CN109322807B - 一种聚光发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚光发电机，包括，吸气外壳、做功外壳、排气外壳，吸气外壳、做功外壳、排气外壳依次连接且内部为连通状态；做功外壳内部为做功内腔，做功内腔内安装有自由叶轮，自由叶轮固定在第二轴体上，第二轴体内部中空且套装在第一轴体上；做功内腔中安装有真空管，真空管安装在光能聚集传输器上，光能聚集传输器用于加热做功内腔中的空气。本发明的转化率很高，经过实测，能够稳定在42%‑45%，远远高于目前光伏20%左右的转化率，也就是在同等条件下发电量更高。而且其成本与目前同等发电量的光伏相比并没有偏高，同时寿命却远远高于光伏，而且对恶劣环境的适应性也高于光伏，所以从长远来看，本发明的优势远远超过光伏。

Description

一种聚光发电机

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别是涉及一种聚光发电机。

背景技术

随着环保理念的日益深入，加之地球资源的日益匮乏，新能源、清洁能源的获取已经是目前比较火热的研究项目，而目前能够算得上真正的清洁能源基本上只有风能、太阳能、水能、地热能等，其中太阳能一般采用光伏进行发电后使用，这种方式技术趋于成熟，但是其太能能利用率地，发电效率也低，总投入与获益比上来说，利润还是偏低。但是，目前并没有相应的技术能够提高太阳能的利用率，而且对于也没有除光伏发电外对太阳能的新的利用方式。

因此，申请人提出一种聚光发电机，其能够大大增加太阳能的利用率，且不采用光伏发电的模式。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种聚光发电机。

为实现上述目的，本发明提供了一种聚光发电机，包括，吸气外壳、做功外壳、排气外壳，所述的吸气外壳、做功外壳、排气外壳依次连接且内部为连通状态；所述的做功外壳内部为做功内腔，所述的做功内腔内安装有自由叶轮，所述的自由叶轮固定在第二轴体上，所述的第二轴体内部中空且套装在第一轴体上；

所述的做功内腔中安装有真空管，所述的真空管安装在光能聚集传输器上，光能聚集传输器用于加热做功内腔中的空气。

优选地，所述的自由叶轮靠近排气外壳一端通过限位环限制位置，限位环安装在第二轴体上。

优选地，所述的吸气外壳内侧设置有多个吸气扇叶槽，所述的吸气扇叶槽内安装有吸气扇叶，所述的吸气扇叶通过吸气扇叶连接部分固定在第一转轴上，所述的第一转轴两端分别与第一端部、第二端部可转动装配，所述的第一端部、第二端部分别设置在吸气外壳、排气外壳靠外侧的开口端；

所述的吸气扇叶与吸气扇叶槽内侧壁之间形成吸气间隙，所述的第一端部上设置有使气流吸入的吸气孔；所述的第一轴体与发电机的转子装配固定。

优选地，所述的排气外壳内设置有排气扇叶槽，排气扇叶槽内分别安装有排气扇叶、助力扇叶，所述的排气扇叶与排气扇叶槽内壁、助力扇叶与排气扇叶槽内壁之间形成排气间隙，所述的排气扇叶通过排气扇叶安装部分固定在第二轴体上，所述的助力扇叶固定在端部助力部分上，所述的端部助力部分固定在第一轴体上，所述的第二端部上设置有便于气体排出的排气孔。

优选地，第一轴体与第二轴体同轴，第一轴体与端部助力部分同轴。

优选地，所述的光能聚集传输器，包括，真空管，所述的真空管一端设置有连接管体，所述的连接管体与聚光外壳密封装配，所述的聚光外壳固定在导光外壳一端，且聚光外壳内安装有凸透镜，所述的凸透镜与光纤一端连通，光纤上的光直接传导至凸透镜上并通过凸透镜聚焦，然后照射在真空管内，加热真空管；

