一种斯特林式发电机的制作方法

本实用新型涉及生活用品领域，具体涉及一种斯特林式发电机。

背景技术：

我国以火力发电为主，根据《中国能源发展报告》提供的数据，到2020年我国发电用煤需求将可能上升到煤炭总产量的80％，需要大约19.6-25.87亿吨原煤用于发电。目前全国发电装机容量3.85 亿KW，且正以每年超过3000万KW以上的容量在递增，平均每年增长10％-12％，而煤炭的产量在过去13年中平均增长幅度不到3.6％。据专家分析，煤炭供需的缺口到2010年是1.1亿吨，2020年将是5.9 亿吨。2015年的煤炭消费结构中，我国的煤炭消费主要为商品煤，消费量36.98亿吨，其中电力行业用煤18.39亿吨。

火力发电不仅消耗大量煤炭资源，而且造成了严重的环境污染烟气污染。煤炭直接燃烧排放的SO2、NOx等酸性气体不断增长，使中国很多地区酸雨量增加。全国每年产生140万吨SO2。粉尘污染对电站附近环境造成粉煤灰污染，对人们的生活及植物的生长造成不良影响。全国每年产生1500万吨烟尘。

资源消耗发电的汽轮机通常选用水作为冷却介质，一座1000MW 火力发电厂每日的耗水量约为十万吨。

同时，由于农村电网覆盖面广，各地的气候条件、经济发展水平、耕作方式等方面都存在着很大的差异；即使在同一个地区，也存在着发展不平衡的现象。因此不同地区用电量差异很大。农村地域辽阔，因此负荷具有分布广、线路长、容量小、数量多及供电距离差距大的特点。在一些偏远地区，特别是偏远地区的独立用户，由于远离电网，可能无法得到电力供应部门的服务，即使为这些用户铺设电网，电网造价及运行成本将远远高于效益。因此，对于这些用户，使用分布式能源系统更为经济。在远距离发电应用方面，可以应用斯特林式发动机进行发电。避免农村电网建设在农闲时节出现大马拉小车的浪费现象以及电力供应难以满足农村经济快速发展需要的“卡脖子”现像。

传统的斯特林发动机如图1所示，有两个带活塞的气缸、冷气室和热气室、加热器、冷却器、回热器，以及一套完整的机械传动系统组成。从机器本身来说，系统较复杂，零件较多，容易受到损坏；从工艺性来说，工质密封技术较难，密封件的可靠性和寿命还存在问题，回热器的热量损失是内燃发动机的2-3倍；从市场的角度来说，制造成本较高、维护成本高，降低了发动机的经济性。所以，传统模式的斯特林发动机还不能成为大批量使用的发动机。

技术实现要素：

为克服所述不足，本实用新型的目的在于提供一种斯特林式发电机，可外部加热的使用的闭式循环发动机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种斯特林式发电机，包括燃料燃烧器、热气缸、冷气缸、发电机、单片机、蓄电池，所述热气缸的后端通过热管与冷气缸的后端连接，所述燃料燃烧器为热气缸的尾部进行加热，热气缸内装配有活塞A，冷气缸内设装配有活塞B；所述活塞A和活塞B通过曲轴连杆机构连接在一起，所述曲轴连杆机构带动发电机；

