一種小型自由活塞式太陽能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小型自由活塞式太陽能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，適用于太陽能熱源以及其他具有集中熱源的發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著石油、煤炭等能源的逐漸枯竭，地球上人類正在面臨嚴(yán)重的能源危機(jī)。太陽能作為一種用之不竭的清潔能源，是目前應(yīng)對(duì)能源危機(jī)、減少環(huán)境污染的重要途徑。利用太陽能來解決當(dāng)前人類所面臨的能源危機(jī)，已成為世界各國的共識(shí)。有關(guān)太陽能利用技術(shù)的研究也成為了各國競相研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。
[0003]目前主要的太陽能發(fā)電技術(shù)有太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱發(fā)電兩種形式。光伏發(fā)電需要用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。該技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池，其生產(chǎn)成本較高，在加工過程中的能耗也很高，其光電轉(zhuǎn)換效率也較低，直接導(dǎo)致太陽能光伏電價(jià)高，不能廣泛應(yīng)用。
[0004]太陽能熱發(fā)電是利用聚光器聚集太陽能，使其生成高密度的能量，然后轉(zhuǎn)化為熱能。太陽能熱發(fā)電成本低于光伏發(fā)電，同時(shí)在相關(guān)設(shè)備的加工過程中也不會(huì)帶來較大污染和能耗，因此將是未來太陽能發(fā)電的主要技術(shù)。
[0005]斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種外部供熱的活塞型發(fā)動(dòng)機(jī)，它以氣體為工質(zhì)，在冷熱端溫差的作用下，推動(dòng)活塞做循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。自由活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是斯特林的一種結(jié)構(gòu)形式，自由活塞的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有技術(shù)含量高、結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、效率高、使用方便可靠、價(jià)格低廉，在小型自由活塞式太陽能發(fā)電系統(tǒng)中比一般的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)更具有生命力。
[0006]直線電機(jī)可以看成是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的一種演變，可以分為動(dòng)磁式直線發(fā)電機(jī)、動(dòng)圈式直線發(fā)電機(jī)和動(dòng)鐵式直線發(fā)電機(jī)。一般采用動(dòng)圈式和動(dòng)磁式直線發(fā)電機(jī)，直線發(fā)電機(jī)是將直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電裝置。
[0007]現(xiàn)有的太陽能熱發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，熱交換器實(shí)際熱轉(zhuǎn)化效率較低。對(duì)于高壓強(qiáng)高頻率的發(fā)電機(jī)往往系統(tǒng)密封性不能滿足要求，而且工作時(shí)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成較大摩擦損耗，同時(shí)產(chǎn)生較大的噪聲和振動(dòng)，造成發(fā)電機(jī)系統(tǒng)壽命短。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0008]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，即太陽能發(fā)電系統(tǒng)熱交換器熱效率較低，太陽能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)密封性能較差以及使用過程中活塞磨損嚴(yán)重等問題，導(dǎo)致太陽能發(fā)電系統(tǒng)效率低、壽命短等不足，提出了一種小型自由活塞式太陽能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的熱交換部分采用一體化傳熱翼片結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱交換，以提高熱交換效率;機(jī)械能到電能轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)將采用直線發(fā)電機(jī)，配氣活塞密封結(jié)合傳統(tǒng)密封圈密封和微間隙密封結(jié)構(gòu)，動(dòng)力活塞密封采用傳統(tǒng)密封圈密封和新型的磁流磁流變液密封組合密封技術(shù)，提高了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)密性能。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0010]—種小型自由活塞式太陽能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，包括自由活塞式太陽能發(fā)動(dòng)機(jī)部分和永磁直線發(fā)電機(jī)部分;其中，
