CN110206659A - 一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置及方法，包括若干记忆合金，每个记忆合金设置在加热管的内壁上；当加热管内的温度低于记忆合金的温度阈值时，每个记忆合金贴合在加热管的内壁上；当加热管内的温度超过记忆合金的温度阈值时，每个记忆合金沿加热管的径向弯折。当记忆合金形状发生变化弯折时，当同样质量流量的气体工质流过，弯折的记忆合金增强了气流的扰动，提高了对流换热系数，强化了气体工质与加热管的对流换热，以此达到降低加热管温度的目的。本发明是强化换热，没有造成能量的浪费，没有暂停发电装置的运行，使得运行更稳定，实现对加热管降温的同时，既能有效利用太阳能，还不会使发电中断，保证动力输出稳定。

Description

一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置及方法
技术领域
本发明属于斯特林发动机技术领域，具体涉及一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置及方法。
背景技术
碟式斯特林发电装置野外发电运行时，当光强超过设计值，此时压力很有可能也已经达到上限，很有可能会使加热管或者吸热部件超温，目前在该情况下能采取的措施只有切除光斑，才能保证发电装置的安全可靠。
但光斑的切除不仅会使发电装置的发电量瞬时下降，给电网造成波动，还使得切除光斑时间段内的太阳能无法得到利用，造成效率的下降。
发明内容
为解决现有技术中的技术问题，本发明提供了一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置及方法，其目的在于实现对加热管降温的同时，既能有效利用太阳能，还不会使发电中断，保证动力输出稳定。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以解决：
一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置，包括若干记忆合金，每个所述记忆合金设置在加热管的内壁上；
当加热管内的温度低于记忆合金的温度阈值时，每个所述记忆合金贴合在加热管的内壁上；
当加热管内的温度超过记忆合金的温度阈值时，每个所述记忆合金沿加热管的径向弯折。
进一步地，相邻两个记忆合金之间的间距为加热管直径的5～7倍，这样使得流体在加热管内的流阻最小，进而使得扰动最剧烈，使得换热效果更好。
进一步地，每个所述记忆合金沿加热管径向弯折部分的长度不大于加热管直径的1/4，这样使得流体在加热管内的流阻最小，进而使得扰动最剧烈，使得换热效果更好。
进一步地，每个所述记忆合金均布焊接在加热管的内壁上。
进一步地，所述记忆合金为TiNi基形状记忆合金，且为双程记忆效应。
一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应方法，包括以下步骤：
步骤一、在加热管内设置若干记忆合金；
步骤二、向加热管内通入气体工质；
步骤三、当加热管内的温度低于记忆合金的温度阈值时，每个记忆合金贴合在加热管的内壁上；当加热管内的温度超过记忆合金的温度阈值时，每个记忆合金沿加热管的径向弯折。
进一步地，步骤一中，相邻两个记忆合金之间的间距为加热管直径的5～7倍。
进一步地，步骤一中，每个记忆合金均布焊接在加热管的内壁上。
进一步地，步骤三中，每个记忆合金沿加热管径向弯折部分的长度不大于加热管直径的1/4。
进一步地，所述记忆合金为TiNi基形状记忆合金，且为双程记忆效应。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置，包括若干记忆合金，每个记忆合金设置在加热管的内壁上；当加热管内的温度低于记忆合金的温度阈值时，每个记忆合金贴合在加热管的内壁上；当加热管内的温度超过记忆合金的温度阈值时，每个记忆合金沿加热管的径向弯折。当记忆合金形状发生变化弯折时，当同样质量流量的气体工质流过，弯折的记忆合金增强了气流的扰动，提高了对流换热系数，强化了气体工质与加热管的对流换热，以此达到降低加热管温度的目的。本发明是强化换热，没有造成能量的浪费，没有暂停发电装置的运行，使得运行更稳定，即实现对加热管降温的同时，既能有效利用太阳能，还不会使发电中断，保证动力输出稳定。
进一步地，相邻两个记忆合金之间的间距为加热管直径的5～7倍，这样使得通过加热管的气流的扰动最剧烈，进而使得换热效果最好，更好的降低加热管的温度。
进一步地，每个记忆合金沿加热管径向弯折部分的长度不大于加热管直径的1/4，这样使得通过加热管的气流的扰动最剧烈，进而使得换热效果最好，更好的降低加热管的温度。
进一步地，记忆合金为为双程记忆效应，这样设计的目的是，当记忆合金的温度在其温度阈值以前紧贴加热管内壁；当超过温度阈值，记忆合金由于自身的特性开始发生形变；当温度逐渐减低，低于温度阈值时，记忆合金又恢复形状，紧贴加热管内壁。
一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应方法，首先在加热管内设置若干记忆合金，接着向加热管内通入气体工质；最后，记忆合金根据加热管内温度对加热管温度进行自适应调节，当加热管内的温度超过记忆合金的温度阈值时，每个记忆合金沿加热管的径向弯折；当加热管内的温度低于记忆合金的温度阈值时，每个记忆合金贴合在加热管的内壁上。由于该记忆合金在低于自身温度阈值时，紧贴加热管内壁，与没有记忆合金的加热管相比，增加的流阻可以忽略不计；当温度超过温度阈值时，虽一定程度的提高了流阻损失，但由于质量流量固定，故不会因此造成加热管各管流量偏差；本发明方法的根本是强化换热，故没有造成能量的浪费，没有暂停发电装置的运行，使得运行更稳定。本发明的方法使得热量转移到气体工质内，提高了气体工质的做功能力和发动机的效率。由于记忆合金的形变完全由记忆合金自身的温度决定，完全不需要人为干预和操作，实现了加热管对超温的自适应性调节，正是由于其自适应性，所以可以实现哪儿超温，哪儿记忆合金发生形变，无论对局部超温还是全面超温，都能自动的起到积极作用。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明中的记忆合金未发生形变时的结构示意图；
