太阳能斯特林发电机的制作方法

本公开涉及一种斯特林发电机，尤其是一种利用太阳能的斯特林发电机。

背景技术：

蝶式太阳能热发电系统使用蝶式聚光系统将太阳光聚集，再通过斯特林热机将太阳光产生的热能转换为电能。蝶式太阳能发电系统配置有太阳光跟踪系统，根据光照的角度调整反射镜的方向，使太阳光总是聚焦在集热面板，斯特林发电机的热腔通过从集热面板吸收热能进行发电。

但是目前由于技术原因，太阳光跟踪系统的精度不高，在系统工作的过程中，经常出现聚焦不准的情况，这时，集热面板会分成两部分，在聚焦范围内的部分接收聚焦的光照，温度非常高，而不在太阳光聚焦范围内的部分温度与环境相近。不在聚焦范围内的面积有时可以占整个集热面板的25％，两部分的温差非常大，这导致当只有一个斯特林发电机时，可能该斯特林发电机的热腔可能处于不在太阳光聚焦范围内的部分，当存在多个斯特林发电机的情况下，这导致某些斯特林发电机的热腔处于高温温度范围部分，有些斯特林发电机的热腔处于不在太阳光聚焦范围内的部分的，因此几乎吸收不到热量，使得整个发电系统的效率很低。

技术实现要素：

本公开的目的在于解决上述现有技术中的一个或多个缺陷，从而提供一种太阳能斯特林发电机，包括斯特林发电机和太阳能集热单元，其中太阳能集热单元在与集热板相对的一侧设置有通孔，斯特林发电机的热腔布置成穿过所述通孔进入所述太阳能集热单元的低熔点金属容纳腔内，所述热腔的外侧与通孔之间采用高温绝热材料密封，所述热腔进入低熔点金属容纳腔内的部分浸没在所述低熔点金属容纳腔的低熔点金属中。

根据本公开的太阳能斯特林发电机，其还包括石墨烯片或石墨烯薄膜，其布置在所述太阳能集热单元的集热板内侧面与斯特林发电机的热腔端面之间并固定在太阳能集热单元的侧壁上，横贯整个低熔点金属容纳腔，并浸没在所述容纳腔的低熔点金属中。

根据本公开的太阳能斯特林发电机，其中所述石墨烯片或石墨烯薄膜上具有一些孔隙以便低熔点金属从所述孔隙流过。

根据本公开的太阳能斯特林发电机，其中所述石墨烯片或石墨烯薄膜与所述集热板贴合在一起。

根据本公开的太阳能斯特林发电机，其中所述石墨烯片或石墨烯薄膜与所述集热板的内侧面平行或成小于10度的夹角。

根据本公开的太阳能斯特林发电机，其中所述斯特林发电机的冷腔采用风冷或水冷方式进行冷却。

根据本公开的太阳能斯特林发电机，其中所述低熔点金属中添加有金刚石粉末或铜粉。

根据本公开的太阳能斯特林发电机，其中所述斯特林发电机为2、3或4个。

根据本公开的太阳能斯特林发电机，其中所述斯特林发电机的热腔的端面在所述低熔点金属容纳腔内排列成一条线、三角形或正方形。

根据本公开的太阳能斯特林发电机，其中所述石墨烯片或石墨烯薄膜为彼此平行排列的2层、3层或4层，每层之间的间隙足以使得低熔点金属在层间流动。

由于根据本公开的太阳能斯特林发电机的太阳能集热单元的集热腔内充满了液态低熔点金属，因此，即使在集热面板由于聚光单元聚光不准确导致其部分被聚光时，集热面板的被聚光部分所吸收的热量也会由于液态低熔点金属的热对流而将热量迅速传递给位于未被聚光部分的太阳能斯特林发电机的热腔所在的液态低熔点金属，由此使得集热腔内的低熔点金属的温度均匀，从而位于未被聚光部分的太阳能斯特林发电机的热腔从周围液态低熔点金属获取热量，实现所有发电机都同等发电，提高斯特林发电机的效率。

为了更进一步使得集热腔内的低熔点金属的温度均匀，本公开在集热腔内布置了热传导效率极高的石墨烯片或石墨烯薄膜。通过石墨烯片或石墨烯薄膜与集热板的直接接触或与邻近集热板的液态低熔点金属的接触，可以迅速将集热本被聚光部分所获取的热量传递到石墨烯片或石墨烯薄膜的其他部分(未被聚光的集热板所对应的部分)，从而加速了热量从高温部分传递到低温部分(石墨烯片或石墨烯薄膜对热量的传递要比液态金属对流热传递要快的多)，缩短了热量向低温部分传递的时间。同时由于石墨烯片或石墨烯薄膜与液态金属充分接触，因此，更有利于未被聚光集热板所对应的部分处的液态低熔点金属从与其接触的石墨烯片或石墨烯薄膜获取热量，从而加速了整个液态低熔点金属的温度的均匀度。通过本公开的这种均温传热结构使得整个集热腔内的饿液态低熔点金属的温度较均匀，提高斯特林发电机的效率。

