CN203214256U - 地置式热能发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地置式热能发电机，属一种发电机，所述热能发电机置于安装平面上，包括热能吸收器与热功率转化装置，所述热能吸收器置于热功率转化装置的上方，并与热功率转化装置进行热传导；所述热功率转化装置中至少包括气缸与气温调整装置，气缸的内部设有配气活塞与动力活塞，所述配气活塞与动力活塞之间具有间隔空间；采用能量引导介质将太阳辐射能量传导至热能吸收器上产生热能，使得发电机在使用时可直接置于地面，无需安装在太阳光入射方向跟踪装置上增加其载荷，可将太阳能转化为机械能，再通过机械能带动传统的机械能发电装置，使得太阳辐射能量的利用率得到提高，可用于驱动各种类型的机械发电机，应用范围广阔。

Description

地置式热能发电机

技术领域

本实用新型涉及一种发电机，更具体的说，本实用新型主要涉及一种地置式热能发电机。 

背景技术

在边远山区，居住人群分散，如采取集中供电方式，维护保养相关的线路、输变电站等费用高。太阳能发电机为一种可将太阳光热能直接或间接转化为电能的一种环保发电装置，现有太阳能发电机的主要原理是通过太阳光直接照在太阳能电池板上产生电能，而此类发电机较为重要的一个特性是需根据不同时间太阳光照射的角度进行跟踪，以确保能获得太阳光的最大能效。目前，国内已研制出一种用于碟式太阳能聚能器的太阳自动跟踪系统，是用高精度的PSD（该缩写的英文全称为PositionSensitiveDetector，即位置敏感探测器）传感器来获取太阳的入射方位指向位置，通过32位的嵌入式ARM7微控制器S3C44B0X实现开闭环结合的控制算法来控制步进电机带动高精度机械转台转动，从而使得聚能器指向太阳入射方向，系统实现了对太阳的全自动跟踪，该结构选用了某科技公司生产的二维面型PSD作为光电位置探测器来获取太阳的入射方位信息。设计编程方位信息与硬件驱动的计算方法，使跟踪器跟随太阳光的入射方向带动聚能罩朝相应的方向转动，达到了提高太阳能的利用效率。但是前述高精度的PSD的价格较高，进而使得应用此类太阳光自动跟踪系统的发电机的生产成本也大大提高，限制了太阳能发电机的大规模推广应用。并且现有的太阳能发电机中基本全部都将能量转化装置直接置于聚能罩的上方或下侧，由跟踪系 统中的执行机构带动其整体旋转跟踪，无形中也大大增加了跟踪执行机构的载荷强度，导致其额定功率增加，并降低了采集装置方位调整的精确性，同时无法驱动传统机械能发电装置。 

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于针对上述不足，提供一种地置式热能发电机，以期望解决现有技术中太阳光入射方向跟踪执行机构的动力载荷较大，无法带动传统机械能发电装置运行等技术问题。 

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案： 

本实用新型所提供的一种地置式热能发电机，所述热能发电机置于安装平面上，包括热能吸收器与热功率转化装置，所述热能吸收器置于热功率转化装置的上方，并与热功率转化装置进行热传导；所述热功率转化装置中至少包括气缸与气温调整装置，气缸的内部设有配气活塞与动力活塞，所述配气活塞与动力活塞之间具有间隔空间，所述配气活塞、动力活塞的活塞杆还分别通过偏心机构与驱动齿轮动力连接，所述驱动齿轮上的轴向上固定有从动轮，所述从动轮跟随驱动齿轮同向、同速转动，且从动轮还与发电装置的动力输入轴动力连接。 

作为优选，进一步的技术方案是：所述动力活塞及其活塞杆套装在配气活塞的活塞杆外部，且动力活塞的活塞杆与配气活塞的活塞杆的中轴线相互重合。 

更进一步的技术方案是：所述气温调整装置置于气缸的侧面，且其由上至下分别为加热器、交换器与冷却器，所述加热器、冷却器分别与气缸侧面上的进气口、排气口相对应，用于由加热器将气体加热后由气缸侧面的进气口进入其内部，从而推动配气活塞向下运动，并将其与动力活塞之间间隔空间中的气 体由排气口压入冷却器，气体依次经过冷却器、交换器与加热器由进气口进入气缸内部；所述配气活塞将气体压入冷却器的同时还带动动力活塞向下运动，动力活塞的活塞杆通过偏心机构带动驱动齿轮转动，进而驱动齿轮由偏心机构通过配气活塞的活塞杆带动其向上运动，将配气活塞上方的高温气体再压入加热器中，气体依次经过加热器、交换器与冷却器，由排气口进入气缸内部，并同时推动配气活塞向上运动，推动动力活塞向下运动。 

