。

Description

一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机
技术领域
本发明涉及一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机。
背景技术
社会经济发展、进步需要能源支撑，而能源供给主要以一次性化石燃料为主，如今化石燃料日趋匮乏及环境污染问题日益严重，能够替代一次性能源的可再生、清洁、环保的绿色能源研究，特别是清洁能源发电的应用已经势不可挡。
过去的十年间，光伏发电产业受到了各国政府的大力支持，发展清洁能源已经被提到国家战略层面，光伏发电一直以清洁为宣传口号，但其所使用的硅光板的生产需要消耗大量的能源，也会产生很大的污染。而采用以太阳能为热源的斯特林循环发电，不需要使用能耗高、污染大的单晶硅、多晶硅材质的光伏板，真正发挥了太阳能清洁能源的特点。理论研究表明，基于斯特林循环的太阳能发电方式比传统光伏发电方式具有更高的发电效率，具有很好的发展前景。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机。基于斯特林循环利用太阳能的热效应发电，避免使用能耗高污染大的光伏板。采用螺旋管束产生二次环流以增加管道内壁表面的对流换热系数来强化换热。
本发明的技术方案是：一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机，其特征在于，发电机中的热气缸和冷气缸之间通过螺旋管束回热器连接；所述螺旋管束回热器为内部带有若干螺旋管束的圆管，螺旋管内的气体在运动过程中改变方向，引起二次环流，进行强化换热。
本发明的进一步技术方案是：所述斯特林机包括太阳灶1、鼓形齿式联轴器13、发电机14、热气缸2、冷气缸3、散热片4、热气缸活塞5、冷气缸活塞6、热气缸连杆8、冷气缸连杆9、两个套筒10和曲轴11；两个气缸之间通过回热器7相互贯通连接；热气缸2内设有热气缸活塞5，冷气缸3内设有冷气缸活塞6；套筒10套在曲轴11凸起处，两个活塞与套筒10之间分别通过连杆进行连接，且连杆两端与活塞和套筒16铰接；曲轴11靠近冷气缸3的一端与鼓形齿式联轴器13连接；冷气缸3顶部包裹有散热片4；热气缸2外部连有太阳灶，为吸收太阳能为热气缸2提供热能，活塞上下运动，由于采取铰接，使得连杆在上下运动时能够偏离活塞轴线进行运动，从而带动曲轴11轴向转动进行做功，所做的功经鼓形齿式联轴器21将功传递给发电机15，从而实现发电。
本发明的进一步技术方案是：所述套筒10采用两个轴瓦拼接而成，材质为黄铜，其在曲轴11上能够进行轴向转动。
本发明的进一步技术方案是：所述鼓形齿式联轴器13消除因联轴器前后两轴不共轴线而带来的曲轴内力。
本发明的进一步技术方案是：所述曲轴11未与发电机14连接的一端还连接有飞轮12，使太阳能发电系统运转更加平稳。
本发明的进一步技术方案是：所述热气缸2外部连有太阳灶，用于吸收太阳能为热气缸2提供热能。
本发明的进一步技术方案是：所述太阳灶为一半球形的球面反射镜，球面反射镜的球心位于热气缸中轴线上。
发明效果
本发明的技术效果在于：本发明提出的一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机，采用基于斯特林循环利用太阳能热效应的发电方式，完全替代单晶硅、多晶硅材料，降低生产能耗，减少污染。采用螺旋管束回热器利用二次环流强化对流传热，增加换热效率，提高能量利用率。
附图说明
图1为斯特林发电机整体结构图
图2为螺旋管束回热器剖面图
图3为螺旋管束回热器单管示意图
图4为螺旋管束回热器单管剖面示意图
图5为螺旋管束内部流动说明图
附图标记说明：1—太阳灶；2—热气缸；3—冷气缸；4—散热片；5—热气缸活塞；6—冷气缸活塞；7—螺旋管束回热器；8—热气缸连杆；9—冷气缸连杆；10—套筒；11—曲轴；12—飞轮；13—鼓形齿式联轴器；14—发电机；
具体实施方式
本发明的技术方案是：一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机，包括太阳灶1、热气缸2、冷气缸3、散热片4、热气缸活塞5、冷气缸活塞6、螺旋管束回热器7、热气缸连杆8、冷气缸连杆9、两个套筒10、曲轴11、飞轮12、鼓形齿式联轴器13和发电机14；两个气缸之间通过螺旋管束回热器7相互贯通连接；热气缸2内设有热气缸活塞5，冷气缸3内设有冷气缸活塞6；套筒10套在曲轴11凸起处，两个活塞与套筒10之间分别通过连杆进行连接，且连杆两端与活塞和套筒10铰接；曲轴11靠近冷气缸3的一端与鼓形齿式联轴器13连接；冷气缸3顶部包裹有散热片4；活塞上下运动，由于采取铰接，使得连杆在上下运动时能够偏离活塞轴线进行运动，从而带动曲轴11轴向转动进行做功。