所述发电机经过整流桥与稳压模块连接，稳压模块与蓄电池电连接，发出的交流电经过整流桥由AC变成DC进入稳压模块，稳压并储存在蓄电池中。

具体地，所述热管包括管壳、吸液芯和端盖组成，热管内部被抽成负压状态，吸液芯由毛细多孔材料构成。

具体地，所述曲轴连杆机构包括转盘A、转盘B、连杆A、连杆B，转盘A的中心通过连接轴与转盘B的中心连接在一起，所述连接轴通过轴承装配在支撑杆一上；

转盘A远离转盘B的一侧边缘设有转轴A，转轴A与连杆A的一端可旋转装配在一起，连杆A的另一端与活塞A通过转轴连接装配在一起；

转盘B远离转盘A的一侧边缘设有转轴B，转轴B与连杆B的一端可旋转装配在一起，连杆B的另一端与活塞B通过转轴连接装配在一起。

具体地，所述热气缸通过固定圈固定在支撑杆二上。

具体地，所述冷气缸通过固定圈固定在支撑杆二上。

具体地，所述发电机固定在支撑座上。

具体地，所述支撑杆一、支撑杆二、支撑座固定在底座上，便于整体移动固定。

具体地，所述蓄电池与单片机电连接，单片机与升降压模块电连接，单片机控制串联不同电阻的继电器，实现接入电阻值的改变，从而实现升压电路OUT出的电压的高低。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型可外部加热的使用的闭式循环发动机，燃料较灵活，可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可以使用太阳能、风能、水能，还可以使用木材、秸秆等农作物残留部分，就地取材，能量来源丰富，而且解决了农村的废弃农作物露天焚烧污染环境的问题；同时由于完全密闭，不需要外界空气补充，只要热腔达到700℃，设备即可做功运行，环境温度越低，发电效率越高。因此设备运行不受海拔高度影响，真正实现适应多种地理环境；在一些偏远地区，特别是偏远地区的独立用户，由于远离电网，可能无法得到电力供应部门的服务，即使为这些用户铺设电网，电网造价及运行成本将远远高于效益。由于该装置方便移动，所以适用于一家一户进行发电，使用该套装置更为经济；由于农村电负荷昼夜变化较大。如照明多在晚上，动力多在白天，排灌连续用电，综合负荷有开有停，峰谷差别较大。而城市综合负荷利用小时数为2500-5000小时，两种差别较大。因此，避免农村电网建设在农闲时节出现大马拉小车的浪费现象。

附图说明

图1为传统斯特林发动机的结构示意图。

图2为本实用新型的结构示意。

图3为本实用新型的电路图。

图4为本实用新型的P-V原理图。

图5为本实用新型的T-S图原理图。

图6为本实用新型过程一时热气缸和冷气缸的状态图。

图7为本实用新型过程二时热气缸和冷气缸的状态图。

图8为本实用新型过程三时热气缸和冷气缸的状态图。

图9为本实用新型过程四时热气缸和冷气缸的状态图。

图中1底座，2支撑杆二，3支撑座，4发电机，5支撑杆一，6 转盘B，61连杆B，62转轴B，7转盘A，71连杆A，8热气缸，81 活塞A，9冷气缸，91活塞B。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图2、图3所示的一种斯特林式发电机，包括燃料燃烧器、热气缸8、冷气缸9、发电机4、单片机、蓄电池，所述热气缸8的后端通过热管与冷气缸9的后端连接，所述燃料燃烧器为热气缸8的尾部进行加热，热气缸8内装配有活塞A81，冷气缸9内设装配有活塞 B91；所述活塞A81和活塞B91通过曲轴连杆机构连接在一起，所述曲轴连杆机构带动发电机4，所述热气缸8和冷气缸9内均设有工质，其中热气缸8用来吸收热量，冷气缸9用来释放热量，热管负责传导热气缸和冷气缸内工质的热量，相当于一个回热装置；

所述发电机4经过整流桥与稳压模块连接，稳压模块与蓄电池电连接，发出的交流电经过整流桥由AC变成DC进入稳压模块，稳压并储存在蓄电池(BATIERY)中，蓄电池可采用锂电池。

具体地，所述热管固定在支撑杆二2内，热管利用蒸发制冷，使得热管两端的温度差距很大，使热量快速传导，所述热管包括管壳、吸液芯和端盖组成，热管内部被抽成负压状态，充入适当的液体，采用沸点低、易挥发的液体，吸液芯由毛细多孔材料构成；

热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发端，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来，热管内部主要靠工作液体的汽液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。

具体地，所述曲轴连杆机构包括转盘A7、转盘B6、连杆A71、连杆B61，转盘A7的中心通过连接轴与转盘B6的中心连接在一起，所述连接轴通过轴承装配在支撑杆一5上；

转盘A7远离转盘B6的一侧边缘设有转轴A，转轴A与连杆A71 的一端可旋转装配在一起，连杆A71的另一端与活塞A81通过转轴连接装配在一起；

转盘B6远离转盘A7的一侧边缘设有转轴B62，转轴B62与连杆 B61的一端可旋转装配在一起，连杆B61的另一端与活塞B91通过转轴连接装配在一起。

具体地，所述热气缸8通过固定圈83固定在支撑杆二2上。

具体地，所述冷气缸9通过固定圈92固定在支撑杆二2上。

具体地，所述发电机4固定在支撑座3上。

具体地，所述支撑杆一5、支撑杆二2、支撑座3固定在底座1 上，便于整体移动固定。

具体地，所述蓄电池与单片机电连接，单片机与升降压模块电连接，单片机控制串联不同电阻的继电器，实现接入电阻值的改变，从而实现升压电路OUT出的电压的高低(见电路图2)；单片机采用简单的AT89C51功能即可实现，89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机，单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次，该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本，单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

