本發(fā)明屬于太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種熱電轉(zhuǎn)換裝置，具體涉及一種周期通孔腔體往復(fù)式熱電轉(zhuǎn)換裝置，可用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在石化能源危機(jī)和環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重的今天，清潔、環(huán)保、低廉的可再生能源的開(kāi)發(fā)和使用成為當(dāng)今的熱點(diǎn)，在可持續(xù)發(fā)展中扮演著越來(lái)越重要的作用。其中太陽(yáng)能發(fā)電，作為來(lái)源廣泛儲(chǔ)量極大的清潔能源之一，具有極大的價(jià)值和廣泛的前景。目前碟式聚光斯特林發(fā)電相較于其他幾種太陽(yáng)能發(fā)電如光伏發(fā)電，幾乎具有最高的能量轉(zhuǎn)換效率，適用于大規(guī)模及偏遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)電，且生產(chǎn)加工過(guò)程污染很少，具有良好的前景，但其因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功率密度低，成本高，難以進(jìn)行商業(yè)化推廣及廣泛使用。

例如德國(guó)的SBP公司開(kāi)展了30多年的太陽(yáng)能應(yīng)用研究，可提供多種匯聚太陽(yáng)能產(chǎn)品，包括拋物線槽型、拋物面碟型、反射陣列塔型。該公司的新型的EuroDish拋物面碟型聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)，口徑達(dá)16米。其斯特林發(fā)電機(jī)中，25kw的4-95型號(hào)重330kg，30kw的NS30A型號(hào)重243kg。有著雙作用活塞的斯特林機(jī)在實(shí)際工作中有著最高的功率密度，即功率/重量比。而目前斯特林電機(jī)中功率密度最高為160w/kg，斯特林電機(jī)作為核心的熱電轉(zhuǎn)換裝置，仍難以提高功率密度和降低其高昂的成本。

再如授權(quán)公告號(hào)為CN 104500262B，名稱為“自由活塞斯特林發(fā)電機(jī)”的中國(guó)專利，公開(kāi)了一種自由活塞式斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)，該自由活塞斯特林發(fā)電機(jī)采用自由活塞斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)而制成。工作氣體在加熱腔體內(nèi)受熱膨脹，帶動(dòng)腔內(nèi)的動(dòng)力活塞運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能、膨脹后的氣體進(jìn)入壓縮腔內(nèi)進(jìn)行被壓縮并冷卻，然后將冷卻后的氣體在該腔內(nèi)配氣活塞的作用下流入膨脹腔體，從而完成連續(xù)的斯特林循環(huán)，實(shí)現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。這種發(fā)動(dòng)機(jī)具有外燃、閉式循環(huán)等特點(diǎn)，但依然具有斯特林發(fā)電機(jī)普遍的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、質(zhì)量重的缺點(diǎn)，依然難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出了一種一種周期通孔腔體往復(fù)式熱電轉(zhuǎn)換裝置，旨在簡(jiǎn)化熱電轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)，并降低質(zhì)量和成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種周期通孔腔體往復(fù)式熱電轉(zhuǎn)換裝置，包括工作腔體、活塞體、支撐體、直線發(fā)電機(jī)和回復(fù)機(jī)構(gòu)，其中，

所述工作腔體，包括相互連接的膨脹腔體和加熱腔體，所述膨脹腔體，采用頂端封閉的中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)，其側(cè)壁上設(shè)置有排氣孔；所述加熱腔體，采用中空臺(tái)狀結(jié)構(gòu)，其上底面中心位置設(shè)置有過(guò)孔，下底面通過(guò)吸熱板封閉，該吸熱板用于收集反射面匯聚的光能，并實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換，其中心位置設(shè)置有通孔；