更进一步的技术方案是：所述驱动齿轮为两个，所述两个驱动齿轮相互啮合；所述动力活塞的活塞杆分别通过偏心机构与两个驱动齿轮动力连接，所述两个驱动齿轮均通过另一偏心机构与配气活塞的活塞杆动力连接。 

更进一步的技术方案是：所述从动轮通过皮带与发电装置的转子动力连接。 

更进一步的技术方案是：所述加热器主要由多根弯曲的不锈钢管构成。 

更进一步的技术方案是：所述交换器主要由第多片不锈钢丝网层叠构成。 

更进一步的技术方案是：所述冷却器主要由水箱和多根不锈钢管组合而成的管堆。 

更进一步的技术方案是：所述热能吸收器通过能量引导介质接入太阳能聚能罩，用于由太阳能聚能罩将太阳辐射能量汇聚后通过能量引导介质传输至热能吸收器。 

更进一步的技术方案是：所述能量引导介质是光纤导管。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果之一是：采用能量引导介质将太阳辐射能量传导至热能吸收器上产生热能，使得发电机在使用时可直接置于地面，无需安装在太阳光入射方向跟踪装置上增加其载荷，更加有利于跟踪位移精度的控制，且可将太阳能转化为机械能，再通过机械能带动传统的机械能发电装置，使得太阳辐射能量的利用率得到提高，可用于驱动各种类型的机械发 电机，应用范围广阔；同时本实用新型所提供的一种地置式热能发电机结构简单，适于工业化生产，易于推广。 

附图说明

图1为用于说明本实用新型一个实施例的整体结构示意图； 

图2为用于说明本实用新型另一个实施例应用状态的结构示意图； 

图3为用于说明本实用新型另一个实施例中的加热器结构示意图； 

图4为用于说明本实用新型另一个实施例中的交换器结构示意图； 

图5为用于说明本实用新型另一个实施例中的冷却器结构示意图； 

图中，1为热能发电机、11为热能吸收器、12为热功率转化装置、121为气缸、122为气温调整装置、123为配气活塞、124为动力活塞、125为偏心机构、126为驱动齿轮、127为从动轮、128为动力活塞的活塞杆、129为配气活塞的活塞杆、2为能量引导介质、3为太阳能聚能罩、4为发电装置、5为皮带、6为储热能量箱。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。 

参考图1所示，本实用新型的一个实施例是一种地置式热能发电机，所述热能发电机1置于安装平面上，包括热能吸收器11与热功率转化装置12，所述热能吸收器11置于热功率转化装置12的上方，并与热功率转化装置12进行热传导；所述热功率转化装置12中至少包括气缸121与气温调整装置122，气缸121的内部设有配气活塞123与动力活塞124，所述配气活塞123与动力活塞124之间具有间隔空间，所述配气活塞123、动力活塞124的活塞杆还分别通过偏心 机构125与驱动齿轮126动力连接，所述驱动齿轮126上的轴向上固定有从动轮127，所述从动轮127跟随驱动齿轮126同向、同速转动，且从动轮127还与发电装置4的动力输入轴动力连接。而正如图3所示出的，前述的两个偏心机构15组合为一体呈棱形。 

仍然参考图1所示，在本实用新型用于解决技术问题，更加优选的一个实施例中，提供一种上述实施例中热功率转化装置12的具体结构，即上述气温调整装置122置于气缸121的侧面，且其由上至下分别为加热器H、交换器R与冷却器C，所述加热器H、冷却器C分别与气缸121侧面上的进气口、排气口相对应。 

在本实施例中，由加热器H将气体加热后由气缸121侧面的进气口进入其内部，从而推动配气活塞123向下运动，并将其与动力活塞124之间间隔空间中的气体由排气口压入冷却器C，气体依次经过冷却器C、交换器R与加热器H由进气口进入气缸121内部；所述配气活塞123将气体压入冷却器C的同时还带动动力活塞124向下运动，动力活塞的活塞杆128通过偏心机构125带动驱动齿轮126转动，进而驱动齿轮126由偏心机构125通过配气活塞的活塞杆129带动其向上运动，将配气活塞123上方的高温气体再压入加热器H中，气体依次经过加热器H、交换器R与冷却器C，由排气口进入气缸121内部，并同时推动配气活塞123向上运动，推动动力活塞124向下运动。 