1、理论设计计算

该款发动机的热力学循环如图5、图6所示，分为四个阶段：定温压缩；定容吸热；定温膨胀；定容放热。

发动机的热力循环由两个定温过程、和两个定容过程组成，其中定容放热过程4-1放出的热量，借助热管这种良好的热传导材料，正好被吸热过程2-3吸收，所以该循环是概括性卡诺循环的一种，其热效率理论上等于卡诺循环，即同温度限制范围间的最大热效率：η＝1-Q₂/Q₁＝1-T_L/T_H。

由于热源种类不受限制，同时考虑实际应用，下面分别以沼气、麦秆为研究对象，假设工质吸热温度T_H＝527℃，放热温度T_L＝27℃，则

①假设燃烧工质为一吨麦秆，秸秆热值为18532kJ/kg，则总热量

Q＝1.8532*10⁷KJ；

循环热效经过计算为68％，则气缸输出能量为：

Q＝68％*1.8532*10⁷KJ≈1.26x10⁷KJ

经过实验测量及理论分析，曲轴机械转换效率为60％，则输入机械能：

W＝1.26x10⁷KJx60％≈0.76x10⁷KJ

电动机功率为75％，除去电能损耗，则输出电能为：

W＝0.76x10⁷KJx75％≈0.57x10⁷KJ

即输出电能为：W＝1.58x10³kwh，1580度电。根据调查，内地一个一百万人口的县可以年产小麦玉米棉花及水稻等农作物秸秆100多万吨，相当于节省标准煤50多万吨。一个装机容量为25MW的机组年耗生物质秸秆30万吨以上，若按每吨150元计算，当地农民增收约 4500万元。

②假设燃烧工质为一方沼气，甲烷的热值为35900KJ/m³，沼气里甲烷含量50-60％，则总热量：

Q＝35900×55％＝19745KJ

则发电量为：

W＝19745×68％×60％×75％÷3600＝1.68kwh

据国家发改委《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，沼气产量将达440亿立方米，1立方米沼气的能量相当于0.7公斤标准煤，相当于节省标准煤3080万吨。

2、工作原理与性能分析

燃料燃烧器为热气缸提供初始热量，燃料燃烧产生的热量被热气缸内密封的工质吸收，膨胀之后，经过压缩放热，放出的热量被热管吸收，完成一个热力循环，该过程热气缸的活塞A和冷气缸的活塞B 做往复运动，带动曲轴连杆机构旋转运动，具体过程见下：

过程一：定温压缩过程，见图,6，多数气体位于热气缸，当热气缸前半段被加热后开始压缩后半段内的气体，根据理想气体方程 PV＝RgT,当气体体积减小的时候，会释放出热量，此时由于热管是良好的导热材料，可以吸收气体释放出的热量，并且将这部分热量传递给热管的其他部分，热能到达冷气缸，冷气缸膨胀，活塞B被推动，活塞B在刚开始被推动的时候，缸内后半段气体进行的是定温压缩过程，即图5中的1-2过程。

过程二：定容吸热过程，见图7，当活塞B被推进一短距离后，气缸内气体压力增大，使得活塞A可以克服摩擦阻力，此时A也开始被推动，即活塞A与B同时被推动，此时热气缸内的气体被推入冷气缸，同时由于温差，热管将刚才吸收的热量释放出来，加热气体，可以认为此时气缸内气体进行的是定容吸热过程，温度由TL升到TH，即图5中的2-3过程。

过程三：定温膨胀过程，见图8，当活塞B被推进到上死点的时候，冷缸中的高压气体推动活塞A继续下行到下死点对外做功，期间工质通过吸收热管另一端释放出的热量，维持工质温度TH不变。可以认为该过程是定温过程，即图5中的3-4过程。

过程四：定容放热过程，见图9，当活塞A到达下死点后，在曲轴和连杆的惯性作用下，活塞A与活塞B以相同速度同时开始往复运行，将高温工质从冷气缸推到热气缸，经过热管时，工质放出热量给热管，使温度由TH降到TL,在理想状况下可以认为该过程是定容放热过程，即图5中的1-2，完成闭合循环。

本实用新型不局限于所述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。