CN109404161A - 一种集成式斯特林热机吸热器结构 - Google Patents

一种集成式斯特林热机吸热器结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及斯特林热机技术领域，公开了一种集成式斯特林热机吸热器结构，包括吸热器壳体，吸热器壳体的上端设有开口，开口处设有集热罩，集热罩由若干吸热板焊接而成，燃烧室内设有外导热管，燃烧室内设有内导热管，所述吸热器壳体的底部设有若干组集热管，每根集热管上均连接有导流管，导流管的外端伸出吸热器壳体外；集热罩的底部设有环状的布气管，布气管的上侧设有朝向集热罩底部的燃气喷嘴，燃气喷嘴的侧面设有电子点火器，布气管的一端连接有燃气管，吸热器壳体的外侧设有排气管。本发明整体节奏紧凑、稳定性好，既可以吸收太阳光的热量，又能利用燃气燃烧的热能，环境适应能力强，不受天气影响。

Description

一种集成式斯特林热机吸热器结构
技术领域
本发明涉及斯特林热机技术领域，尤其涉及一种集成式斯特林热机吸热器结构。
背景技术
斯特林发动机是通过气缸内工作介质(氢气或氦气)经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，因此又被称为也叫斯特林热机。斯特林发动机是一种外燃发动机，其有效效率一般介于汽油机与柴油机之间。通过外部人员对斯特林发动机的热端进行加热，使得气缸内的介质吸热、膨胀、冷却、压缩循环，将热能转化为机械能，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。例如现在的一种斯特林太阳能发电机，即通过斯特林热机将太阳光的热能转化为机械能输出，通过机械能带动发电机组工作、发电；太阳能斯特林发电机系统中，为了最大限度的吸收太阳光的热能，通常会设置一个吸热器(也叫集热器)，通过吸热器吸收聚集后的太阳光的热能，从而确保提高斯特林热机热端的供热。然而常规的斯特林太阳能发电机，其工作时间、工作状态受太阳光影响较大，阴雨天气以及夜间均无法用于发电，太阳能发电机利用率低。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的斯特林太阳能发电机存在的上述问题，提供了一种集成式斯特林热机吸热器结构，该种吸热器在晴天能吸收太阳光的热能为斯特林热机的热端加热，夜间或阴雨天气能利用燃气对斯特林热机的热端进行供热，从而确保斯特林发电机组能够持续工作、发电，不受天气状况的限制。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种集成式斯特林热机吸热器结构，包括吸热器壳体，所述吸热器壳体的上端设有开口，所述的开口处设有集热罩，所述的集热罩呈碗状结构且朝向吸热器壳体的内部凹陷，集热罩的中心设有与吸热器壳体的内底部连接的隔离柱，集热罩与吸热器壳体之间形成一个封闭的环状的燃烧室；所述的集热罩由若干吸热板焊接而成，每块吸热板内均设有独立的介质腔，燃烧室内位于吸热板的外端下侧处设有与介质腔连通的外导热管，燃烧室内位于吸热板的内端下侧处设有与介质腔连通的内导热管，所述吸热器壳体的底部设有若干组集热管，同一块吸热板外端的外导热管与同一组集热管中的一根集热管连接，同一块吸热板内端的内导热管与同一组集热管中的另一根集热管连接，每根集热管上均连接有导流管，导流管的外端伸出吸热器壳体外；所述集热罩的底部设有环状的布气管，布气管的上侧设有朝向集热罩底部的燃气喷嘴，燃气喷嘴的侧面设有电子点火器，布气管的一端连接有燃气管，所述吸热器壳体的外侧设有排气管。