[0011]自由活塞式太陽能發(fā)動(dòng)機(jī)部分包括熱交換器和動(dòng)力傳動(dòng)裝置，熱交換器包括一端開口的發(fā)電機(jī)熱缸、高溫端加熱器、回?zé)崞饕约袄鋮s器，高溫端加熱器設(shè)置在發(fā)電機(jī)熱缸相對(duì)于開口端的熱端氣缸上，回?zé)崞髟O(shè)置在發(fā)電機(jī)熱缸內(nèi)壁的周向上，冷卻器設(shè)置在發(fā)電機(jī)熱缸靠近開口端的周向上;動(dòng)力傳動(dòng)裝置包括兩端開口的發(fā)電機(jī)冷缸、配氣活塞、輸出機(jī)械能的動(dòng)力活塞以及固定軸盤，發(fā)電機(jī)冷缸的一端與發(fā)電機(jī)熱缸的開口端連接在一起，固定軸盤包括一體化成型的盤體以及設(shè)置在盤體的端面中心處的階梯軸，且在盤體的端面上開設(shè)有若干周向均布的通氣孔，固定軸盤的盤體固定在發(fā)電機(jī)冷缸與發(fā)電機(jī)熱缸之間，固定軸盤的階梯軸伸入至發(fā)電機(jī)熱缸內(nèi)，配氣活塞通過配氣活塞柔性板彈簧固定在固定軸盤的階梯軸上;動(dòng)力活塞設(shè)置在發(fā)電機(jī)冷缸內(nèi)，一端與永磁鐵電機(jī)動(dòng)子相連，另一端為自由端，且能夠在發(fā)電機(jī)冷缸內(nèi)直線往復(fù)滑動(dòng)。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，永磁直線發(fā)電機(jī)系統(tǒng)部分包括一端開口的發(fā)電機(jī)密封端蓋、永磁鐵電機(jī)動(dòng)子和電機(jī)繞組定子，發(fā)電機(jī)密封端蓋的開口端與發(fā)電機(jī)冷缸的另一端連接在一起，電機(jī)繞組定子通過發(fā)電機(jī)定子固定框架安裝在發(fā)電機(jī)密封端蓋內(nèi)，永磁鐵電機(jī)動(dòng)子設(shè)置在電機(jī)繞組定子的中心處，永磁鐵電機(jī)動(dòng)子的兩端通過安裝在發(fā)電機(jī)定子固定框架兩端的動(dòng)子柔性板彈簧固定，且永磁鐵電機(jī)動(dòng)子的一端與動(dòng)力活塞的一端通過動(dòng)子柔性板彈簧連接在一起。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，高溫端加熱器為槽翼式加熱器，包括若干環(huán)形分布在熱端氣缸上的翼形肋片。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，回?zé)崞鬟B通發(fā)動(dòng)機(jī)部分的發(fā)電機(jī)熱缸與發(fā)電機(jī)冷缸，為環(huán)形縫隙式回?zé)崞?，回?zé)崞鞯妮d熱體采用不銹鋼金屬絲網(wǎng)填充。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，冷卻器采用環(huán)形水冷卻，包括設(shè)置在發(fā)電機(jī)熱缸靠近開口端的周向上的若干環(huán)形散熱肋片，用于密封若干環(huán)形散熱肋片的冷卻器端蓋，以及開設(shè)在冷卻器端蓋上的冷卻劑進(jìn)出口。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，配氣活塞為中空薄壁長筒結(jié)構(gòu)，一端通過配氣活塞柔性板彈簧固定于固定軸盤的階梯軸上，且配氣活塞壁與氣缸壁之間采用微間隙密封結(jié)構(gòu)密封，微間隙為0.25mm?0.5mm。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，動(dòng)力活塞包括中部帶有軸肩的輸出軸，套裝固定在輸出軸一端與其軸肩之間的密封固定塊，套裝在密封固定塊上且緊靠輸出軸軸肩的密封固定環(huán)，密封固定環(huán)與密封固定塊之間的周向上形成環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽中的密封固定塊上套裝有若干環(huán)形永磁鐵，相鄰兩個(gè)環(huán)形永磁鐵之間套裝有一個(gè)導(dǎo)磁極靴，導(dǎo)磁極靴的周向上開設(shè)有均勻分布的矩形槽，該動(dòng)力活塞設(shè)置在發(fā)電機(jī)冷缸的導(dǎo)磁材料氣缸內(nèi)，導(dǎo)磁極靴與導(dǎo)磁材料氣缸之間的間隙為0.05mm?0.1mm，且環(huán)形永磁鐵與導(dǎo)磁材料氣缸內(nèi)壁之間以及導(dǎo)磁極靴與導(dǎo)磁材料氣缸內(nèi)壁之間均填充有磁流變液;輸出軸的另一端與永磁電機(jī)動(dòng)子相連。
[0018]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，動(dòng)子柔性板彈簧和配氣活塞柔性板彈簧均包括圓形金屬薄板，以及由內(nèi)至外開設(shè)在圓形金屬薄板上的三組漸開線型螺旋槽，且圓形金屬薄板的厚度為0.5mm，同一圓周上相鄰兩條漸開線型螺旋槽相差120°相位角。
[0019]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，永磁鐵電機(jī)動(dòng)子包括動(dòng)子框架以及間隔鑲嵌在動(dòng)子框架上的若干永磁鐵磁極。
[0020]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，電機(jī)繞組定子包括定子硅鋼片，該定子硅鋼片的中心處對(duì)稱開設(shè)有兩個(gè)槽，每個(gè)槽中均設(shè)置有定子導(dǎo)線繞組。
[0021]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明發(fā)電機(jī)系統(tǒng)采用三段式結(jié)構(gòu)，具有以下特點(diǎn):
[0022]1、小型自由活塞式太陽能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)采用三段式，分別為太陽能發(fā)動(dòng)機(jī)熱端、太陽能發(fā)動(dòng)機(jī)冷端、永磁直線發(fā)電機(jī)部分。三部分兩兩相鄰采用端面密封和螺栓聯(lián)接。該結(jié)構(gòu)能夠極大的減少熱端的熱量向其余兩部分的傳遞，保證系統(tǒng)冷熱端的溫差，同時(shí)該結(jié)構(gòu)有利于太陽能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)零件加工和裝配，降低對(duì)裝配精度的要求。
[0023]2、熱交換器采用一體化結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱交換
[0024]熱交換器結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)熱交換，加熱器與冷卻器一體化設(shè)計(jì)，緊湊的槽翼式加熱器保證熱端加熱器熱損失