所述太阳灶1与太阳能发电系统连接，用于聚集热气为太阳能发电系统提供热能。
所述套筒10采用两个轴瓦拼接而成，材质为黄铜，其在曲轴11上能够进行轴向转动。
所述鼓形齿式联轴器13消除因联轴器前后两轴不共轴线而带来的曲轴内力。
所述曲轴11未与发电机14连接的一端还连接有飞轮12，使太阳能发电系统运转更加平稳。
所述螺旋管束回热器7是一个内部带有螺旋管束的圆管，螺旋管内的流体在向前运动的过程中连续的改变方向，因此会在横截面上引起二次环流而强化换热。
参见图1-图5，本发明包括太阳灶，斯特林机，螺旋管束回热器，飞轮，鼓形齿式联轴器，发电机等装置。
所述太阳灶为一个半球形的球面反射镜，安装于斯特林机的热气缸底部，聚焦太阳能加热斯特林机的热气缸来为其提供热能，球面反射镜的球心位于热气缸中轴线上。
所述斯特林机为一个以聚焦太阳光为热源的外燃机，主要结构有热气缸、冷气缸、散热片、活塞、螺旋管束回热器、连杆、曲轴、套筒。散热片是位于冷气缸上的铜质同心圆环薄片，用于增加冷气缸的散热效率。回热器位于连接冷热气缸的通道中，热气缸向冷气缸排气时气体对回热器散热，冷气从冷气缸回流至热气缸时从回热器吸收热量，充分利用热能，即太阳能使得热气缸活塞先动，然后带动冷气缸活塞动，从而依次交替运动，提高发电机效率。套筒内圈的轴瓦为黄铜，曲轴为钢材，二者配合可以降低摩擦，提高零件的使用寿命。连杆和活塞铰接，连杆可以绕活塞有小角度的转动。
所述飞轮为一个六孔钢制轮盘，在曲轴运转至上下死点(即当压力角等于90度时，连杆对从动件的驱动力或力矩为零的情形)时可以利用简单的机械驱动装置(旋转飞轮)驱动飞轮旋转使曲轴冲过死点开始运转。飞轮具有较大的质量，可以储存释放角动能使得斯特林机运转更加平稳。由于曲轴转速是随转动位置而变化的，当曲轴转速增高时，飞轮的动能增加，把角动能贮蓄起来；当曲轴转速降低时，飞轮动能减少，把角动能释放出来。同时，飞轮可以用来减少曲轴运转过程的速度波动，使运转更加平稳。
所述鼓形齿式联轴器可以消除因联轴器前后两轴的不同轴度而带来的曲轴11的内力。
所述回热器为一种表面式热交换器，即工质通过热交换器交换热量，而工质间无直接接触的一种热交换器。回热器位于连接冷热气缸的通道中，热气缸向冷气缸排气时气体对回热器散热，冷气从冷气缸回流至热气缸时从回热器吸收热量，回热器外部采用良好的绝热材料，管道采用热的良导体，同时通过增大管道数量、减少管道直径以增大换热面积，从而达到减少散热、充分利用热能的目的。单位长度螺旋管束会有450°到540°的转角，螺旋管束内壁靠外一侧有阻滞流体的作用，流速降低；内侧流体附面层有分离趋势，流速增大。在内外压差的作用下就会产生二次环流。所谓二次环流，一般指垂直于主流方向的流动。
该设备包括
太阳灶1、斯特林机(热气缸2、冷气缸3、散热片4、热气缸活塞5、冷气缸活塞6、螺旋管束回热器7、热气缸连杆8、冷气缸连杆9、套筒10、曲轴11)、发电机14、飞轮12、鼓形齿式联轴器13。其中，太阳灶1与斯特林机上热气缸2焊接，斯特林机与发电机转轴通过鼓形齿式联轴器13联接，斯特林机的不可动原件按位置关系无缝焊接，飞轮与曲轴为轴肩与对顶螺母配合固定，可拆卸。冷气缸连杆9热气缸连杆8分别与各自的套筒10焊接，套筒与曲轴11为轴瓦连接。以聚焦太阳光为热源的斯特林发动机为起点，通过冷热气缸活塞的上下移动带动热气缸连杆8、冷气缸连杆9运动，经由套筒10把传递轴功给曲轴11，再由曲轴11经鼓形齿式联轴器13将轴功传递给发电机14实现太阳能发电。曲轴11最左端连接飞轮12，并用两个对顶螺母拧紧固定，使得斯特林机运转更加平稳。
循环过程：
定温压缩：承接自定容冷却中的热气缸运动，循环开始，冷气缸连杆9推动冷活塞6向上移动，热活塞5不动，冷气缸3中气体被压缩，向气缸外放出热量，气体温度不变。
定容加热：冷气缸连杆9继续推动冷活塞6上移，在气体压力与热气缸连杆8控制下热活塞5向下移动，冷气缸3中的气体通过回热器7进入热气缸2，气体通过回热器7时温度升高压力升高。
定温膨胀：高温气体膨胀推动热活塞5向下移动，对外做功，加热源使热气缸2中气体在膨胀做功时温度不变，减缓气压下降，热活塞5移动到下死点。
定容冷却：热气缸连杆8控制热活塞5向上移动，冷活塞6向下移动，气体通过回热器7时对其放热，温度降低，压力下降，等冷热活塞移动到各自端头整个循环完成。
本发明可以与各种类型的储电装置配合使用，储存电力，再此不再赘述储电装置的选用。