更进一步的，正如图1所示，为满足上述配气活塞123与动力活塞124相对运动的方式，最好将上述的驱动齿轮126设置为两个，并且使两个驱动齿轮126相互啮合，即当其中一个驱动齿轮126转动时，另一个驱动齿轮则朝与其相反的方向转动；并且还需使动力活塞的活塞杆128分别通过偏心机构125与两个驱动齿轮126动力连接，而两个驱动齿轮126均通过另一偏心机构125与配 气活塞的活塞杆129动力连接。 

参考图2所示，根据本实用新型的另一实施例，实际应用中，上述热能吸收器11通过能量引导介质2接入太阳能聚能罩3，由太阳能聚能罩3将太阳辐射能量汇聚后通过能量引导介质2传输至热能吸收器11，并且作为优选，能量引导介质2在太阳能聚能罩3的外部分为两路，其中一路端部接近或接入热能吸收器11，另一路接入储热能量箱6；所述储热能量箱6还通过热传导管接入或端部接近热能吸收器11，所述能量引导介质2内部的分叉位置上设有光学棱镜，所述光学棱镜的作用是将来自于反射装置4的太阳能分别折射至光纤导管分叉的两路中进行热传导。更为优选的是，可采用光纤导管作为前述的能量引导介质2。 

再参考图1所示，在本实用新型更为优选的另一个实施例中，为避免动力活塞的活塞杆128与配气活塞的活塞杆129进行相对运动时出现相互阻碍的情形，最好将上述动力活塞124及其活塞杆128套装在配气活塞的活塞杆129外部，且使动力活塞的活塞杆128与配气活塞的活塞杆129的中轴线相互重合。 

而上述已经提到，上述从动轮127带动发电装置的输出轴动力连接，而发明人经过试验，认为此类结构较为事宜的传动方式为皮带5，即从动轮127通过皮带5带动发电装置4的转子转动，从而驱动其运行并产生电能，而更为重要的是，热功率转化装置12输出的机械能还可用于带动其它装置，应当理解为，前述的发电装置4为一个较为宽泛的概念，当中包含发电机以及可被机械能带动的其它设备，例如汽车、轮船、浇灌机等等。 

参考图3、图4与图5所示，本实用新型的发明人在上述的基础上，还对上述的热功率转化装置12中的加热器H、交换器R与冷却器C的具体结构进行了改进，可作为本实用新型的一个或多个实施例：所述加热器H主要由多根弯曲 的不锈钢管构成，所述交换器R主要由第多片不锈钢丝网层叠构成，所述冷却器C主要由水箱和多根不锈钢管组合而成的管堆。 

本实用新型在实际应用中，当阳光照射到热能接收器时，由太阳能聚能罩的焦点聚光镜将太阳光辐射能量由热能吸收器传递至加热器上，而加热器是由数只不锈钢管组成的，整个机构内部充满了适量的混合气体介质包含加热器，当强光照射到钢管表面时，钢管内部的混合气体介质受热将膨胀，将在配气活塞的顶部产生高温、高压的气体，从而推动配气活塞向下运动，在棱形连杆机构的作用下，动力活塞将向上运动。这时，在配气活塞的底部与动力活塞的上部之间，形成了一个低温压缩腔，将低温气体压入冷却器，低温气体通过冷却器进入交换器，吸收交换器中的热量，进入加热器后从新回到配气活塞的顶部，以弥补配气活塞向下运动后产生的真空段。 

在此过程中，配气活塞和动力活塞的上下运动，已将一部分的机械能储存在皮带轮中，在偏心机构和皮带轮的惯性力矩作用下，配气活塞向上运动，动力活塞向下运动。此时，配气活塞与动力活塞之间将产生一定的空隙，这就由配气活塞压缩顶部的高温、高压气体进入加热器—交换器（在此，高温气体放出热量让交换器吸热，使高温气体的温度得到下降）—冷却器（经冷却器冷却使气体的温度进一步的降低）—低温气体进入配气活塞与动力活塞之间的空隙，同理来弥补由此产生的真空段。 