所述活塞體，由活塞、第一空心桿和第二空心桿組成，其中第一空心桿的桿壁上設(shè)置有進(jìn)氣孔；

所述支撐體，包括依次連接的上支撐桿、定子套筒、下支撐桿和底座，所述底座的中心位置設(shè)置有定位套筒；

所述直線發(fā)電機(jī)，包括定子和中空的動(dòng)子；

所述回復(fù)機(jī)構(gòu)，包括一個(gè)拉簧；

所述工作腔體與支撐體相連，活塞安裝在膨脹腔體的空腔內(nèi)，定子固定在定子套筒內(nèi)，第二空心桿穿過(guò)動(dòng)子的中心孔，嵌套在定位套筒上，拉簧套在定位套筒外側(cè)，其一端與動(dòng)子相連，另一端固定在底座上；所述動(dòng)子通過(guò)膨脹腔體側(cè)壁上的排氣孔和第一空心桿桿壁的進(jìn)氣孔的周期性打開(kāi)，在活塞體和回復(fù)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換特性。

一種周期通孔腔體往復(fù)式熱電轉(zhuǎn)換裝置，包括工作腔體、活塞體、支撐體、直線發(fā)電機(jī)和回復(fù)機(jī)構(gòu)，其中，

所述工作腔體，包括相互連接的膨脹腔體和加熱腔體，所述膨脹腔體，采用頂端封閉的中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)，且封閉端的中心位置設(shè)置有過(guò)孔，該中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上設(shè)置有排氣孔；所述加熱腔體，采用中空臺(tái)狀結(jié)構(gòu)，其上底面中心位置設(shè)置有過(guò)孔，下底面通過(guò)吸熱板封閉，該吸熱板用于收集反射面匯聚的光能，并實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換，其中心位置設(shè)置有通孔；

所述活塞體，由活塞、連通的第一空心桿和末端封閉的第二空心桿組成，其中活塞的中心位置設(shè)有中心柱通過(guò)的過(guò)孔，第一空心桿的桿壁上設(shè)置有第一進(jìn)氣孔，第二空心桿的桿壁上設(shè)置有第二進(jìn)氣孔，且封閉的末端中心設(shè)有中心柱通過(guò)的過(guò)孔；

所述支撐體，包括依次連接的上支撐桿、定子套筒、下支撐桿和底座及中心柱，所述底座的中心位置設(shè)置有過(guò)孔；

所述直線發(fā)電機(jī)，包括定子和中空的動(dòng)子；

所述回復(fù)機(jī)構(gòu)，包括多個(gè)拉簧；

所述工作腔體與支撐體相連，活塞安裝在膨脹腔體的空腔內(nèi)，定子固定在定子套筒內(nèi)，中心柱穿過(guò)活塞體，兩端分別固定在膨脹腔體密封端的過(guò)孔和底座的過(guò)孔上，多個(gè)拉簧一端與動(dòng)子相連，另一端固定在底座上；所述動(dòng)子通過(guò)膨脹腔體側(cè)壁上排氣孔和第一空心桿的桿壁的進(jìn)氣孔的周期性打開(kāi)，在活塞體和回復(fù)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換特性。

上述的周期開(kāi)孔腔體往復(fù)式熱電轉(zhuǎn)換裝置，所述吸熱板，采用導(dǎo)熱性的剛性材料，其下表面覆有光熱材料。

上述的周期開(kāi)孔腔體往復(fù)式熱電轉(zhuǎn)換裝置，所述膨脹腔體，其內(nèi)腔的直徑與活塞的直徑尺寸相等。

上述的周期開(kāi)孔腔體往復(fù)式熱電轉(zhuǎn)換裝置,所述排氣孔，其位置靠近膨脹腔體的頂端。

上述的周期開(kāi)孔腔體往復(fù)式熱電轉(zhuǎn)換裝置，所述進(jìn)氣孔，其中心到活塞下端面的距離與吸熱板上表面到排氣孔上沿的距離相等。

上述的周期開(kāi)孔腔體往復(fù)式熱電轉(zhuǎn)換裝置，所述第一進(jìn)氣孔，其下沿到活塞下端面的距離與吸熱板上表面到排氣孔上沿的距離相等。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明由于膨脹腔體的側(cè)壁上設(shè)置有排氣孔，活塞體的空心桿的桿壁上設(shè)置有進(jìn)氣孔，活塞體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使排氣孔和進(jìn)氣孔呈周期性打開(kāi)從而進(jìn)行換氣，只有一個(gè)活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不需冷卻部件，降低了結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，減輕了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，從而提高了裝置的功率密度。