导光外壳包裹光纤，且光纤另一端与棱镜连通，太阳光通过棱镜进入光纤然后传导至凸透镜上。

优选地，所述的棱镜安装在导光安装槽内，导光安装槽设置在导光外壳远离凸透镜一端；

且所述的导光安装槽开口处、棱镜外部还安装有第二消色差双合透镜；安装有第二消色差双合透镜的导光外壳一端与端部连接处密封装配，所述的端部连接处设置在聚光壳一端，所述的聚光壳另一端为滤光套，所述的滤光套内安装有第一消色差双合透镜。

优选地，还包括弧形聚光面，弧形聚光面安装在安装座上，弧形聚光面将光聚焦照向棱镜，再通过棱镜分散至光纤中，然后通过光纤传输至凸透镜，最后辐射在真空管内。

优选地，真空管内部为真空状态，且其采用耐高温材料制成。

优选地，真空管与凸透镜正对的内侧端面上涂有石墨，真空管外侧涂有二氧化锆或者真空管采用二氧化锆制作。

优选地，真空管内径为6㎜、外径为8㎜。

优选地，所述的吸气孔内还安装有吸气风扇，吸气风扇安装在第一轴体上。

优选地，所述的真空管完全装入做功内腔内，且其与聚光外壳连接端与支撑环卡合装配，从而为真空管提供支撑，所述的聚光外壳外壁与密封圈装配固定，密封圈用于将聚光外壳外壁与做功外壳之间的缝隙密封；

所述的做功外壳外侧固定有固定筒，聚光外壳穿过固定筒内部与做功外壳装配，且所述的做功外壳上设置有配合斜面；

所述的固定筒内部安装有固定卡块，固定卡块装入固定筒内的一端上设置有与配合斜面贴合的压紧斜面，所述的固定筒外侧还与压紧筒内壁通过螺纹旋合装配，且压紧筒内侧封闭端与固定卡块端面贴紧，从而将固定卡块压紧在固定筒内，也就将聚光外壳压紧在固定筒内。

优选地，所述的固定卡块上通过保持板与滚珠可转动装配，滚珠与压紧筒内侧封闭端贴紧。

本发明的有益效果是：本发明结构简单，且直接利用太阳光作为能源发电，开创了太阳能新的利用途径。

另外本发明的转化率很高，经过实测，能够稳定在42%-45% ，远远高于目前光伏20%左右的转化率，也就是在同等条件下发电量更高。而且其成本与目前同等发电量的光伏相比并没有偏高，同时寿命却远远高于光伏，而且对恶劣环境的适应性也高于光伏，所以从长远来看，本发明的优势远远超过光伏，是今后太阳能利用中的高潜力技术，有较好的市场推广前景以及经济价值。

附图说明

图1是本发明一种聚光发电机的结构示意图。

图2是本发明一种聚光发电机的光能聚集传输器结构示意图。

图3是本发明一种聚光发电机的光能聚集传输器安装结构示意图。

图4是图3中F1处放大图。

图5是本发明一种聚光发电机的固定卡块端部结构示意图。

图6是本发明一种聚光发电机的实施例三结构示意图。

实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例

参见图1-图5，一种聚光发电机，包括，吸气外壳110、做功外壳120、排气外壳130，所述的吸气外壳110、做功外壳120、排气外壳130依次连接且内部为连通状态；

所述的吸气外壳110内侧设置有多个吸气扇叶槽113，所述的吸气扇叶槽113内安装有吸气扇叶341，所述的吸气扇叶341通过吸气扇叶连接部分340固定在第一转轴310上，所述的第一转轴310两端分别与第一端部114、第二端部134可转动装配，所述的第一端部114、第二端部134分别设置在吸气外壳110、排气外壳130靠外侧的开口端；

所述的吸气扇叶341与吸气扇叶槽113内侧壁之间形成吸气间隙111，所述的第一端部114上设置有使气流吸入的吸气孔112；

所述的第一轴体310与发电机210的转子装配固定，当第一轴体310转动时，其能够驱动转子转动，从而使得转子切割磁场进行发电，也就是发电机210发电；

所述的做功外壳120内部为做功内腔121，所述的做功内腔121内安装有自由叶轮220，所述的自由叶轮220固定在第二轴体320上，所述的第二轴体320内部中空且套装在第一轴体310上，第二轴体与第一轴体之间可以相互周向转动；