Claims (7)

1.一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机，其特征在于，发电机中的热气缸和冷气缸之间通过螺旋管束回热器连接；所述螺旋管束回热器为内部带有若干螺旋管束的圆管，螺旋管内的气体在运动过程中改变方向，引起二次环流，进行强化换热。
2.如权利要求1所述的一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机，其特征在于，所述斯特林机包括太阳灶(1)、鼓形齿式联轴器(13)、发电机(14)、热气缸(2)、冷气缸(3)、散热片(4)、热气缸活塞(5)、冷气缸活塞(6)、热气缸连杆(8)、冷气缸连杆(9)、两个套筒(10)和曲轴(11)；两个气缸之间通过回热器(7)相互贯通连接；热气缸(2)内设有热气缸活塞(5)，冷气缸(3)内设有冷气缸活塞(6)；套筒(10)套在曲轴(11)凸起处，两个活塞与套筒(10)之间分别通过连杆进行连接，且连杆两端与活塞和套筒(16)铰接；曲轴(11)靠近冷气缸(3)的一端与鼓形齿式联轴器(13)连接；冷气缸(3)顶部包裹有散热片(4)；热气缸(2)外部连有太阳灶，为吸收太阳能为热气缸(2)提供热能，活塞上下运动，由于采取铰接，使得连杆在上下运动时能够偏离活塞轴线进行运动，从而带动曲轴(11)轴向转动进行做功，所做的功经鼓形齿式联轴器(21)将功传递给发电机(15)，从而实现发电。
3.如权利要求1所述的一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机，其特征在于，所述套筒(10)采用两个轴瓦拼接而成，材质为黄铜，其在曲轴(11)上能够进行轴向转动。
4.如权利要求1所述的一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机，其特征在于，所述鼓形齿式联轴器(13)消除因联轴器前后两轴不共轴线而带来的曲轴内力。
5.如权利要求1所述的一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机，其特征在于，所述曲轴(11)未与发电机(14)连接的一端还连接有飞轮(12)，使太阳能发电系统运转更加平稳。
6.如权利要求1所述的一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机，其特征在于，所述热气缸(2)外部连有太阳灶，用于吸收太阳能为热气缸(2)提供热能。
7.如权利要求6所述的一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机，其特征在于，所述太阳灶为一半球形的球面反射镜，球面反射镜的球心位于热气缸中轴线上。
CN201710423683.5A 2017-06-07 2017-06-07 一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机 Pending CN107023418A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710423683.5A CN107023418A (zh) 2017-06-07 2017-06-07 一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710423683.5A CN107023418A (zh) 2017-06-07 2017-06-07 一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107023418A true CN107023418A (zh) 2017-08-08

