[發明專利]一種帶蓄熱碟式太陽能自由活塞斯特林發電系統

有效

• 申請號: 201610235892.2
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN105910298B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 余國瑤;徐濤;羅二倉;劉斌;吳張華;戴巍
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F24S20/20
• 分類號: F24S20/20;F24S23/00;F24S50/20;F24S30/425;H02S20/32;F02G1/043;F28D20/02
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,楊青

技術領域

本發明涉及太陽能光熱發電領域，尤其涉及一種帶蓄熱碟式太陽能自由活塞斯特林發電系統。

背景技術

能源枯竭和環境污染一直是制約人類發展的兩大問題。太陽能光熱發電技術是一種利用外燃式熱機將熱能直接或者間接轉化為電能的綠色能源技術，它是有效解決上述棘手問題的重要技術路徑之一。

按照集熱方式分類，太陽能光熱發電技術主要分為塔式、槽式和碟式三種技術。槽式技術是目前發展最為成熟、應用最多的光熱發電方式，但其聚光效率低，傳熱管道長，適用于中低溫發電；塔式集熱聚光效率和溫度較高，但集熱規模大，控制要求高，適用于大規模高溫發電。相比前兩種光熱發電技術，碟式技術具有聚光效率和溫度高，分布式應用和不耗水等特點，可適應各種復雜的地理環境和應用需求。

目前主流的太陽能斯特林熱發電系統的集熱器通常將發電機安裝在支撐桁架上跟隨聚光碟轉動，并采用雙軸控制聚光碟的角度，以實現高的聚光比。因而，斯特林發電機的安裝與維護變得十分困難且由于斯特林發電機的位置不固定而難以實現系統的蓄熱與補燃。此外，目前的聚光碟桁架采用雙軸控制，對控制器的精度要求較高。

目前的碟式光熱發電技術集熱器的聚光比通常可達到幾百至上千倍，集熱溫度達500～800℃，因而與碟式集熱相匹配的熱機通常采用外燃式的斯特林發電機。主流的碟式太陽能斯特林發電系統采用傳統的機械式斯特林發電機，它通常利用曲柄連桿機構傳遞機械功，并采用曲軸、飛輪等輔助部件將活塞的往復運動轉化為旋轉運動從而驅動旋轉電機發電，因而具有結構復雜、維護成本高等問題。

發明內容

本發明針對目前主流碟式太陽能斯特林發電系統中存在的集熱器控制精度要求苛刻、蓄熱困難、機械式斯特林發電機維護成本高等缺點，提出了一種帶蓄熱的碟式太陽能自由活塞斯特林發電系統。該系統采用固定不動的吸熱腔中的傳熱流體吸收集熱器熱量，并通過循環系統形成了一套由發電機、蓄熱裝置、補燃裝置組成的循環發電回路，解決了目前系統中發電機安裝維護困難及難以實現蓄熱、補燃等功能的問題。此外，本發明采用的自由活塞斯特林發電機，它是斯特林發電機的一種特殊結構，它去除了機械式斯特林發電機的曲柄連桿機構并通過直線電機輸出電功，因而不僅傳承了傳統機械式斯特林發電機熱源適溫區適應性廣、效率較高等特點，還具有結構簡單、可靠性高和維護成本低等優點。因而本發明具有：結構簡單、維護成本低、控制精度要求較低、可實現不間斷運行等特點。

為了達到以上目的，本發明采用了如下技術方案：

本發明的帶蓄熱碟式太陽能自由活塞斯特林發電系統，其包括：太陽能集熱系統1、所述太陽能集熱系統1包括聚光碟5、碟架5A、桁架6、吸熱腔7和轉動機構8，所述聚光碟5以排為單位安裝于所述碟架5A上，所述碟架5A安裝于所述桁架6上，所述轉動機構8與桁架6連接并帶動桁架6產生單軸水平轉動以日常跟蹤太陽，所述碟架5A亦能做單軸轉動，使所述聚光碟的焦點處于所述吸熱腔7的底面范圍內。

根據本發明的帶蓄熱碟式太陽能自由活塞斯特林發電系統，其中，所述太陽能自由活塞斯特林發電系統還包括自由活塞斯特林發電機2、蓄熱裝置3和循環系統4，所述循環系統4包括連接管路18、循環泵19和第一閥門20；

所述連接管路18一端與蓄熱裝置3相連，另一端依次連接第一閥門20、吸熱腔7、循環泵19、自由活塞斯特林發電機2的熱端換熱器和蓄熱裝置3，進而形成循環發電回路。其中，蓄熱裝置3置于地面上。

根據本發明的帶蓄熱碟式太陽能自由活塞斯特林發電系統，其中，所述吸熱腔7置于一垂直固定的支撐架7A上，所述支撐架7A穿過桁架6與碟架5A。

根據本發明的帶蓄熱碟式太陽能自由活塞斯特林發電系統，其中，所述吸熱腔7底部表面覆蓋一層高吸收率(吸收率在85％以上)陶瓷材料的復合涂層。根據本發明的帶蓄熱碟式太陽能自由活塞斯特林發電系統，其中，所述自由活塞斯特林發電機2置于地面上。所述自由活塞斯特林發電機2包括耐壓殼體9、熱端換熱器10、回熱器12、冷端換熱器13、排出器11、動力活塞14和直線電機15等關鍵部件。所述耐壓殼體與排出器之間形成膨脹腔，排出器與動力活塞之間形成壓縮腔。所述各組件可以按本領域的常規排列方式設置，例如一種選擇是，所述熱端換熱器10、回熱器12、冷端換熱器13由上而下依次連接設置，外部由耐壓殼體9包裹，排出器11置于內部與耐壓殼體9之間形成膨脹腔16；動力活塞14置于冷端換熱器13下部的氣缸內且不帶有曲柄連桿機構，直線電機15置于動力活塞14所在氣缸的外圍，排出器11與動力活塞14之間形成壓縮腔17。