2.本發(fā)明采用空氣作為循環(huán)工質(zhì)，工作腔內(nèi)空氣與外界大氣自然對(duì)流循環(huán)，降低了密封要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于輕量化設(shè)計(jì)，從而降低了應(yīng)用成本。

3.本發(fā)明由于回復(fù)機(jī)構(gòu)采用拉簧，易于控制和調(diào)整，并且提升了活塞體工作行程，從而提高了直線電機(jī)的工作效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明適用的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例的活塞體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的工作原理圖；

圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例的活塞體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

參照?qǐng)D1，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)包括太陽(yáng)跟蹤定位系統(tǒng)、反射面以及熱電轉(zhuǎn)換裝置。安裝在地面上的太陽(yáng)跟蹤定位系統(tǒng)支撐展開(kāi)的反射面，使該反射面軸線指向太陽(yáng)，熱電轉(zhuǎn)換裝置安裝在反射面中心柱上且位于反射面焦點(diǎn)處，從而將匯聚的太陽(yáng)能通過(guò)熱電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為電能。

實(shí)施例1：

參照?qǐng)D2：本實(shí)例包括工作腔體1、活塞體2、支撐體3、直線發(fā)電機(jī)4和回復(fù)機(jī)構(gòu)5。

工作腔體1，包括相互連通的膨脹腔體12和加熱腔體13，采用鋁合金材料，具有耐高溫、導(dǎo)熱性好、密度小特性，膨脹腔體12，采用頂端封閉的中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)，其側(cè)壁上設(shè)置有2個(gè)以上中心對(duì)稱分布的排氣孔11；加熱腔體13，采用中空臺(tái)狀結(jié)構(gòu)，其上底面中心位置設(shè)置有與膨脹腔體13連通的過(guò)孔，下底面通過(guò)吸熱板14封閉，該吸熱板14用于收集反射面匯聚的光能，并實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換，其中心位置設(shè)置有第一空心桿22穿過(guò)的通孔；支撐體3采用鋁合金材料，包括上支撐桿31、定子套筒32、下支撐桿33、底座35、底座35的中心位置設(shè)置有定位套筒34，底座35為法蘭盤；直線發(fā)電機(jī)4，包括定子41和動(dòng)子42，選用效率較高、功率密度大的圓筒稀土永磁直線發(fā)電機(jī)；回復(fù)機(jī)構(gòu)5，包含一個(gè)拉簧51和帶有拉簧卡槽的擋環(huán)；

活塞體2的結(jié)構(gòu)如圖3所示，由活塞21、第一空心桿22、進(jìn)氣孔23及第二空心桿24組成，第一空心桿23桿壁上設(shè)有2個(gè)以上中心對(duì)稱分布的進(jìn)氣孔23其中心到活塞21下端面的距離與吸熱板14上表面到排氣孔11上沿的距離相等，采用鋁合金材料，在保證剛度的同時(shí)盡可能降低質(zhì)量。