图2为本发明中的记忆合金发生形变时的结构示意图。
图中：1-加热管；2-记忆合金。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
结合图1和图2所示，作为本发明的某一优选实施例，本发明一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置，包括若干记忆合金2，优选的，记忆合金2为TiNi基形状记忆合金，且为双程记忆效应，每个记忆合金2均布焊接在加热管1的内壁上，焊接时，要确保留出一部分不用焊接，用于自适应弯折，留出的这部分的长度应满足的条件是不能大于加热管1直径的1/4，且相邻两个记忆合金2之间的间距为加热管1直径的5～7倍。
当加热管1内的温度超过记忆合金2的温度阈值时，每个记忆合金2沿加热管1的径向发生弯折变形，且每个记忆合金2沿加热管1径向发生弯折的部分的长度不大于加热管1直径的1/4。当加热管1内的温度低于记忆合金2的温度阈值时，每个记忆合金2贴合在加热管1的内壁上。
本发明通过自动增强加热管内气体工质的对流换热系统，以达到对加热管进行降温的目的，既能有效利用太阳能，还不会使发电中断，保证了输出的稳定。
本发明一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应方法为，首先在加热管1内均布焊接若干记忆合金2，相邻两个记忆合金2之间的间距为加热管1直径的5～7倍；接着向加热管1内通入气体工质，加热管1开始加热；最后，记忆合金2根据加热管1内温度的变化，对加热管1内的温度进行调节，当加热管1内的温度超过记忆合金2的温度阈值时，每个记忆合金2沿加热管1的径向弯折；当加热管1内的温度低于记忆合金2的温度阈值时，每个记忆合金2贴合在加热管1的内壁上。
作为本发明的某一实施例，在斯特林发动机加热管或吸热部件加热段，在管内沿管长度方向均匀植入数片记忆合金2，该记忆合金2是TiNi基形状记忆合金，双程记忆效应，其特点是当合金的温度在850℃以前紧贴加热管1内壁，如图1所示；当温度超过850℃，记忆合金2由于自身的特性开始发生形变，如图2所示；当温度逐渐减低，低于850℃，又恢复图1的形状。
在图1所示情况下，管内气体工质掠过管束，对流换热系数由工质当时的粘度、流速及管径决定。当记忆合金2的温度超过850℃，记忆合金形状发生变化如图2所示，当同样质量流量的气体工质流过，增强了气流的扰动，提高了对流换热系数，强化了气体工质与加热管的对流换热，以此达到降低加热管温度的目的。
本发明的特点：由于该记忆合金在低于850℃的范围内，紧贴加热管内壁，与没有记忆合金的加热管相比，增加的流阻可以忽略不计；当温度超过850℃时，虽一定程度的提高了流阻损失，但由于质量流量固定，故不会因此造成加热管各管流量偏差；该方法的根本是强化换热，故没有造成能量的浪费，没有暂停发电装置的运行，使得运行更稳定；该方法使得热量转移到气体工质内，提高了气体工质的做功能力和发动机的效率；由于记忆合金的形变完全由合金自身的温度决定，完全不需要人为干预和操作，这就体现出加热管对超温的自适应性；正是由于其自适应性，所以可以实现哪儿超温，哪儿记忆合金发生形变，无论对局部超温还是全面超温，都能自动的起到积极作用。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置，其特征在于：包括若干记忆合金(2)，每个所述记忆合金(2)设置在加热管(1)的内壁上；
当加热管(1)内的温度低于记忆合金(2)的温度阈值时，每个所述记忆合金(2)贴合在加热管(1)的内壁上；
当加热管(1)内的温度超过记忆合金(2)的温度阈值时，每个所述记忆合金(2)沿加热管(1)的径向弯折。
2.根据权利要求1所述的一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置，其特征在于：相邻两个记忆合金(2)之间的间距为加热管(1)直径的5～7倍。
3.根据权利要求1所述的一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置，其特征在于：每个所述记忆合金(2)沿加热管(1)径向弯折部分的长度不大于加热管(1)直径的1/4。
4.根据权利要求1所述的一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置，其特征在于：每个所述记忆合金(2)均布焊接在加热管(1)的内壁上。
5.根据权利要求1所述的一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应装置，其特征在于：所述记忆合金(2)为TiNi基形状记忆合金，且为双程记忆效应。
6.一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在加热管(1)内设置若干记忆合金(2)；
步骤二、向加热管(1)内通入气体工质；
步骤三、当加热管(1)内的温度低于记忆合金(2)的温度阈值时，每个记忆合金(2)贴合在加热管(1)的内壁上；当加热管(1)内的温度超过记忆合金(2)的温度阈值时，每个记忆合金(2)沿加热管(1)的径向弯折。
7.根据权利要求6所述的一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应方法，其特征在于，步骤一中，相邻两个记忆合金(2)之间的间距为加热管(1)直径的5～7倍。
8.根据权利要求6所述的一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应方法，其特征在于，步骤一中，每个记忆合金(2)均布焊接在加热管(1)的内壁上。
9.根据权利要求6所述的一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应方法，其特征在于，步骤三中，每个记忆合金(2)沿加热管(1)径向弯折部分的长度不大于加热管(1)直径的1/4。
10.根据权利要求6所述的一种适用于斯特林发动机加热管超温的自适应方法，其特征在于，所述记忆合金(2)为TiNi基形状记忆合金，且为双程记忆效应。
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