Family

ID=59531402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710423683.5A Pending CN107023418A (zh) 2017-06-07 2017-06-07 一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107023418A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107762660A (zh) * 2017-11-27 2018-03-06 品孚罗特过滤设备（北京）有限公司 回热结构及包含该回热结构的斯特林发动机
CN107762750A (zh) * 2017-10-31 2018-03-06 西北工业大学 一种带有球面菲涅尔太阳能集热器的斯特林发电机
CN108105036A (zh) * 2018-01-19 2018-06-01 西北工业大学 一种带有扩张式曲面叶片的风光联合发电机
CN108150342A (zh) * 2018-01-19 2018-06-12 西北工业大学 一种光能潮汐能集成发电装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05125992A (ja) * 1991-10-29 1993-05-21 Mitsubishi Electric Corp スターリング機関用再生器
US20030066282A1 (en) * 1997-07-15 2003-04-10 New Power Concepts Llc Regenerator for a stirling Engine
CN102691591A (zh) * 2011-03-22 2012-09-26 波音公司 利用斯特林发动机的换热器和相关方法
CN102829973A (zh) * 2012-08-31 2012-12-19 广东明阳风电产业集团有限公司 一种风力发电机组齿轮箱试验台
CN103133288A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 陕西科林能源发展股份有限公司 一种镜面聚焦自动随转式太阳能热机发电系统
CN104296564A (zh) * 2014-10-31 2015-01-21 山东豪迈机械制造有限公司 螺旋缠绕管阵列式换热器
CN205895430U (zh) * 2016-08-03 2017-01-18 陈方写 一种斯特林发电机

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05125992A (ja) * 1991-10-29 1993-05-21 Mitsubishi Electric Corp スターリング機関用再生器
US20030066282A1 (en) * 1997-07-15 2003-04-10 New Power Concepts Llc Regenerator for a stirling Engine
CN102691591A (zh) * 2011-03-22 2012-09-26 波音公司 利用斯特林发动机的换热器和相关方法
CN103133288A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 陕西科林能源发展股份有限公司 一种镜面聚焦自动随转式太阳能热机发电系统
CN102829973A (zh) * 2012-08-31 2012-12-19 广东明阳风电产业集团有限公司 一种风力发电机组齿轮箱试验台
CN104296564A (zh) * 2014-10-31 2015-01-21 山东豪迈机械制造有限公司 螺旋缠绕管阵列式换热器
CN205895430U (zh) * 2016-08-03 2017-01-18 陈方写 一种斯特林发电机

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107762750A (zh) * 2017-10-31 2018-03-06 西北工业大学 一种带有球面菲涅尔太阳能集热器的斯特林发电机
CN107762660A (zh) * 2017-11-27 2018-03-06 品孚罗特过滤设备（北京）有限公司 回热结构及包含该回热结构的斯特林发动机
CN107762660B (zh) * 2017-11-27 2024-05-14 品孚罗特过滤设备（北京）有限公司 回热结构及包含该回热结构的斯特林发动机
CN108105036A (zh) * 2018-01-19 2018-06-01 西北工业大学 一种带有扩张式曲面叶片的风光联合发电机
CN108150342A (zh) * 2018-01-19 2018-06-12 西北工业大学 一种光能潮汐能集成发电装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106870199A (zh) 一种风光联合发电机
CN107023418A (zh) 一种带有螺旋管束回热器的斯特林发电机
CN103470352B (zh) 基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置
CN107605675A (zh) 一种基于斯特林循环的太阳能发电机
CN205047262U (zh) 基于二次反射聚光吸热技术的超临界二氧化碳发电系统
CN101581286A (zh) 太阳能斯特林发动机装置
CN101915147A (zh) 内燃机和斯特林复合发动机
CN201367997Y (zh) 太阳能发动机
WO2015165199A1 (zh) 一种转子高低压动力设备及其做功方法
CN102536367A (zh) 斯特林发动机余热发电方法
CN107013363A (zh) 一种带有插排管束回热器的斯特林发电机
CN105910298B (zh) 一种带蓄热碟式太阳能自由活塞斯特林发电系统
CN207454125U (zh) 一种带有迷宫回廊回热器的斯特林发电机
ITRM20100428A1 (it) Assorbitore di calore da radiazione solare per motore stirling
CN208073633U (zh) 一种带有蜂窝层级油浸回热器的外燃装置
CN204612227U (zh) 碟式太阳能冷热电联供装置
CN207454191U (zh) 一种带有球面菲涅尔太阳能集热器的斯特林发电机
CN112524821B (zh) 一种用于光热发电的超临界二氧化碳循环发电系统
CN107701328A (zh) 一种带有迷宫回廊回热器的斯特林发电机
CN107762750A (zh) 一种带有球面菲涅尔太阳能集热器的斯特林发电机
CN202001138U (zh) 用于太阳能碟式热发电系统的微尺度相变集热器
CN109915256A (zh) 一种基于发动机排气能量回收的梯级发电系统
CN207905982U (zh) 一种光能潮汐能集成发电装置
CN210220110U (zh) 分布式多种新能源综合应用系统
CN205977567U (zh) 太阳光热斯特林发电装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170808

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication