[發(fā)明專利]熱源互補(bǔ)型的分隔式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)加熱器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811295459.3
• 申請(qǐng)日: 2018-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109404160A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖剛;王樹(shù)林;瞿凡;倪明江;駱仲泱;岑可法
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): F02G1/055
• 分類號(hào): F02G1/055
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發(fā)明涉及一種熱源互補(bǔ)型的分隔式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)加熱器,所述裝置可以實(shí)現(xiàn)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)高效光熱互補(bǔ)加熱。所述裝置包括輻射集熱腔體、燃燒噴口、燃燒腔體、回?zé)崞鳌煔獬隹凇⒘魍▕A層、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹腔。本發(fā)明有利于增強(qiáng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱，實(shí)現(xiàn)光熱互補(bǔ)利用，提高發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)熱源適用性，提高斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱源互補(bǔ)型的分隔式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)加熱器,更具體地說(shuō)涉及在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)加熱過(guò)程中實(shí)現(xiàn)光熱互補(bǔ)的分隔式加熱器以及運(yùn)行方法。

背景技術(shù)

碟式-斯特林太陽(yáng)能熱發(fā)電是太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)中光電轉(zhuǎn)換效率最高的一種方式，同時(shí)由于發(fā)電功率較小，適合于小型分布式能源系統(tǒng)。其利用拋物面聚光鏡收集太陽(yáng)光并將其反射到聚光鏡的焦點(diǎn)處，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)通常安放在聚光鏡焦點(diǎn)位置光斑附近，聚得的集中、高溫、高熱流密度的熱量被斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)加熱管吸收，加熱內(nèi)部工質(zhì)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽ＷC斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種外部供熱的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，工質(zhì)氣體按照閉式回?zé)嵫h(huán)的方式進(jìn)行工作，工質(zhì)在循環(huán)過(guò)程中與外部沒(méi)有質(zhì)量交換。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有噪音低、環(huán)保、效率高及熱源適用性廣等優(yōu)點(diǎn)。一般情況下，加熱器外部工作溫度高(可達(dá)到850℃)、內(nèi)部工質(zhì)壓力大(最高150～250bar)。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積主要由以下五部分組成：膨脹腔、壓縮腔、加熱器、回?zé)崞骱屠鋮s器。工質(zhì)在活塞運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下在回路中往復(fù)流動(dòng)，在加熱器內(nèi)被外部熱源加熱，在冷卻器內(nèi)被外部冷源冷卻。采用不同的加熱方式，相應(yīng)的斯特林加熱器結(jié)構(gòu)有不同特點(diǎn)。根據(jù)已有相關(guān)研究，燃?xì)饧訜岬募訜峁芤话愣酁閁型直列管，加熱器由一定數(shù)量的加熱管沿圓周均勻排布，加熱管管壁上安裝有光能轉(zhuǎn)換器件，它可以透過(guò)特定波長(zhǎng)的輻射，用以加熱對(duì)應(yīng)的工質(zhì)氣體，使氣體的吸熱效果更好；當(dāng)太陽(yáng)輻射較弱時(shí)，可輔以通入熱煙氣，與加熱管進(jìn)行對(duì)流換熱。太陽(yáng)輻射加熱的斯特林加熱管往往設(shè)計(jì)成向外伸張、整體呈軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，以在有限的空間內(nèi)能更多的吸收太陽(yáng)能，還有腔體式隔熱結(jié)構(gòu)包圍加熱器管，以集中熱量、減少熱損失。

由于太陽(yáng)輻射存在非常明顯的不穩(wěn)定性，當(dāng)太陽(yáng)輻射不足或者沒(méi)有時(shí)，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)不到運(yùn)行功率要求，因此需要額外熱源供熱，利用燃?xì)饧訜峤Y(jié)合太陽(yáng)能加熱是一種比較合理的選擇。研究表明，由于燃?xì)猱a(chǎn)生的煙氣溫度一般在1000℃以下，顆粒物含量少，因此對(duì)流換熱方式占主導(dǎo)，輻射換熱量占總換熱量31％左右，強(qiáng)化煙氣與加熱管之間的對(duì)流換熱以提高斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)性能也有大量研究。

如果能夠?qū)崿F(xiàn)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)加熱器穩(wěn)定加熱，提高斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)熱源的適用性，對(duì)提高斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率與循環(huán)效率有重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種熱源互補(bǔ)型的分隔式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)加熱器及其運(yùn)行方法。以太陽(yáng)輻射以及燃燒加熱作為斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)熱源，通過(guò)對(duì)流通夾層的雙面分別輻射以及燃燒對(duì)流換熱實(shí)現(xiàn)對(duì)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部工質(zhì)氣體的加熱，適用于碟式-斯特林太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。

采用熱源互補(bǔ)型的分隔式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)加熱器可以實(shí)現(xiàn)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)熱源的互補(bǔ)，提高斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的一種熱源互補(bǔ)型的分隔式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)加熱器包括輻射集熱腔體、燃燒噴口、燃燒腔體、回?zé)崞鳌煔獬隹凇⒘魍▕A層和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹腔；所述輻射集熱腔體被設(shè)置在其外部的燃燒腔體環(huán)繞包圍；所述燃燒噴口位于燃燒腔體外壁面周側(cè)，所述煙氣出口位于燃燒腔體上下兩個(gè)端面，所述的流通夾層包括第一通道、第二通道以及連接第一通道和第二通道的若干流道，每一個(gè)所述的流道均包括頂部相互連通的一個(gè)內(nèi)流道和一個(gè)外流道；所有的內(nèi)流道均與第一通道連通，所有的外流道均與第二通道連通；

所述的流道均勻布置在所述燃燒腔體內(nèi)壁與所述輻射集熱腔體外壁面之間的實(shí)體內(nèi)；所述第一通道、第二通道均位于輻射集熱腔體的下部；第一通道連接斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹腔，第二通道連接回?zé)崞鳌?yōu)選的，所述的流道是豎向排列的。第一通道的作用是分別將內(nèi)流道與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹腔連通，第二通道的作用是將外流道與回?zé)崞鬟B通，在滿足上述作用的情況下，對(duì)第一通道和第二通道的具體結(jié)構(gòu)沒(méi)有限制。