膨脹腔體12與加熱腔體13之間設(shè)有密封圈并用螺栓連接，加熱腔體13與吸熱板14之間設(shè)有密封圈并用螺栓連接，上支撐桿31為2個(gè)以上中心對(duì)稱分布的鋁條，其一端用螺栓連接吸熱板14，另一端用螺栓連接定子套筒32，下支撐桿33也為2個(gè)以上中心對(duì)稱分布的鋁條，其一端用螺栓連接定子套筒32，另一端用螺栓連接底座35，活塞21安裝在膨脹腔體12的空腔內(nèi)，第一空心桿22穿過(guò)吸熱板14中心孔并安裝密封圈，定子41安裝在定子套筒32內(nèi)，第二空心桿24穿過(guò)動(dòng)子42的中心孔，動(dòng)子42一端與第一空心桿22和第二空心桿24的交接處對(duì)齊，另一端與套在第二空心桿24上的擋環(huán)對(duì)齊并固定，第二空心桿24末端的內(nèi)壁嵌套在定位套筒34外壁上，該定位套筒34可承受來(lái)自活塞體2和動(dòng)子42的徑向力，確?；钊w2沿軸向運(yùn)動(dòng)，使該裝置在不同方位工況下工作，單拉簧51套在定位套筒34外側(cè)，其一端與回復(fù)機(jī)構(gòu)5的擋環(huán)通過(guò)拉簧卡槽相連，另一端通過(guò)底座35的拉簧卡槽固定在底座35上，動(dòng)子42通過(guò)活塞體2和回復(fù)機(jī)構(gòu)5的帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)沿軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

參照?qǐng)D4，本發(fā)明的工作過(guò)程為：

圖4(a)為活塞體2位于下止點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，此時(shí)工作腔體1為封閉狀態(tài)，拉簧51的回復(fù)力最小。

圖4(b)為活塞體2從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)，此時(shí)工作腔體1為封閉狀態(tài)，吸熱板14將吸收的熱量傳遞至加熱腔13內(nèi)空氣，空氣膨脹做功，推動(dòng)膨脹腔12內(nèi)的活塞21運(yùn)動(dòng)，從而帶活塞體2上安裝的動(dòng)子42運(yùn)動(dòng)，切割磁感線進(jìn)而發(fā)電，此過(guò)程拉簧51回復(fù)力逐漸增大。

圖4(c)為活塞體2位于上止點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，此時(shí)活塞21下底面位于排氣孔11的上沿上方，外界大氣通過(guò)排氣孔11與膨脹腔體12內(nèi)部連通，腔內(nèi)熱氣排出至外界大氣，此時(shí)以吸熱板14為分界面，進(jìn)氣孔23上半部分與加熱腔體13連通，下半部分與外界大氣連通，從而使外界冷空氣進(jìn)入加熱腔體13，拉簧51回復(fù)力最大，完成一次換氣。

圖4(d)為活塞體2從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)，此時(shí)工作腔體1為封閉狀態(tài)，活塞體2在回復(fù)機(jī)構(gòu)5的作用下向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，冷空氣在加熱腔體13內(nèi)持續(xù)加熱，拉簧51回復(fù)力逐漸減小，切割磁感線進(jìn)而發(fā)電，當(dāng)活塞體2運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)位置，完成一次循環(huán)。

實(shí)施例2：

本實(shí)例與實(shí)施例1相比，對(duì)工作腔體1、活塞體2、支撐體3和回復(fù)機(jī)構(gòu)5的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。

參照?qǐng)D5，工作腔體1，包括相互連通的膨脹腔體12和加熱腔體13，采用鋁合金材料，具有耐高溫、導(dǎo)熱性好、密度小、熱輻射率低的特性，膨脹腔體12采用中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)，其頂端設(shè)置有支撐中心柱36的過(guò)孔，側(cè)壁上設(shè)置有排氣孔11；加熱腔體13，采用中空臺(tái)狀結(jié)構(gòu)，其上底面中心位置設(shè)置有與膨脹腔體13連通的過(guò)孔，下底面通過(guò)吸熱板14封閉，該吸熱板14用于收集反射面匯聚的光能，并實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換，其中心位置設(shè)置有第一空心桿22穿過(guò)的通孔；支撐體3采用鋁合金材料，包括上支撐桿31、定子套筒32、下支撐桿33、中心柱36、底座35，其中底座35為法蘭盤；直線發(fā)電機(jī)4，包括定子41和動(dòng)子42，選用效率較高、功率密度大的圓筒稀土永磁直線發(fā)電機(jī)；回復(fù)機(jī)構(gòu)5，包含2個(gè)以上拉簧51和帶有2個(gè)以上拉簧鉤的擋環(huán)；