此时，配气活塞与动力活塞之间受到低温气体的压力推动下，使配气活塞进一步的向上动而配气活塞进一步的向下运动，在棱形偏心结构的作用下，通过驱动齿轮带动既作机械能输出又作惯性能储存的皮带轮旋转。 

当配气活塞达到上止点时又将顶端的高温气体压缩，重复形成了上述的工作过程，在整个热机的运动过程，起做最重要作用的传递介质是混合气体，只 有气体才能整个机构中周而复始的受热膨胀、压缩、作功。并将其功通过本机构输出机械能—电能。由此完成了整个机构从太阳能转换成机构能或电能的过程。 

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。 

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。 

Claims (10)

1.一种地置式热能发电机，其特征在于：所述热能发电机（1）置于安装平面上，包括热能吸收器（11）与热功率转化装置（12），所述热能吸收器（11）置于热功率转化装置（12）的上方，并与热功率转化装置（12）进行热传导；所述热功率转化装置（12）中至少包括气缸（121）与气温调整装置（122），气缸（121）的内部设有配气活塞（123）与动力活塞（124），所述配气活塞（123）与动力活塞（124）之间具有间隔空间，所述配气活塞（123）、动力活塞（124）的活塞杆还分别通过偏心机构（125）与驱动齿轮（126）动力连接，所述驱动齿轮（126）上的轴向上固定有从动轮（127），所述从动轮（127）跟随驱动齿轮（126）同向、同速转动，且从动轮（127）还与发电装置（4）的动力输入轴动力连接。 

2.根据权利要求1所述的地置式热能发电机，其特征在于：所述动力活塞（124）及其活塞杆（128）套装在配气活塞的活塞杆（129）外部，且动力活塞的活塞杆（128）与配气活塞的活塞杆（129）的中轴线相互重合。 

3.根据权利要求1或2所述的地置式热能发电机，其特征在于：所述气温调整装置（122）置于气缸（121）的侧面，且其由上至下分别为加热器、交换器与冷却器，所述加热器、冷却器分别与气缸（121）侧面上的进气口、排气口相对应，用于由加热器将气体加热后由气缸（121）侧面的进气口进入其内部，从而推动配气活塞（123）向下运动，并将其与动力活塞（124）之间间隔空间中的气体由排气口压入冷却器，气体依次经过冷却器、交换器与加热器由进气口进入气缸（121）内部；所述配气活塞（123）将气体压入冷却器的同时还带动动力活塞（124）向下运动，动力活塞的活塞杆（128）通过偏心机构（125）带动驱动齿轮（126）转动，进而驱动齿轮（126）由偏心机构（125）通过配气活塞的活塞杆（129）带动其向上运动，将配 气活塞（123）上方的高温气体再压入加热器中，气体依次经过加热器、交换器与冷却器，由排气口进入气缸（121）内部，并同时推动配气活塞（123）向上运动，推动动力活塞（124）向下运动。 

4.根据权利要求3所述的地置式热能发电机，其特征在于：所述驱动齿轮（126）为两个，所述两个驱动齿轮（126）相互啮合；所述动力活塞的活塞杆（128）分别通过偏心机构（125）与两个驱动齿轮（126）动力连接，所述两个驱动齿轮（126）均通过另一偏心机构（125）与配气活塞的活塞杆（129）动力连接。 

5.根据权利要求1所述的地置式热能发电机，其特征在于：所述从动轮（127）通过皮带（5）与发电装置（4）的转子动力连接。 

6.根据权利要求3所述的地置式热能发电机，其特征在于：所述加热器主要由多根弯曲的不锈钢管构成。 

7.根据权利要求3所述的地置式热能发电机，其特征在于：所述交换器主要由第多片不锈钢丝网层叠构成。 

8.根据权利要求3所述的地置式热能发电机，其特征在于：所述冷却器主要由水箱和多根不锈钢管组合而成的管堆。 

9.根据权利要求1所述的地置式热能发电机，其特征在于：所述热能吸收器（11）通过能量引导介质（2）接入太阳能聚能罩（3），用于由太阳能聚能罩（3）将太阳辐射能量汇聚后通过能量引导介质（2）传输至热能吸收器（11）。 

10.根据权利要求9所述的地置式热能发电机，其特征在于：所述能量引导介质（2）是光纤导管。 

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