碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置及其在太陽能發(fā)電中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置及其在太陽能發(fā)電中的應(yīng)用，包括由絕熱保溫部件組成的圓筒形集熱腔，集熱腔的底部封閉且底部內(nèi)側(cè)設(shè)置吸熱部件，集熱腔的口部為兩個錐形體的小端口對接形成，其中內(nèi)側(cè)錐形體的大端口和集熱腔連接，所述兩個錐形體的小端口連接處安裝有用于反射進(jìn)入集熱腔但未被吸收的太陽光，并抑制集熱器與大氣環(huán)境對流換熱的圓形熱屏，對集熱腔進(jìn)行封閉。本發(fā)明有效增強(qiáng)了對集熱器輻射能量的反射，而且該熱屏的存在完全抑制了集熱器與大氣環(huán)境的對流換熱，可以有效的降低從集熱器端口向外界空間遺失的熱量，提高了發(fā)動機(jī)集熱器的光熱轉(zhuǎn)化效率。
【專利說明】碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置及其在太陽能發(fā)電 中的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽能發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置及 其在太陽能發(fā)電中的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 斯特林發(fā)動機(jī)是一種高效的熱功轉(zhuǎn)化裝置，理論上講效率等同卡諾循環(huán)的效率， 而且是一種閉式循環(huán)，無污染，噪音低，越來越受到大家的青睞。將斯特林發(fā)動機(jī)應(yīng)用到太 陽能發(fā)電領(lǐng)域，就存在一個光熱轉(zhuǎn)化的問題，于是如何提高光熱轉(zhuǎn)化效率便顯得尤為重要。
[0003] 目前的一種碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖4所示，是一圓筒 結(jié)構(gòu)的集熱腔，太陽光從口部4入射，直接照射圓筒底部的吸熱部件2,缺點(diǎn)是集熱器吸收 的熱量會有一部分W對流和福射的形式向外界空間遺失。集熱腔的熱損失主要有3項(xiàng)：與 空氣的對流熱損失、吸熱部件自身的福射熱損失和反射的太陽能。前兩項(xiàng)與吸熱部件的溫 度有關(guān)，按額定工作溫度計算前兩項(xiàng)損失的熱量分別約為0. 5kW和6kW，而第H項(xiàng)熱損失與 吸熱部件對太陽光的吸收率有關(guān)，吸收率越低，損失越大，按現(xiàn)有材料計算，損失約為15kW， 而目前還沒有能夠很好地解決第第H項(xiàng)熱損失的裝置或方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種吸熱效率高的碟式斯特林發(fā)動機(jī)集 熱器端口熱屏裝置及其在太陽能發(fā)電中的應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 包括由絕熱保溫部件組成的圓筒形集熱腔，集熱腔的底部封閉且底部內(nèi)側(cè)設(shè)置 吸熱部件，集熱腔的口部為兩個錐形體的小端口對接形成，其中內(nèi)側(cè)錐形體的大端口和集 熱腔連接，所述兩個錐形體的小端口連接處安裝有用于反射進(jìn)入集熱腔但未被吸收的太陽 光，并抑制集熱器與大氣環(huán)境對流換熱的圓形熱屏，對集熱腔進(jìn)行封閉。
[0007] 所述熱屏包括對波長小于3 y m的能量透射比很大而對波長大于3 y m的能量透射 比很小的玻璃，在玻璃的內(nèi)側(cè)面上還設(shè)置有用于使太陽光單向透射進(jìn)入集熱腔并在集熱腔 內(nèi)部反射太陽光的透明第一反射膜。
[0008] 所述絕熱保溫部件的內(nèi)側(cè)面鍛有反射率不小于94%的第二反射膜。
[0009] 所述熱屏通過若干組配合的安裝固定件和固定螺栓組件固定安裝，其中安裝固定 件包括連接在一起的用于卡接熱屏的U型槽和通過固定螺栓組件固定安裝在集熱腔口部 上的活動連接片，且U型槽緊貼兩個錐形體的小端口連接處。
[0010] 所述活動連接片通過固定螺栓組件固定在集熱腔口部外側(cè)的錐形體內(nèi)表面上。
[0011] 所述安裝固定件為四個，且均布在熱屏上。
[0012] 所述吸熱部件為圓環(huán)形，圓環(huán)內(nèi)套接用于隔熱和反射太陽光的陶瓷。
[0013] 所述陶瓷中間開有小孔且通過螺栓固定在集熱腔的底部。
[0014] 本發(fā)明裝置在太陽能發(fā)電中的應(yīng)用，包括W下步驟：
[0015] 步驟一，使太陽光入射到熱屏上并進(jìn)入集熱腔內(nèi)部，照射吸熱部件；
[0016] 步驟二，吸熱部件將沒有吸收的太陽光反射到絕熱保溫部件和熱屏上；
[0017] 步驟H，通過絕熱保溫部件上的第二反射膜和熱屏上的第一反射膜，將第二步中 反射的太陽光第二次反射到吸熱部件上；
[0018] 步驟四，通過W上步驟二和步驟H的循環(huán)，完成太陽能發(fā)電的光熱轉(zhuǎn)化。
[0019] 本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)來說，具有W下有益的技術(shù)效果：
[0020] 本發(fā)明通過在集熱腔的口部增設(shè)熱屏，當(dāng)太陽光通過熱屏進(jìn)入集熱腔后，部分未 被吸收的太陽光會向外福射，此時位于集熱腔口部的兩個錐形體小端口連接處即集熱腔喉 部的熱屏，能夠?qū)⑻柟庵苯油耆瓷浠丶療崆坏牡撞?，有效防止其再通過熱屏透射出去， 所W本發(fā)明有效增強(qiáng)了對集熱器福射能量的反射，削弱了透射，而且該熱屏的存在完全抑 制了集熱器與大氣環(huán)境的對流換熱，可W有效的降低從集熱器端口向外界空間遺失的熱 量，提高了發(fā)動機(jī)集熱器的光熱轉(zhuǎn)化效率。
[0021] 進(jìn)一步，本發(fā)明采用玻璃和玻璃上設(shè)置的透明第一反射膜作為熱屏，因?yàn)樘柛?射熱能的波長主要集中在0. 3 y m?3 y m之間，斯特林發(fā)動機(jī)集熱器所能福射熱能對應(yīng) 的主要波長大于3 y m，而所有物體對各種福射的穿透都有選擇性，故選用一種對波長小于 3 y m的能量透射比很大而對波長大于3 y m的能量透射比很小的玻璃，所W玻璃自身能夠 屏蔽吸熱部件的福射，同時玻璃內(nèi)側(cè)設(shè)置的第一反射膜能夠有效反射吸熱部件反射的太陽 光，使該部分光再次照射吸熱部件，所W本發(fā)明利用玻璃對光的選擇性透射的特性和透明 的第一反射膜的作用設(shè)計出一種斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏，能夠有效提高集熱器的光 熱轉(zhuǎn)化效率。
[0022] 進(jìn)一步，本發(fā)明通過設(shè)置第二反射膜，使集熱腔內(nèi)部沒有被吸收的太陽光始終能 夠反射最終到達(dá)吸熱部件，有效提高集熱器的光熱轉(zhuǎn)化效率，并能夠減少福射熱損失2? 3kW。
[0023] 進(jìn)一步，本發(fā)明通過安裝固定件和固定螺栓組件來固定安裝熱屏，其中安裝固定 件的U型槽便于卡接熱屏；活動連接片便于調(diào)整角度和集熱腔口部的錐形體貼合，方便連 接；U型槽緊貼兩個錐形體的小端口連接處，使熱屏更好地對集熱腔進(jìn)行封閉。