活塞體2的結(jié)構(gòu)如圖6所示，活塞體2由活塞21、活塞端面中心柱孔22、第一空心桿23、第一進(jìn)氣孔24、第二空心桿25、第二進(jìn)氣孔26、第二空心桿中心柱孔27組成，第一空心桿23的直徑大于第二空心桿25的直徑，且相互連通，第一進(jìn)氣孔24下沿到活塞21下端面的距離與吸熱板14上表面到排氣孔11上沿的距離相等，采用鋁合金材料。

膨脹腔體12與加熱腔體13之間設(shè)有密封圈并用螺栓連接，加熱腔體13與吸熱板14之間設(shè)有密封圈并用螺栓連接，上支撐桿31為2個(gè)以上中心對(duì)稱分布的鋁條，其一端用螺栓連接吸熱板14，另一端用螺栓連接定子套筒32，下支撐桿33也為2個(gè)以上中心對(duì)稱分布的鋁條，其一端用螺栓連接定子套筒32，另一端用螺栓連接底座35，活塞21安裝在膨脹腔體12的空腔內(nèi)，第一空心桿23與吸熱板14中心孔安裝有密封圈，定子41安裝在定子套筒32內(nèi)，動(dòng)子42一端與第一空心桿23和第二空心桿25的交接處對(duì)齊，另一端與套在第二空心桿25回復(fù)機(jī)構(gòu)5的擋環(huán)對(duì)齊并固定，第二空心桿25的長(zhǎng)度足夠且安裝后的動(dòng)子42不遮擋第二進(jìn)氣孔26，中心柱36依次穿過(guò)底座35的中心柱孔、第二空心桿中心柱孔26、活塞端面中心柱孔22、膨脹腔體12頂端的中心柱孔，且中心柱36的擋板與底座35的端面對(duì)齊，且在膨脹腔體12頂端面伸出的部分用螺栓固定，中心柱36可承受來(lái)自活塞體2和動(dòng)子42的徑向力，確?；钊w2沿軸向運(yùn)動(dòng)，2個(gè)以上拉簧圍繞中心對(duì)稱分布，底座35為設(shè)有一個(gè)以上拉簧鉤的法蘭盤，3個(gè)拉簧51一端與回復(fù)機(jī)構(gòu)5的擋環(huán)通過(guò)拉簧鉤相連，另一端通過(guò)底座35的拉簧鉤固定；動(dòng)子42通過(guò)活塞體2和回復(fù)機(jī)構(gòu)5的帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)沿軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)施例的工作過(guò)程與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于活塞體2位于上止點(diǎn)進(jìn)氣時(shí)，第一進(jìn)氣孔24的下沿與吸熱板14上表面對(duì)齊，完全沒(méi)入加熱腔體13內(nèi)，外界冷空氣依次經(jīng)過(guò)第二進(jìn)氣孔26、第二空心桿25、第一空心桿23和第一進(jìn)氣孔24進(jìn)入加熱腔體13內(nèi)，而第二進(jìn)氣孔26始終與外界大氣連通，使進(jìn)氣孔附近的冷空氣盡可能遠(yuǎn)離溫度較高的吸熱板14，減少冷空氣在進(jìn)入加熱腔13前吸收較多熱量，從而提高熱電轉(zhuǎn)換效率。

以上所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的舉例說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制，在不背離本發(fā)明原理的情況下，進(jìn)行形式或細(xì)節(jié)上的各種修改和改變，仍在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。