所述的自由叶轮220靠近排气外壳130一端通过限位环240限制位置，限位环240安装在第二轴体320上；

所述的做功内腔121中安装有真空管410，所述的真空管410安装在光能聚集传输器上，光能聚集传输器用于加热做功内腔121中的空气；

所述的排气外壳130内设置有排气扇叶槽133，排气扇叶槽133内分别安装有排气扇叶322、助力扇叶331，所述的排气扇叶322与排气扇叶槽133内壁、助力扇叶331与排气扇叶槽133内壁之间形成排气间隙132，所述的排气扇叶322通过排气扇叶安装部分321固定在第二轴体320上，所述的助力扇叶331固定在端部助力部分330上，所述的端部助力部分330固定在第一轴体310上，所述的第二端部134上设置有便于气体排出的排气孔131。

优选地，所述的第一轴体与第二轴体同轴，所述的第一轴体与端部助力部分330同轴。

所述的光能聚集传输器，包括，真空管410，所述的真空管410一端设置有连接管体411，所述的连接管体411与聚光外壳420密封装配，所述的聚光外壳420固定在导光外壳440一端，且聚光外壳420内安装有凸透镜430，所述的凸透镜430与光纤450一端连通，光纤450上的光可直接传导至凸透镜430通过凸透镜430聚焦，然后照射在真空管410内，加热真空管410；

导光外壳440包裹光纤450，且光纤450另一端与棱镜480连通，从而使得棱镜480散射的光能够分散进入光纤450内进行传输，所述的棱镜480安装在导光安装槽441内，导光安装槽441设置在导光外壳440远离凸透镜430一端；

且所述的导光安装槽441开口处、棱镜480外部还安装有第二消色差双合透镜462；

安装有第二消色差双合透镜462的导光外壳440一端与端部连接处471密封装配，所述的端部连接处471设置在聚光壳470一端，所述的聚光壳470另一端为滤光套472，所述的滤光套472内安装有第一消色差双合透镜461。

使用时，太阳光通过第一消色差双合透镜461消除色差后聚焦照向第二消色差双合透镜462，通过第二消色差双合透镜462再次消除色差后聚焦照向棱镜480，棱镜480将光分散，使得光通过光纤450传输至凸透镜430，然后通过凸透镜430聚焦照向真空管410，真空管410内部为真空状态，且其内表面涂有石墨（石墨具有较好的热传导效果），此时，聚焦的太阳光通过热辐射的方式对真空管进行加热，而真空管410外壁上还涂装有二氧化锆或真空管采用二氧化锆制作，通过二氧化锆将其热量快速散入做功内腔121内，从而实现对做功内腔121的快速加热，起到涡轴发动机中燃油燃烧产生高温高压的效果；然后做功内腔121内的气体被瞬间加热、膨胀，其气压升高，然后向吸气外壳110、排气外壳130流动，由于排气外壳130比吸气外壳110短，所以气流会通过排气外壳130快速排出，从而推动排气扇叶322、助力扇叶331转动，从而对吸气外壳110一端形成虹吸效果，而此时，第一轴体、第二轴体均开始转动，从而使得第一轴体驱动吸气扇叶转动并将空气吸入做功内腔121内，重复以上动作，使得真空管410不断加热做功内腔121，气体膨胀后不断驱动第一轴体、第二轴体转动，第一轴体转动时能够带动发电机转子转动，从而进行发电。

根据直升机涡轴发动机的原理，第一轴体与第二轴体的转向相反，这种设计能够降低整个装置的振动，而且助力扇叶的设计虽然会降低气流流速，但是且能够增加第一轴体转动时的稳定性，从而增加整个装置运行的稳定性。

优选地，所述的吸气孔112内还安装有吸气风扇230，吸气风扇230安装在第一轴体310上，使用时第一轴体驱动吸气风扇230转动，从而使得吸气风扇230通过扇叶231将空气吸入吸气外壳内。这种设计能够增加空气流量，从而增加做功内腔121的做功效率，从而增加第一轴体的转速，也就是增加发电效率。