[0024] 進(jìn)一步，本發(fā)明通過將活動連接片固定在集熱腔口部外側(cè)的錐形體上，安裝方便。 [00巧]進(jìn)一步，本發(fā)明通過設(shè)置四個均布的安裝固定件，形成對稱結(jié)構(gòu)，對熱屏的固定牢 靠。
[0026] 進(jìn)一步，本發(fā)明通過在集熱腔的底部設(shè)置耐高溫的陶瓷，用于隔熱和反射未被吸 熱部件吸收的太陽光，利于提高太陽光的利用率。
[0027] 本發(fā)明在太陽能發(fā)電中的應(yīng)用時，不僅能抑制住與空氣的對流熱損失、吸熱部件 自身的福射熱損失該6?7kW的熱量，還能為集熱腔增加一面強(qiáng)有力的反射面，使集熱腔形 成一個封閉空間，投入的太陽光在封閉空間內(nèi)進(jìn)行多次反射，腔內(nèi)的吸熱部件便能吸收更 多的熱量，共計能減少熱損失約18kW，使光熱效率由現(xiàn)在的60%至少提高到85%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1是目前的一種碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明的右視圖；
[0031] 圖4是本發(fā)明集熱腔福射網(wǎng)絡(luò)圖；
[0032] 圖5是本發(fā)明的光熱轉(zhuǎn)化效率隨絕熱保溫部件的長度L變化曲線；
[0033] 圖6是本發(fā)明的光熱轉(zhuǎn)化效率隨熱屏半徑r變化曲線。
[0034] 其中；1-絕熱保溫部件；2-吸熱部件；3-陶瓷；4- 口部；5-熱屏；6-固定組件； 7-安裝固定件。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[003引參照圖5和圖6,本發(fā)明包括圓筒形的集熱腔，集熱腔壁由絕熱保溫部件1組成，絕 熱保溫部件1采用常規(guī)保溫材料即可，其內(nèi)側(cè)面鍛有反射率不小于94%的第二反射膜，并 能夠減少福射熱損失2?3kW ;集熱腔的底部封閉，并設(shè)置有用于吸收太陽光進(jìn)行轉(zhuǎn)換的圓 環(huán)形吸熱部件2,吸熱部件2的圓環(huán)內(nèi)套接有用于隔熱和反射太陽光的陶瓷3 ;集熱腔的口 部4為兩個錐形體的小端口對接形成，其中內(nèi)側(cè)錐形體的大端口和集熱腔連接；兩個錐形 體的小端口連接處即為集熱腔的喉部，通過四組均布的安裝固定件7和固定螺栓組件6安 裝圓形熱屏5,對集熱腔進(jìn)行封閉，熱屏5包括玻璃，且朝向集熱腔內(nèi)部的一側(cè)即內(nèi)側(cè)鍛有 第一反射膜，使太陽光能夠單向通過熱屏5進(jìn)入集熱腔，之后部分未被吸收的太陽光會向 外福射，此時位于集熱腔口部4的熱屏5,能夠?qū)⑻柟庵苯油耆瓷浠丶療崆坏牡撞浚?效防止其再通過熱屏5透射出去，并抑制集熱器與大氣環(huán)境對流換熱。集熱腔的喉部的內(nèi) 徑和熱屏5的直徑是根據(jù)集熱結(jié)構(gòu)最優(yōu)化計算得出，依靠福射網(wǎng)絡(luò)圖對各個面進(jìn)行優(yōu)化， 優(yōu)化的準(zhǔn)則是同樣的太陽光入射，吸熱部件2能得到更多的熱量。
[0037] 參見圖4,其中Eb2指吸熱部件2的黑體福射強(qiáng)度，R2指吸熱部件2自身福射熱 阻，J2指吸熱部件2凈福射換熱量（有效福射），R25指吸熱部件2的反射面和熱屏5的反 射面之間的熱阻，其它類似，各數(shù)字分別表示圖1至圖3的相應(yīng)部件，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)圖列各節(jié)點(diǎn) 能量方程：