同一组集热管上连接的导流管分别与同一个斯特林热机的缸体的热端、冷端连接，从而形成若干组独立斯特林热机介质加热系统，斯特林热机的缸体的热端、冷端、吸热板的介质腔内均填充有导热工质，导热工质为氢气、氮气或惰性气体；在有阳光的情况下，太阳光通过外部锅状的反光杯聚光后反射到集热罩上，从而对吸热板进行加热，介质腔内的导热工质吸热后会对斯特林热机内缸体的热端加热，通过气体膨胀以推动斯特林热机缸体内的活塞往复运动，输出机械能，机械能可以用来带动发电机组发电；在夜间或者阳光不足的情况下，燃气管中通入燃气，电子点火器自动点火，燃气在燃烧室内燃烧，从而对集热罩的底部进行加热，进而带动斯特林热机工作，燃烧室内燃烧后形成的尾气通过排气管处排出。该种吸热器将太阳能加热与燃气加热集成在一起，通过光(太阳光)-气(燃气)互补的工作方式，持续为斯特林热机提供热源并驱动斯特林热机工作，提高基于斯特林热机的太阳能发电系统的环境适应能力。
作为优选，所述的吸热器壳体由耐火砖砌制而成，所述燃烧室的内壁设有耐火涂层，所述吸热器壳体的外壁设有保温层，所述集热罩的内球面上设有黑色导热涂层。保温层能减小燃烧内的热能损失，黑热导热涂层能最大限度的吸收太阳光的热能。
作为优选，所述外导热管的侧面设有若干导热翅片。导热翅片能增加外导热管与燃烧室之间热交换。
作为优选，所述吸热器壳体的内壁处设有环形管道，所述环形管道内设有环形隔板，所述环形隔板将环形管道内的空间分隔成内通道、外通道，所述的燃气管与内通道连通，吸热器壳体的外部设有与内通道连通的进气总管，内通道内位于燃气管与进气总管之间的部位设有内隔板，所述排气管的内端与外通道连通，吸热器壳体的内部设有与外通道连通的导气管，所述外通道内位于排气管与导气管之间设有外隔板。外界常温的燃气进入内通道中，高温尾气进入外通道内，高温尾气中的热量与燃气进行热交换对燃气进行预热。
作为优选，所述环形管道的横截面呈矩形结构，所述吸热器壳体内设有环形槽，所述环形管道内的外通道置于环形槽内。内通道内的燃气介于外通道与燃烧室之间的部位，内通道的外侧与尾气热交换，内通道的内侧与燃烧室热交换，从而对燃气进行预热，对尾气中残留的热能回收利用。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)集热罩内表面可吸收太阳光的热能，集热罩底面也吸收燃气的热能，整体结构紧凑，稳定性好；(2)既可以吸收太阳光的热量，又能利用燃气燃烧的热能，从而实现光气互补，环境适应能力强，不受天气影响；(3)燃气燃烧后的尾气热能对燃气进行预热，热利用率高，热能损失小。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图。
图2为布气管与环形通道的连接示意图。
图3为集热罩的俯视图。
图中：吸热器壳体1、斯特林热机2、集热罩3、吸热板30、隔离柱4、燃烧室5、外导热管6、导热翅片60、内导热管7、集热管8、导流管9、布气管10、燃气喷嘴11、电子点火器12、燃气管13、排气管14、保温层15、环形管道16、内通道160、外通道161、环形隔板17、进气总管18、内隔板19、导气管20、外隔板21。
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所示的一种集成式斯特林热机吸热器结构，包括吸热器壳体1，吸热器壳体的上端设有开口，开口处设有集热罩3，集热罩呈碗状结构且朝向吸热器壳体的内部凹陷，集热罩的中心设有与吸热器壳体的内底部连接的隔离柱4，集热罩与吸热器壳体之间形成一个封闭的环状的燃烧室5；集热罩由若干吸热板30焊接而成，如图3所示，本实施例中，集热罩由四块吸热板焊接而成，每块吸热板内均设有独立的介质腔31，燃烧室内位于吸热板的外端下侧处设有与介质腔连通的外导热管6，外导热管的侧面设有若干导热翅片60，燃烧室内位于吸热板的内端下侧处设有与介质腔连通的内导热管7，吸热器壳体的底部设有若干组集热管8，同一块吸热板外端的外导热管与同一组集热管中的一根集热管连接，同一块吸热板内端的内导热管与同一组集热管中的另一根集热管连接，每根集热管上均连接有导流管9，导流管的外端伸出吸热器壳体外；集热罩的底部设有环状的布气管10，布气管的上侧设有朝向集热罩底部的燃气喷嘴11，燃气喷嘴的侧面设有电子点火器12，布气管的一端连接有燃气管13，吸热器壳体的外侧设有排气管14；吸热器壳体1由耐火砖砌制而成，燃烧室的内壁设有耐火涂层，吸热器壳体的外壁设有保温层15，集热罩的内球面上设有黑色导热涂层。