因此，根据本公开的太阳能斯特林发电机利用石墨烯片沿结晶方向的极高的导热系数，加上液态传热工质优良的对流换热性能，可以快速高效的将集热面板高温部分的热量散至整个集热面板内的集热腔内的低熔点液态金属，使整个集热面板以及低熔点液态金属的温度较均匀，从而极大地提高斯特林发电机的工作效率，降低对蝶式太阳能跟踪控制系统精度的要求。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1所示为使用根据本公开的太阳能斯特林发电机原理示意图。

图2所示的是所示为根据本公开太阳能斯特林发电机的太阳能集热单元的另一种实施例的示意图。

图3所示的是根据本公开的太阳能斯特林发电机排列成方形的示意图。

图4所示的是根据本公开的太阳能斯特林发电机的另一种实施例的示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。而且，即使提到了“第一”，也并不意味着一定存在“第二”或者下一个相同的单元一定被定义为“第二”，而是可以直接定义为“第三”。同样，即使提到“第二”，也不应认为一定存在“第一”。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一斯特林发电机也可以被称为第二斯特林发电机，类似地，第二斯特林发电机也可以被称为第一斯特林发电机。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

为了使本领域技术人员更好地理解本公开，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细说明。

图1所示为使用根据本公开的太阳能斯特林发电机原理示意图。如图1所示，太阳能斯特林发电机包括太阳能集热单元100和斯特林发电机200。太阳能集热单元100在与集热板110相对的一侧设置有通孔130，斯特林发电机200的热腔210布置成穿过所述通孔130进入所述太阳能集热单元的低熔点金属120容纳腔内，所述热腔210的外侧与通孔之间采用高温绝热材料密封(未示出)，所述热腔210进入低熔点金属容纳腔内的部分浸没在所述低熔点金属120容纳腔的低熔点金属中。

白天，系统工作时，太阳光通过镜片反射后聚集到集热面板，在太阳照射集热板110时，集热板110所接收到的太阳能转化成热能，集热板110将热能直接传递给集热腔内的传热工质120，例如低熔点液态金属120。靠近集热板110的低熔点液态金属120与热腔210周围的低熔点液态金属120进行对流换热，使得整个集热腔中的低熔点液态金属120温度达到均匀温度，从而均匀加热斯特林发电机200的热腔210，从而进行稳定发电。斯特林发电机200发电机的发电原理为公知常识，在此不进行赘述。

由于太阳光照射方向跟踪定位系统精度问题，集热面板110可能会存在不能被完全照射的情况。例如集热面板110存在有光照和无光照两个部分，无法达到整个表面光照均匀。有光照和无光照两个部分的温度差别极大，无光照面的温度只能达到比环境温度高几十度，而有光照面可以达到几百度到上千度。尽管上面采用通过熔点液态金属120来均匀加热斯特林发电机200的热腔210，但是对流导热的速度不足以使得集热腔内的低熔点液态金属120温度迅速达到均匀温度，这为使得处于温度较低的液态低熔点金属周围的斯特林发电机200的热腔不能充分获取热量并升高的预定温度，因此发电效率相对其他斯特林发电机200发电效率较低，所以不能充分利用太阳能进行发电。

因此，为了进一步提高太阳能的利用效率。发明人对上述太阳能斯特林发电机进行了改造。图2所示的是所示为根据本公开太阳能斯特林发电机的太阳能集热单元的另一种实施例的示意图。如图2所示，太阳能斯特林发电机的太阳能集热单元100还包括石墨烯片或石墨烯薄膜140。如图2所示，石墨烯片140布置在所述太阳能集热单元的集热板110内侧面与斯特林发电机的热腔210端面之间并固定在太阳能集热单元的侧壁上。石墨烯片140横贯整个低熔点金属容纳腔，并浸没在所述容纳腔的低熔点金属120中。因此，当太阳光照射方向跟踪定位系统精度不足而导致集热面板部分被聚光照射而部分不被照射而使得集热面板上的这两部分存在巨大温度差时，一方面，通过低熔点金属容纳腔内的液态金属对流进行热传递，另一方面，由于石墨烯片140与集热面板110相连，因此，由于石墨烯片140的极高的横向热传导性能，集热面板110处于高温部分的热量通过热传导迅速传递给石墨烯片140，石墨烯片140迅速通过整个表面传递给包围它的液态低熔点金属。通过这两种主要的强化传热方法，可以使整个集热面板以及集热腔内的液态低熔点金属的温度分布较均匀，温度差小。斯特林发电机的热腔210浸没在液态低熔点金属中，液态低熔点金属通过对流换热将热量高效的传递给斯特林发电机的热腔，提高斯特林发电机的发电效率。

尽管在图2所示的结构中石墨烯片140与集热面板110之间存在一定的间隙。但是在实际使用过程中，可以直接将石墨烯片140贴在集热面板110的内表面，这样使得石墨烯片140与集热面板110从分接触，提高从集热面板110获取热量的效率。石墨烯片140可以布满集热面板110内表面以及集热腔的侧壁内表面，因此石墨烯片140的面积可以大于集热面板110的面积。