[003引 片￡扣1\4+(1-切蠟5巧咕 i=l，2，...，N
[003引式中，J一有效福射，e -黑度（發(fā)射率），0 -玻爾茲曼常數(shù)，X-角系數(shù)，T一福 射面溫度，N-可見的福射面數(shù)量。
[0040] 吸熱部件2和陶瓷3的結(jié)構(gòu)尺寸由發(fā)動機(jī)決定，不可變化，可優(yōu)化的尺寸有絕熱保 溫部件1的長度和熱屏5的直徑。
[0041] 根據(jù)上式計算，絕熱保溫部件1的長度與集熱腔的光熱轉(zhuǎn)化效率存在的關(guān)系如圖 5所示。
[0042] 在固定絕熱部件1的長度尺寸后，計算熱屏直徑與集熱腔的光熱轉(zhuǎn)化效率存在的 關(guān)系如圖6所示。熱屏半徑越小，集熱腔的光熱效率越高，但在實(shí)際應(yīng)用中還需綜合考慮反 光鏡光斑大小的影響，熱屏尺寸越小，旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡的光斑越小，工藝越難實(shí)現(xiàn)。
[0043] 安裝固定件7包括連接在一起的U型槽和活動連接片，將熱屏5用4個安裝固定 件7的U型槽卡住，放入集熱腔的喉部，然后調(diào)整活動連接片角度直至和集熱腔口部的錐形 體貼合，用固定螺栓組件6將活動連接片固定在集熱腔的外側(cè)錐形體的內(nèi)表面上，即外卿 趴口上；U型槽緊貼兩個錐形體的小端口連接處，使熱屏更好地對集熱腔進(jìn)行封閉。
[0044] 本發(fā)明的主要工作過程及原理；包括W下步驟：
[0045] 步驟一，使太陽光入射到熱屏5上并進(jìn)入集熱腔內(nèi)部，照射吸熱部件2 ;
[0046] 步驟二，吸熱部件2將沒有吸收的太陽光反射到絕熱保溫部件1、熱屏5和陶瓷3 上；
[0047] 步驟H，通過絕熱保溫部件1上的第二反射膜、熱屏5上的第一反射膜和陶瓷3本 身，將第二步中反射的太陽光第二次反射到吸熱部件2上；
[0048] 步驟四，通過W上步驟二和步驟H的多次循環(huán)，完成太陽能發(fā)電的光熱轉(zhuǎn)化并有 效提高其轉(zhuǎn)化率。
[0049] 太陽福射熱能的波長主要集中在0. 3 y m?3 y m之間，斯特林發(fā)動機(jī)集熱器所能 福射熱能對應(yīng)的主要波長大于3 y m，而所有物體對各種福射的穿透都有選擇性，本發(fā)明在 集熱器端口增加一單面鍛有第一反射膜的玻璃，選用一種對波長小于Sum的能量透射比 很大而對波長大于3 y m的能量透射比很小的玻璃，所W玻璃自身能夠屏蔽吸熱部件2的福 射，而玻璃內(nèi)側(cè)鍛的第一反射膜目的在于反射吸熱部件2反射的太陽光，使該部分光再次 照射吸熱部件2,通過該部件可W有效的降低從端口向外界空間遺失的熱量。故帶有第一反 射膜的玻璃整體作為斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口的熱屏，利用玻璃對光的選擇性透射的特性 和透明的第一反射膜的作用，增強(qiáng)了對集熱器福射能量的反射，削弱了透射，而且該熱屏的 存在完全抑制了集熱器與大氣環(huán)境的對流換熱，提高了發(fā)動機(jī)集熱器的光熱轉(zhuǎn)化效率；同 時本發(fā)明的絕熱保溫部件1上設(shè)置第一反射膜，陶瓷3本身很光滑，也具有反射作用，所W 本發(fā)明中除了吸熱部件2外，組成集熱腔內(nèi)壁的其它部件均具有反射作用，能夠?qū)⑽鼰岵?件2沒有吸收的太陽光通過多次反射到吸熱部件2,有效地提高了太陽光的利用率，提升了 吸熱部件2的轉(zhuǎn)化效率。吸熱部件2對太陽光的吸收率越低，本發(fā)明的作用越明顯。本發(fā) 明不僅能抑制住與空氣的對流熱損失、吸熱部件自身的福射熱損失該6?7kW的熱量，還能 為集熱腔增加一面強(qiáng)有力的反射面，使集熱腔形成一個封閉空間，投入的太陽光在封閉空 間內(nèi)進(jìn)行多次反射，腔內(nèi)的吸熱部件便能吸收更多的熱量，共計能減少熱損失約18kW，使光 熱效率由現(xiàn)在的60%至少提高到85%。