如图2所示，吸热器壳体1的内壁处设有环形管道16，环形管道内设有环形隔板17，环形隔板将环形管道内的空间分隔成内通道160、外通道161，燃气管13与内通道连通，吸热器壳体的外部设有与内通道连通的进气总管18，内通道内位于燃气管与进气总管之间的部位设有内隔板19，排气管的内端与外通道连通，吸热器壳体的内部设有与外通道连通的导气管20，外通道内位于排气管与导气管之间设有外隔板21；环形管道的横截面呈矩形结构，吸热器壳体内设有环形槽，环形管道内的外通道置于环形槽内。
结合附图，本发明的原理及使用方法如下：四组导流管分别与四个斯特林热机2内的缸体的热端、冷端一一对应连接，从而形成四组独立斯特林热机介质加热系统；斯特林热机的缸体的热端、冷端、吸热板的介质腔内均填充有导热工质，导热工质为氢气、氮气或惰性气体；在有阳光的情况下，太阳光通过外部锅状的反光杯聚光后反射到集热罩上，从而对吸热板进行加热，介质腔内的导热工质吸热后会对斯特林热机内缸体的热端加热，通过气体膨胀以推动斯特林热机缸体内的活塞往复运动，输出机械能，机械能可以用来带动发电机组发电；在夜间或者阳光不足的情况下，进气总管18内通入燃气，外界常温的燃气进入内通道中，高温尾气进入外通道内，高温尾气中的热量与燃气进行热交换对燃气进行预热，预热后的燃气冲燃气喷嘴出喷出，电子点火器自动点火，燃气在燃烧室内燃烧，从而对集热罩的底部进行加热，进而带动斯特林热机工作，燃烧室内燃烧后形成的尾气通过排气管处排出。该种吸热器将太阳能加热与燃气加热集成在一起，通过光(太阳光)-气(燃气)互补的工作方式，持续为斯特林热机提供热源并驱动斯特林热机工作，提高基于斯特林热机的太阳能发电系统的环境适应能力。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种集成式斯特林热机吸热器结构，包括吸热器壳体，其特征是，所述吸热器壳体的上端设有开口，所述的开口处设有集热罩，所述的集热罩呈碗状结构且朝向吸热器壳体的内部凹陷，集热罩的中心设有与吸热器壳体的内底部连接的隔离柱，集热罩与吸热器壳体之间形成一个封闭的环状的燃烧室；所述的集热罩由若干吸热板焊接而成，每块吸热板内均设有独立的介质腔，燃烧室内位于吸热板的外端下侧处设有与介质腔连通的外导热管，燃烧室内位于吸热板的内端下侧处设有与介质腔连通的内导热管，所述吸热器壳体的底部设有若干组集热管，同一块吸热板外端的外导热管与同一组集热管中的一根集热管连接，同一块吸热板内端的内导热管与同一组集热管中的另一根集热管连接，每根集热管上均连接有导流管，导流管的外端伸出吸热器壳体外；所述集热罩的底部设有环状的布气管，布气管的上侧设有朝向集热罩底部的燃气喷嘴，燃气喷嘴的侧面设有电子点火器，布气管的一端连接有燃气管，所述吸热器壳体的外侧设有排气管。
2.根据权利要求1所述的一种集成式斯特林热机吸热器结构，其特征是，所述的吸热器壳体由耐火砖砌制而成，所述燃烧室的内壁设有耐火涂层，所述吸热器壳体的外壁设有保温层，所述集热罩的内球面上设有黑色导热涂层。
3.根据权利要求1所述的一种集成式斯特林热机吸热器结构，其特征是，所述的外导热管的侧面设有若干导热翅片。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种集成式斯特林热机吸热器结构，其特征是，所述吸热器壳体的内壁处设有环形管道，所述环形管道内设有环形隔板，所述环形隔板将环形管道内的空间分隔成内通道、外通道，所述的燃气管与内通道连通，吸热器壳体的外部设有与内通道连通的进气总管，内通道内位于燃气管与进气总管之间的部位设有内隔板，所述排气管的内端与外通道连通，吸热器壳体的内部设有与外通道连通的导气管，所述外通道内位于排气管与导气管之间设有外隔板。
5.根据权利要求4所述的一种集成式斯特林热机吸热器结构，所述环形管道的横截面呈矩形结构，所述吸热器壳体内设有环形槽，所述环形管道内的外通道置于环形槽内。
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