参见图3-图5，所述的真空管410完全装入做功内腔121内，且其与聚光外壳420连接端与支撑环140卡合装配，从而为真空管410提供支撑，所述的聚光外壳420外壁与密封圈520装配固定，密封圈520用于将聚光外壳420外壁与做功外壳120之间的缝隙密封；

所述的做功外壳120外侧固定有固定筒150，聚光外壳420穿过固定筒150内部与做功外壳120装配，且所述的做功外壳120上设置有配合斜面421；

所述的固定筒150内部安装有固定卡块620，固定卡块620装入固定筒150内的一端上设置有与配合斜面421贴合的压紧斜面621，所述的固定筒150外侧还与压紧筒610内壁通过螺纹旋合装配，且压紧筒610内侧封闭端与固定卡块620端面贴紧，从而将固定卡块620压紧在固定筒150内，也就将聚光外壳420压紧在固定筒150内。这种方式能够实现快速拆卸聚光外壳420，从而方便检修，且对聚光外壳420的固定更加稳定。

优选地，所述的固定卡块620上通过保持板640与滚珠630可转动装配，滚珠630与压紧筒610内侧封闭端贴紧，从而降低固定卡块620与压紧筒610之间的摩擦力。

实施例

当第一消色差双合透镜461的采光面积为1㎡时，在正常光照下，有1360瓦/㎡的辐照度；会有大概1300的能量被聚集传输、再聚集到直径为6㎜的真空管底部，真空管外径为8㎜。真空管的内侧底部涂有一层吸收层（二氧化锆），此吸收层能够及大地提高对光能的吸收利用率，完全可以假设光能被完全吸收，真空管采用耐高温材料制成；

当这样多个（4个以上）光能聚集传输器的真空管被***到做功内腔中后，加热室内部的空气与发动机外部环境空气会形成一个大概为8倍的压强比。当空气带走的能量等于从光摄入的能量时，发电机稳定工作。

而本案聚光发电机的核心是Brayton循环（可以参考涡轴发动机的Brayton循环），其转化率公式为：

η_th,Brayton=1-1/(r_P ^（K-1）/K)；

其中，r_p是发电机内外的空气压强比，K是空气的热容比，而依据上述条件，r_p=8,K=1.4,那么：

η_th,Brayton=1-1/(8^{（1.4-1）/1.4})=44.8%，而目前光伏的转化率也只有20%左右，由此可知，本发明的技术远远优于现有技术。

实施例

参见图6，本实施例与实施例一的区别在于将第一消色差双合透镜461、第二消色差双合透镜462、聚光壳470替换为弧形聚光面，所述的弧形聚光面内侧为抛物面且为反光镜面，类似于信号锅；

弧形聚光面安装在安装座720上，弧形聚光面将光聚焦照向棱镜480（棱镜480端面与弧形聚光面焦点重合），再通过棱镜480分散至光纤450中，然后通过光纤450传输至凸透镜430，最后辐射在真空管410内，从而实现对真空管410的加热。这种方式与实施例一中采用第一消色差双合透镜461、第二消色差双合透镜462、聚光壳470的方式相比，其聚集的太阳光更多，最后达到真空管410的能量也更大，从而可以大大提高整个发电机的效率。而且理论上弧形聚光面可以做到无限大，也就是整个发电机的发电量、效率有几乎无限的提升空间。

本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种聚光发电机，包括，吸气外壳、做功外壳、排气外壳，所述的吸气外壳、做功外壳、排气外壳依次连接且内部为连通状态；其特征是：所述的做功外壳内部为做功内腔，所述的做功内腔内安装有自由叶轮，所述的自由叶轮固定在第二轴体上，所述的第二轴体内部中空且套装在第一轴体上；