【權(quán)利要求】
1. 碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置，其特征在于：包括由絕熱保溫部件（1)組 成的圓筒形集熱腔，集熱腔的底部封閉且底部內(nèi)側(cè)設(shè)置吸熱部件（2)，集熱腔的口部（4)為 兩個錐形體的小端口對接形成，其中內(nèi)側(cè)錐形體的大端口和集熱腔連接，所述兩個錐形體 的小端口連接處安裝有用于反射進(jìn)入集熱腔但未被吸收的太陽光，并抑制集熱器與大氣環(huán) 境對流換熱的圓形熱屏（5)，對集熱腔進(jìn)行封閉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置，其特征在于：所述 熱屏（5)包括對波長小于3 y m的能量透射比很大而對波長大于3 y m的能量透射比很小的 玻璃，在玻璃的內(nèi)側(cè)面上還設(shè)置有用于使太陽光單向透射進(jìn)入集熱腔并在集熱腔內(nèi)部反射 太陽光的透明第一反射膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置，其特征在于：所述 絕熱保溫部件（1)的內(nèi)側(cè)面鍍有反射率不小于94%的第二反射膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置，其特征 在于：所述熱屏（5)通過若干組配合的安裝固定件（7)和固定螺栓組件（6)固定安裝，其中 安裝固定件（7)包括連接在一起的用于卡接熱屏的U型槽和通過固定螺栓組件（6)固定安 裝在集熱腔口部（4)上的活動連接片，且U型槽緊貼兩個錐形體的小端口連接處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置，其特征在于：所述 活動連接片通過固定螺栓組件￠)固定在集熱腔口部（4)外側(cè)的錐形體內(nèi)表面上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置，其特征在于：所述 安裝固定件（7)為四個，且均布在熱屏上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置，其特征在于：所述 吸熱部件（2)為圓環(huán)形，圓環(huán)內(nèi)套接用于隔熱和反射太陽光的陶瓷（3)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置，其特征在于：所述 陶瓷（3)中間開有小孔且通過螺栓固定在集熱腔的底部。
9. 基于權(quán)利要求4所述的碟式斯特林發(fā)動機(jī)集熱器端口熱屏裝置在太陽能發(fā)電中的 應(yīng)用，其特征在于：包括以下步驟： 步驟一，使太陽光入射到熱屏（5)上并進(jìn)入集熱腔內(nèi)部，照射吸熱部件（2); 步驟二，吸熱部件（2)將沒有吸收的太陽光反射到絕熱保溫部件（1)和熱屏（5)上； 步驟三，通過絕熱保溫部件（1)上的第二反射膜和熱屏（5)上的第一反射膜，將第二步 中反射的太陽光第二次反射到吸熱部件（2)上； 步驟四，通過以上步驟二和步驟三的循環(huán)，完成太陽能發(fā)電中的光熱轉(zhuǎn)化。
【文檔編號】F03G6/06GK104390373SQ201410582653
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】黃漢林, 楊軍軍, 于國祥, 張毅 申請人:西安航空動力股份有限公司