太阳能球管式斯特林热机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能斯特林热机技术领域，特别涉及一种太阳能球管式斯特林热机。
【背景技术】
[0002]在石油和煤炭资源逐渐减少的今天，能源问题成了一个世界性关注的焦点，对于可再生能源的应用成了政府和企业非常关注的重要课题，太阳能以其储量的无限性、存在的普遍性、开发利用的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势是今后对可再生能源研宄的重要方向。中国成为了太阳能热水器生产的最大输出国，太阳能光伏电池也得到了迅速的发展，但是利用太阳能驱动的斯特林热机在中国乃至世界的发展却非常不够。
[0003]斯特林热机是独特的热机，其实际效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特林热机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀气体工质作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室内冷却，进行循环。
[0004]最早的斯特林热机源于1816年斯特林发明的回热式热机，但此热机小，并且它很快就被随后的内燃机所取代；第二代斯特林热机始于1937年，荷兰的飞利浦公司采用新材料技术和菱形结构设计，提高了热机的稳定性；随后产生了带透明石英窗口的斯特林热机、带集光收集器的斯特林热机和太阳能碟式斯特林热机。在太阳能碟式斯特林热机系统中一般采用高温高压氦气做工质，其热电转换效率大约为40%。太阳能碟式热机技术是最老的太阳能技术之一，上世纪70年代末和80年代初，Advanco Corporat1n、United StirlingAB、McDonnell Douglas Aerospace Corparat1n(MDA)和美国能源部及 NASA 喷气推进实验室都研宄了现代太阳能碟式热机技术。Davenport等报道的第二代碟式斯特林发电系统瞬时峰值功率23.3kW、效率26 % ο代表系统有4-95 (25kffe)，STM 4-120 (25kffe)和SOLO161 (IlkWe)。现代碟式斯特林系统安装费用大约为10000$/kW。我国曾有少数科研院所从事过船用斯特林热气机、燃烧式(以麦杆等为燃料)斯特林热气机的研发工作，但最终以电能形式利用太阳能的斯特林发电系统尚未见成功实例。
[0005]以上提到的太阳能斯特林热机模型尚存在着结构复杂，造价昂贵，太阳能的直接利用率低(太阳能转换为机械能再由发电机发电转化为电能)以及只应用于发电领域，用途单一等不足。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术的不足，提供了一种太阳能球管式斯特林热机。
[0007]本发明采用的技术方案为:
[0008]所述太阳能球管式斯特林热机包括:
[0009]密闭管体，其中部铰接在支架上；
[0010]多个球体，布置于所述密闭管体内；
[0011]带活塞的密闭容器，通过导气管与密闭管体的一端连接；
[0012]太阳能集热器，将太阳光聚焦到密闭管体远离带活塞的密闭容器的一端；
[0013]密闭管体远离带活塞的密闭容器的一端的端部内壁铺设一层传热吸热物质，可以提高管体受热的均匀性。
[0014]进一步的，所述带活塞的密闭容器包括固定的内管及可上下运动的外管；所述外管部分与能量转换装置连接，将动能转换为其他形式能量。
[0015]进一步的，所述密闭管体的两端与能量转换装置连接，将动能转换为其他形式能量。
[0016]进一步的，所述球体为玻璃球或金属球。
[0017]进一步的，所述球体的直径略小于密闭管体的内径，使球体与密闭管体间留有缝隙。
[0018]进一步的，所述球体的数量根据密闭管体长度，一般定为3?5个。
[0019]进一步的，所述太阳能集热器为单个或一组抛物面镜。
[0020]进一步的，所述导气管与密闭管体及带活塞的密闭容器连接的一段为软管，其他部分为硬管。
[0021]进一步的，所述传热吸热物质为金属丝或金属涂层或其他导热性能良好的材料。
[0022]本发明的有益效果为:
[0023]本发明给出的太阳能球管式斯特林热机结构简单，造价低廉，可直接利用太阳能做功，而且可实现小型化，轻量化应用，可适用于自动取水灌溉，发电，车辆动力等方面，不仅绿色环保而且成本很低。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的结构示意图；
[0025]图中标号:
[0026]1-太阳能集热器；2_密闭管体；3_球体；4_支架；5_导气管；6_带活塞的密闭容器；7-传热吸热物质。
【具体实施方式】
[0027]本发明利用热力学第一定律、热力学第二定律和斯特林循环的原理，提供了一种直接利用太阳能运行的球管式斯特林热机的方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0028]本发明的结构如图1所示，其具体结构包括:
[0029]密闭管体2，其中部铰接在支架4上；
[0030]3个球体3，布置于所述密闭管体2内；
[0031]带活塞的密闭容器6，通过导气管5与密闭管体2的一端连接；
[0032]太阳能集热器1，将太阳光聚焦到密闭管体2远离带活塞的密闭容器6的一端；
[0033]密闭管体2远离带活塞的密闭容器6的一端的端部内壁铺设一层传热吸热物质7，例如金属丝、金属涂层或其他导热吸热效果好的材料，以提高受热的均匀性。
[0034]带活塞的密闭容器6包括固定的内管及可上下运动的外管；所述外管部分与能量转换装置连接，将动能转换为其他形式能量。
[0035]密闭管体2的两端也可以与能量转换装置连接，将动能转换为其他形式能量。
[0036]导气管5与密闭管体2及带活塞的密闭容器6连接的一段为软管，其他部分为硬管，在保证带活塞的密闭容器6与密闭管体2随动的同时，为带活塞的密闭容器6的外套的竖直运动留有变形余地。
[0037]球体3可以使用玻璃球或金属球，具体数量可根据装置大小和性能需要调整。球体3的直径略小于密闭管体2的内径，使球体3与密闭管体2间留有缝隙，供气体顺畅通过。
[0038]太阳能集热器I为单个或一组抛物面镜，或其他形式的聚光镜。
[0039]所述球管式斯特林热机以空气作为工质，太阳能集热器I将太阳光反射聚焦到密闭管体2的一端，提供高温热源，密闭管体2的外部环境温度提供低温热源，球体3作为移气活塞，密闭管体2与带活塞的密闭容器6构成密闭环境。其中，密闭管体2可以实现等温压缩与等温膨胀过程，带活塞的密闭容器6可以实现等容吸热和等容放热过程。利用气体的热胀冷缩原理使得太阳能球管式斯特林热机运行，构成斯特林循环，完成从太阳能到机械能直接的持续转换。
[0040]空气在密闭管体2靠近太阳能集热器I的热室内受热，气体膨胀后，使带活塞的密闭容器6的外管逐渐升高，密闭管体2倾斜角度随之改变，球体3向热室方向运动；当密闭管体2热室内的气体被挤往另一侧的冷室后，气体遇冷压缩，带活塞的密闭容器6的外管将逐渐降低，密闭管体2倾斜角度随之改变，球体3向冷室方向运动，回到初始状态。随后将重复上述过程，构成循环，只要高低温热源间存在温度差，该太阳能球管式斯特林热机就会继续运行，继续完成热能到机械能的持续转换。
[0041]根据不同的应用需要，可在密闭管体2外部或带活塞的密闭容器6的外管上增加适当的能量转换装置，以实现自动取水灌溉，发电，驱动等功能。
【主权项】
1.太阳能球管式斯特林热机，其特征在于，包括: 密闭管体(2)，其中部铰接在支架(4)上； 多个球体(3)，布置于所述密闭管体(2)内； 带活塞的密闭容器(6)，通过导气管(5)与密闭管体(2)的一端连接； 太阳能集热器(I)，将太阳光聚焦到密闭管体⑵远离带活塞的密闭容器(6)的一端； 密闭管体(2)远离带活塞的密闭容器(6)的一端的端部内壁铺设一层传热吸热物质(7)，以提尚受热的均勾性。
2.根据权利要求1所述的太阳能球管式斯特林热机，其特征在于，所述带活塞的密闭容器(6)包括固定的内管及可上下运动的外管；所述外管部分与能量转换装置连接，将动能转换为其他形式能量。
3.根据权利要求1所述的太阳能球管式斯特林热机，其特征在于，所述密闭管体(2)的两端与能量转换装置连接，将动能转换为其他形式能量。
4.根据权利要求1所述的太阳能球管式斯特林热机，其特征在于，所述球体(3)为玻璃球或金属球。
5.根据权利要求1所述的太阳能球管式斯特林热机，其特征在于，所述球体(3)的直径略小于密闭管体⑵的内径，使球体⑶与密闭管体⑵间留有缝隙。
6.根据权利要求1所述的太阳能球管式斯特林热机，其特征在于，所述球体(3)的数量为3?5个。
7.根据权利要求1所述的太阳能球管式斯特林热机，其特征在于，所述太阳能集热器(I)为单个或一组抛物面镜。
8.根据权利要求1所述的太阳能球管式斯特林热机，其特征在于，所述导气管(5)与密闭管体(2)及带活塞的密闭容器(6)连接的一段为软管，其他部分为硬管。
9.根据权利要求1所述的太阳能球管式斯特林热机，其特征在于，所述传热吸热物质(7)为金属丝或金属涂层。
【专利摘要】本发明属于太阳能斯特林热机技术领域，特别涉及一种太阳能球管式斯特林热机。所述太阳能球管式斯特林热机包括：密闭管体，其中部铰接在支架上；多个球体，布置于所述密闭管体内；带活塞的密闭容器，通过导气管与密闭管体的一端连接；太阳能集热器，将太阳光聚焦到密闭管体远离带活塞的密闭容器的一端。工作时，密闭管体的一端被加热，内部气体反复的升温膨胀和降温压缩，带动带活塞的密闭容器的外套上下运动，并带动密闭管体的两端做往复的上下运动，通过连接能量转换装置，实现做功。该装置结构简单，造价低廉，可直接利用太阳能做功，而且可实现小型化，轻量化应用，适用于自动取水灌溉、发电、车辆动力等方面。
【IPC分类】F02G1-043
【公开号】CN104727975
【申请号】CN201510130690
【发明人】薛飞, 张金盾, 陈云琳
【申请人】北京交通大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月24日