一种替代斯特林蝶式太阳能热发电机的新型热气机.docVIP

一种替代斯特林蝶式太阳能热发电机的新型热气机 斯特林作为一种外热机，使用气体作为工作介质，利用膨胀收缩实现对外做功。由英国物理学家Robert Stirling 图3 加热器 图4冷却器与回热器 本文旨在提出一种能够代替斯特林发动机，性价比远优于斯特林的外热机。本机采用卡诺循环，结构与普通的内燃机类同，去除原有的点火或喷油装置，加装吸热器。利用吸热器实现内燃机中的燃烧放热过程，实现对缸内气体的加热，最终形成对外做功，暂且命名为压缩式热气机。 本机结构如下,图5: 1—壳体； 2—进气阀； 3—排气阀； 4—活塞； 5—气缸； 6—吸热芯体； 7—气体通道； 8—隔热圈； 9—空心杯； 10—散热环； 11—密封环； 12—风机； 13—储气罐； 14—冷却器； 15—补气泵。 16—缸盖 图5 吸热芯体为多孔结构，具有多孔特性，可以快速加热其内的气体，传热半径可达0.015mm。填充物为不锈钢丝网或粉末金属烧结。 如图所示，本热机包括：壳体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5、缸盖16，壳体1的为T形，其内部固定有吸热芯体6，且其内侧面设置有气体通道7；进气阀2、排气阀3沿气缸5镜向对称布置于缸盖16上。进气阀2连接气体增压设备，气体增压设备包括储气罐13、冷却器14、补气泵15，排气阀3与冷却器14连接。冷却器14用于将从排气阀3排出的热气冷却，储气罐13用于储存冷却后的气体，补气泵15用于补充系统运行中泄漏的气体。热源对壳体1加热，并将热量传递给吸热芯体6。初始状态，假设气缸内有冷气，活塞4在图示的气缸5的最右端，进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。活塞4向左运动，缸内气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕，活塞4在气体的膨胀压力下向右运动，对外做功，在接近最右端时排气阀3打开，活塞4向左运动，缸内气体在活塞4的推动下从排气阀3排出气缸5，经过冷却器14的冷却进入储气罐13。活塞4到达最左端后，排气阀3关闭，进气阀2打开，活塞4向右运动，储气罐13内的气体进入气缸5。进气完毕，进气阀2关闭，换气完毕。活塞4向左运动继续完成下个循环。 经计算分析：工质氮气，充气压力1Mpa，转速6000r/min，热端温度达到550摄氏度时，发动机升功率可达45kw/L，效率也可达30%左右。这个性能对于热机来说还是不错的，目前汽车的自然吸气内燃机的升功率也就这个数，性能上具有普及的可能。 在性能优秀的同时，另外对比斯特林它还具备很多的优点： 1.相同功率温度较低：550摄氏度的温度对于大多数的耐热材料可以轻松承受，比斯特林的700摄氏度要容易不少。而且斯特林要求吸热器、回热器、配气装置均要采用耐热金属制造，同时还要长期承受10Mpa以上的压力。而本机仅仅在吸热器及机体前端采用耐热金属制造，平均压力也在几个Mpa，对材料的要求大大低于斯特林，侧面降低了整机的成本。同时550摄氏度使蓄热也具备了可能，使该系统至少可以具备短暂的蓄热功能，在多云天气可以稳定的发电，而不会时停时开。 2.密封容易：使用氮气为工质给密封带来不少方便，氮气的密封要相对容易，而斯特林的氦气密封天生具有相当的困难，这个也是一直没普及的原因之一，密封的要求降低也就降低了设计难度，再次降低机器成本。 3.后勤补充容易：氮气补充很容易，便携式制氮机也是随处可买，可实现随地制取，比斯特林用氦气做工质要优秀许多。同时氦气作为斯特林的工作气体具有不可替代性，其他气体不是性能不佳就是有严重材料损伤问题，如氮气工质的斯特林在高速时效率下降，氢气在高温时对材料的氢脆作用等。氦气价格昂贵，目前的售价300元/立方，不可以随地制取。而要想大规模实现太阳能替代传统能源就必须大规模实现太阳能发电。中国目前的电站装机达10亿千瓦，要实现25%的替代，就要2.5亿千瓦，装机达1000万台。单台25kw斯特林发动机年消耗氦气5立方左右，这样一年光氦气的补充就接近5000万立方，要知道2003年法国SA公司在拉斯拉凡工业区