所述的做功内腔中安装有真空管，所述的真空管安装在光能聚集传输器上，光能聚集传输器用于加热做功内腔中的空气；

所述的吸气外壳内侧设置有多个吸气扇叶槽，所述的吸气扇叶槽内安装有吸气扇叶，所述的吸气扇叶通过吸气扇叶连接部分固定在第一转轴上，所述的第一转轴两端分别与第一端部、第二端部可转动装配，所述的第一端部、第二端部分别设置在吸气外壳、排气外壳靠外侧的开口端；

所述的吸气扇叶与吸气扇叶槽内侧壁之间形成吸气间隙，所述的第一端部上设置有使气流吸入的吸气孔；所述的第一轴体与发电机的转子装配固定；

所述的排气外壳内设置有排气扇叶槽，排气扇叶槽内分别安装有排气扇叶、助力扇叶，所述的排气扇叶与排气扇叶槽内壁、助力扇叶与排气扇叶槽内壁之间形成排气间隙，所述的排气扇叶通过排气扇叶安装部分固定在第二轴体上，所述的助力扇叶固定在端部助力部分上，所述的端部助力部分固定在第一轴体上，所述的第二端部上设置有便于气体排出的排气孔；

第一轴体与第二轴体同轴，第一轴体与端部助力部分同轴；第一轴体与第二轴体的转向相反；

所述的光能聚集传输器，包括，真空管，所述的真空管一端设置有连接管体，所述的连接管体与聚光外壳密封装配，所述的聚光外壳固定在导光外壳一端，且聚光外壳内安装有凸透镜，所述的凸透镜与光纤一端连通，光纤上的光直接传导至凸透镜上并通过凸透镜聚焦，然后照射在真空管内，加热真空管；

导光外壳包裹光纤，且光纤另一端与棱镜连通，太阳光通过棱镜进入光纤然后传导至凸透镜上。

2.如权利要求1所述的聚光发电机，其特征是：所述的自由叶轮靠近排气外壳一端通过限位环限制位置，限位环安装在第二轴体上。

3.如权利要求1所述的聚光发电机，其特征是：所述的棱镜安装在导光安装槽内，导光安装槽设置在导光外壳远离凸透镜一端；

且所述的导光安装槽开口处、棱镜外部还安装有第二消色差双合透镜；安装有第二消色差双合透镜的导光外壳一端与端部连接处密封装配，所述的端部连接处设置在聚光壳一端，所述的聚光壳另一端为滤光套，所述的滤光套内安装有第一消色差双合透镜。

4.如权利要求1所述的聚光发电机，其特征是：还包括弧形聚光面，弧形聚光面安装在安装座上，弧形聚光面将光聚焦照向棱镜，再通过棱镜分散至光纤中，然后通过光纤传输至凸透镜，最后辐射在真空管内。

5.如权利要求1所述的聚光发电机，其特征是：真空管与凸透镜正对的内侧端面上涂有石墨，真空管外侧涂有二氧化锆或者真空管采用二氧化锆制作。

6.如权利要求1所述的聚光发电机，其特征是：所述的吸气孔内还安装有吸气风扇，吸气风扇安装在第一轴体上。

7.如权利要求1所述的聚光发电机，其特征是：所述的真空管完全装入做功内腔内，且其与聚光外壳连接端与支撑环卡合装配，从而为真空管提供支撑，所述的聚光外壳外壁与密封圈装配固定，密封圈用于将聚光外壳外壁与做功外壳之间的缝隙密封；

所述的做功外壳外侧固定有固定筒，聚光外壳穿过固定筒内部与做功外壳装配，且所述的做功外壳上设置有配合斜面；

所述的固定筒内部安装有固定卡块，固定卡块装入固定筒内的一端上设置有与配合斜面贴合的压紧斜面，所述的固定筒外侧还与压紧筒内壁通过螺纹旋合装配，且压紧筒内侧封闭端与固定卡块端面贴紧，从而将固定卡块压紧在固定筒内，也就将聚光外壳压紧在固定筒内。

8.如权利要求7所述的聚光发电机，其特征是：所述的固定卡块上通过保持板与滚珠可转动装配，滚珠与压紧筒内侧封闭端贴紧。