提高太阳能斯特林发动机加热头效率的装置

摘要

本发明所述的提高太阳能斯特林发动机加热头效率的装置，涉及一种太阳能斯特林发动机的加热头装置。是由透光板、隔热罩、加热头、反光锥及连接板所组成；隔热罩装于连接板的上部，加热头位于隔热罩的下部；其特征在于透光板内嵌在隔热罩入光口处，透光板、隔热罩与连接板组成全封闭的集热腔；在加热头中部的连接板上装有反光锥；所述的加热头隔热罩位于加热头上部的内壁加工为向内倾斜的内斜边，隔热罩位于透光板的上部加工为阔口斜边。本发明具有结构新颖、加工简便、成本低廉、增加了太阳能的利用率、提高了发动机的热效率等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型提高太阳能斯特林发动机加热头效率的装置。

说明书

技术领域

本发明所述的提高太阳能斯特林发动机加热头效率的装置，涉及一种太阳 能斯特林发动机的加热头装置。

背景技术

太阳能斯特林发动机是用于碟式聚光太阳能发电技术中的核心动力机械， 它能够直接利用聚焦后的太阳能输出机械功，从而带动与其输出轴相联的发电 机发电，该技术属于太阳能高温利用领域，是一种利用太阳能进行热发电的先 进技术。该技术具有光电转换效率高，使用灵活等优点，既可单套系统独立发 电，又可以联合多套系统规模化发电。

碟式聚光太阳能发电系统，利用旋转抛物面反光镜组成聚光器，将入射的 阳光汇聚到焦平面位置。理想的抛物面反光镜能将平行于主光轴的光汇聚到焦 点，由于实际的太阳光并非平行光，所以阳光经抛物面镜聚光后，不是汇聚到 一个焦点而是一个圆形的焦斑区域。

集热腔的入光口位于焦平面上，收集入射的太阳光，加热头位于集热腔内， 是太阳能斯特林发动机的关键部件之一，它的主要作用是把收集到的太阳能传 入斯特林机内部，加热工质。其太阳能的利用效率直接影响到斯特林机的热效 率。太阳能斯特林发动机的加热头应尽可能多的吸收入射的太阳能并减少热损 失。

多缸式太阳能斯特林发动机的加热头，在太阳光线聚焦入射的中心部位存 在着一定不能利用的区域，如果这一部分的优质的太阳能不被利用，将是很大 的损失，而且这部分聚焦入射的太阳光需要被阻挡，否则将会灼伤其照射部分 的斯特林发动机结构，严重的会影响发动机的正常运转及寿命。

目前，为保护斯特林发动机结构不被灼伤，对中间部分入射太阳能多为直 接覆盖一层隔热保温材料进行遮挡，虽然保护了斯特林发动机结构，但浪费了 这部分太阳能。

集热腔的作用是把聚焦后太阳能加热的空气限制一定的空间内，起隔热保 温的作用。目前，集热腔的设计仅考虑隔热保温，没有考虑利用其结构更好的 收集太阳能及将其充分的传递给加热头。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的提高太阳能斯特 林发动机加热头效率的装置，克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的 提高太阳能斯特林发动机加热头效率的装置。用以解决现有技术中存在的太阳 能利用不充分的问题。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

本发明所述的提高太阳能斯特林发动机加热头效率的装置，是由透光板、 隔热罩、加热头、反光锥及连接板所组成；隔热罩装于连接板的上部，加热头 位于隔热罩的下部；其特征在于透光板内嵌在隔热罩入光口处，透光板、隔热 罩与连接板组成全封闭的集热腔；在加热头中部的连接板上装有反光锥；所述 的加热头隔热罩位于加热头上部的内壁加工为向内倾斜的内斜边，隔热罩入光 口安装透光板，隔热罩位于透光板的上部加工为阔口斜边。

本发明所述的反光锥采用耐高温陶瓷材料制成，表面抛光，达到较高的反 光率；锥面将照射在其上的太阳光全部反射到加热头上，增加太阳能利用率。 反光锥母线包括但不限于直线，圆弧等。反光锥的形状和尺寸与阳光入射角度、 集热腔高度、加热头的形状及尺寸密切相关，最佳的锥面形状和尺寸可以通过 专门的光学模拟软件获得。

本发明所述的透光板为透光性好的石英玻璃制成，嵌装于隔热罩上部的入 光口上。

本发明所述的隔热罩采用隔热保温的陶瓷纤维制成，隔热罩的入光口的直 径Di大于焦斑直径d20-40mm，阔口斜边的上倾角α应大于光束角θ，一般为 在光束角θ的基础上增加5-10度；隔热罩内壁上的内斜边侧壁的下倾角β小于 光束角θ，一般为在光束角的基础上θ减小10-25度。

本发明所述的入光口到加热头的高度为H，H大于保证加热头全部置于阳光 的照射下理论最小高度h。入光口到加热头上表面的理论最小高度h应保证加热 头全部置于阳光的照射下，不存在光线照射不到的区域。聚焦后的太阳光对加 热头的加热作用，除了考虑阳光的直接辐射使加热头升温外，还要考虑加热腔 内的空气被加热后与加热头之间的热传导，为了保证有足够充足的空气参与热 传导，聚光器入口到加热头上表面实际高度H一般均大于理论最小高度h，因此 会有一部分光线照射到加热头之外，这部分太阳能可以利用集热腔侧壁的内斜 边下倾角β反射回加热头，

经抛物面镜聚光后的太阳光，通过直径大于焦斑直径，倾角大于光束角的 隔热罩入光口全部照射到集热腔内，大部分阳光直接照射到加热头上，中间加 热头未能覆盖的区域的通过反光锥，将太阳能反射给加热头，边缘部分没有直 接投射到加热头上的阳光，通过侧壁反射给加热头。隔热罩的入光口安装透光 板，形成全封闭的集热腔结构，避免其内部加热的空气与外部冷空气进行对流 换热，增强了热空气与加热头的热传导作用。此发明的结构能使聚焦后的太阳 光全部入射到集热腔内；并利用反射作用，将不能直接照射到加热头上的太阳 光反射给加热头；全封闭的集热腔结构，增强了热空气与加热头之间的热传导 作用；因此提高了太阳能的利用效率，提高了斯特林发动机的热效率。

本发明的优点是显而易见的，主要表现在：

1、本发明增加了反光锥，将不能直接利用的太阳光反射到加热头上，提高 了太阳能的利用效率，提高了斯特林发动机的热效率；

2、本发明将隔热罩做阔口处理，使太阳光全部入射到集热腔内，提高了太 阳能的利用效率，提高了斯特林发动机的热效率；

3、本发明将隔热罩的内侧边上部加工成内斜边，将太阳光反射给加热头， 提高了太阳能的利用效率，提高了斯特林发动机的热效率。

4、本发明在隔热罩的入光口安装透光板，形成全封闭的集热腔结构，避免 其内部加热的空气与外部冷空气对流换热，增强了热空气与加热头的热传导作 用，提高了太阳能的利用效率，提高了斯特林发动机的热效率。

本发明具有结构新颖、加工简便、成本低廉、增加了太阳能的利用率、提 高了发动机的热效率等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显 著的经济效益。

附图说明

本发明共有7幅附图,其中：

附图1本发明结构示意图；

附图2反光锥作用示意图；

附图3集热腔、加热头结构参数图；

附图4抛物面反光镜的平行光线聚焦特性示意图；

附图5抛物面反光镜的实际太阳光线聚焦特性示意图；

附图6抛物面反光镜与加热头装置相对位置示意图；

附图7现有加热头、集热腔结构示意图。

在图中：1、透光板2、隔热罩2.1、入光口2.2、阔口斜边2.3、内 斜边3、集热腔4、加热头5、反光锥6、连接板α、阔口斜边的上倾 角β、内斜边的下倾角θ、光束角Di、入光口直径d、焦斑直径H、 入光口到加热头的高度h、入光口到加热头上表面的理论最小高度。

具体实施方式

本发明的具体实施例如附图所示，是由透光板1、隔热罩2、加热头4、反 光锥5及连接板6所组成；隔热罩2装于连接板6的上部，加热头5位于隔热 罩2的下部；其特征在于透光板1内嵌在隔热罩2入光口2.1处，透光板1、隔 热罩2与连接板6组成全封闭的集热腔3；在加热头4中部的连接板6上装有反 光锥5；所述的加热头隔热罩2位于加热头4上部的内壁加工为向内倾斜的内斜 边2.3，隔热罩2入光口安装透光板1，隔热罩2位于透光板1的上部加工为阔 口斜边2.2。

本实施例中太阳光束角θ为45度，焦斑直径d为200mm，入光口到加热头 上表面的理论最小高度h为120mm。

反光锥5采用耐高温陶瓷材料制成，表面抛光，达到较高的反光率；反光 锥5母线为直线，其锥角为90度。

透光板1为透光性好的石英玻璃制成，嵌装于隔热罩2上部的入光口2.1 上。

隔热罩2采用隔热保温的陶瓷纤维制成，隔热罩2的入光口2.1的直径Di 为230mm，阔口斜边的上倾角α为50度，隔热罩2内壁上的内斜边2.3侧壁的 下倾角β为25度。

入光口2.1到加热头3的高度为H为190mm。

以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不 局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据 本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的 保护范围之内。