石墨烯片140或石墨烯薄膜140上可以设置一些孔隙，以便液态金属从其中穿过，方便液态低熔点金属对流。石墨烯片140或石墨烯薄膜140也可以设置为多层，例如2、3、4、5层，每层之间留有一定的间隙以便液态低熔点金属流动。当石墨烯片140或石墨烯薄膜140与所述集热板110不直接接触时，两者直接设置为彼此平行或成小于10度的夹角。

如图2所示，显示了四个斯特林发电机200，其各自的热腔210在集热腔内一字摆开，形成一条线。尽管此处显示为四个斯特林发电机200，但是根据实际需要可以设置2个或三个，也可以根据发电设计容量，设置更多个，例如6个、8个等。尽管此处显示四个斯特林发电机200的热腔210排列成一条线，但是也可以根据需要排列成其他形状，例如当数量为三个时可以拍成三角形，四个时可以排列成方形。图3所示的是根据本公开的太阳能斯特林发电机排列成方形的示意图。如图3所示，四个斯特林发电机200的热腔210排列成紧密的方形或正方形，这样缩短了热量传递的距离，使得结构更为紧凑。尽管如此，也需要相邻热腔210彼此之间保持一定距离，以便液态低熔点金属的流动。

返回图1，图1的冷腔采用了风扇空冷进行散热。很显然，这种散热方式是一种能量的浪费。为此，本公开发明人对这种余热进行了有效的回收。图4所示的是根据本公开的太阳能斯特林发电机的另一种实施例的示意图。如图4所示，与图1的区别在于，太阳能斯特林的冷腔220布置成穿过进入水冷腔230。水冷腔230在一侧具有冷水进水口和热水出水口。通过这种循环水，冷腔内的活塞压缩工质产生的热量释放到换热器类的冷水中，由此通过冷腔220的热量对冷水进行加热，对冷腔220进行降温，从而提高斯特林发电机的发电，同时可以为用户提供生活热水和供暖用热水。这样使得热能得到充分利用。

此外需要指出的是，为了增强液态低熔点金属的热传导性能，可以在其中添加一些金刚石粉末或铜粉。

综上所述，由于根据本公开的太阳能斯特林发电机的太阳能集热单元的集热腔内充满了液态低熔点金属，因此，即使在集热面板由于聚光单元聚光不准确导致其部分被聚光时，集热面板的被聚光部分所吸收的热量也会由于液态低熔点金属的热对流而将热量迅速传递给位于未被聚光部分的太阳能斯特林发电机的热腔所在的液态低熔点金属，由此使得集热腔内的低熔点金属的温度均匀，从而位于未被聚光部分的太阳能斯特林发电机的热腔从周围液态低熔点金属获取热量，实现所有发电机都同等发电，提高斯特林发电机的效率。

此外，由于本公开在集热腔内布置了热传导效率极高的石墨烯片或石墨烯薄膜，则更进一步使得集热腔内的低熔点金属的温度快速均匀。通过石墨烯片或石墨烯薄膜与集热板的直接接触或与邻近集热板的液态低熔点金属的接触，可以迅速将集热本被聚光部分所获取的热量传递到石墨烯片或石墨烯薄膜的其他部分(未被聚光的集热板所对应的部分)，从而加速了热量从高温部分传递到低温部分(石墨烯片或石墨烯薄膜对热量的传递要比液态金属对流热传递要快的多)，缩短了热量向低温部分传递的时间。同时由于石墨烯片或石墨烯薄膜与液态金属充分接触，因此，更有利于未被聚光集热板所对应的部分处的液态低熔点金属从与其接触的石墨烯片或石墨烯薄膜获取热量，从而加速了整个液态低熔点金属的温度的均匀度。通过本公开的这种均温传热结构使得整个集热腔内的饿液态低熔点金属的温度较均匀，提高斯特林发电机的效率。

因此，根据本公开的太阳能斯特林发电机利用石墨烯片沿结晶方向的极高的导热系数，加上液态传热工质优良的对流换热性能，可以快速高效的将集热面板高温部分的热量散至整个集热面板内的集热腔内的低熔点液态金属，使整个集热面板以及低熔点液态金属的温度较均匀，从而极大地提高斯特林发电机的工作效率，降低对蝶式太阳能跟踪控制系统精度的要求。

以上对本公开的具体实施方式的描述，仅仅为了帮助理解本公开构思，这并不意味着本公开所有应用只能局限在这些特定的具体实施方式。本领域技术人员应当理解，以上所述的具体实施方式，只是多种优选实施方式中的一些示例。任何体现本公开权利要求的具体实施方式，均应在本公开权利要求所要求保护的范围之内。本领域技术人员能够对上文各具体实施方式中所记载的技术方案进行修改或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换或者改进等，均应包含在本公开权利要求的保护范围之内。