CN110552810B - 一种减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用***及方法，针对斯特林发电***的吸热器受热不均匀带来的局部过热问题。本发明在常规斯特林发电***的基础上增设多口吸气环管，在发生局部过热的情况时，控制***发出指令，开启吸气口，同时启动气泵，使得多口吸气环管吸入吸热器附近的部分气体，引发气体流动，改变吸热器上的温度场分布情况。同时，采用水冷的方式对斯特林发电***进行冷却，冷却水在吸收斯特林发动机排出的热量后，再通过气‑水换热器吸收从多口吸气环管吸入的热空气，避免了能量浪费，提高了***的综合能源利用率。产生的较高温度的热水，可作为综合能源站多联供产品之一，供给用户，提高了综合能源站的效益。

Description

一种减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用***及 方法
技术领域
本发明涉及一种减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用***及方法，属于斯特林发电机技术领域，具体用于斯特林发电***运行及综合能源利用。
背景技术
斯特林发动机是一种外燃机，可利用多种燃料进行发电，很适合用于太阳能热发电、垃圾发电、生物质发电等新能源/可再生能源的利用。然而，斯特林发电***吸热器上受热不均匀导致的局部过热的问题时有发生，尤其是用于碟式太阳能发电的场合，聚光设备的加工及安装精度使得光斑形状和能量分布很难控制，吸热器上受热不均匀更是常态。加上近年来碟式太阳能发电设备单机容量也逐渐增大，斯特林发动机也从此前的单缸变为多缸，每个缸在吸热器上有对应的分区域。由于斯特林发动机是通过几个缸之间的连杆首尾相接，联动输出机械能，各区域受热的差别会对总的输出带来巨大影响，如果吸热器上分区域的温差过大，多缸联动输出失配，还可能发生设备损坏的情况。因此应用于碟式太阳能的斯特林发电***对吸热器上受热的均匀性有了更高的要求，解决吸热器上均匀性问题更是刻不容缓。此外，随着分布式能源理念的发展，综合能源利用，提高能源利用率，多产品联供，将是未来发展的目标。斯特林发电***也由原先单一的电输出，逐渐增加了热水利用的功能，通过热水回收散耗的热量。然而一般水冷型的斯特林发电机出水温度较低，难以满足用户的需求。
综上所述，目前还没有一种斯特林发电***能简便、迅速、可靠地去解决吸热器上受热不均匀问题，同时还可以提高综合能源利用率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用***及方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用***，其特征是，包括吸热器、斯特林发电机、发电机、挡板、水冷散热装置、上行水管、下行水管、水泵、多口吸气环管、气体传输管道、气泵、气-水换热器和蓄水罐，所述吸热器、斯特林发电机和发电机依次连接，所述挡板设置在吸热器的外侧，所述水冷散热装置设置在斯特林发电机的下方，用于对斯特林发电机进行冷却，所述上行水管的出水口与水冷散热装置的进水口连接，所述下行水管的进水口与水冷散热装置的出水口连接，所述水泵安装在上行水管上，所述下行水管的出水口与气-水换热器的进水口连接，所述多口吸气环管与吸热器相邻设置，且多口吸气环管朝向吸热器的壁上开设有若干个吸气口，所述多口吸气环管与气体传输管道连接，所述气体传输管道与气-水换热器的进气口连接，所述气-水换热器与蓄水罐连接，所述气-水换热器还与气泵连接。
作为优选，所述斯特林发电机的缸内及吸热器上均设置有若干个测温设备。
作为优选，还包括控制装置，所述控制装置与测温设备以及气泵连接。
作为优选，多口吸气环管的直径应比开口大数倍，尽量使得空气在环管内畅通。
作为优选，吸气管不局限于环管，如结构上允许，便于设备加工，也可穿插在吸热器的管壁中间。
作为优选，如用于碟式太阳能发电***，挡板应遮挡住多口吸气环管，避免反射的太阳光直射在环管上。
作为优选，气体传输管道及下行水管做一定的保温。
一种减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用方法，其特征是，使用所述的减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用***；过程如下：
多口吸气环管开设的若干个吸气口可关闭或开启，由气泵驱动气体流动，吸入的气体由出气口进入气体传输管道；当吸热器上或缸内的某一热电偶显示的温度超过极限值，或分区域之间的温差超过允许温差的时候，控制***发出指令，选择多口吸气环管开启哪几个吸气口，同时启动气泵，使得多口吸气环管吸入吸热器附近的部分气体，引发气体流动，改变吸热器的温度场分布情况；热空气沿着气体传输管道传输到气-水换热器，把热量传给下行的冷却水，随后将换热后的空气排放；
水冷散热装置通过水冷的方式对斯特林发电机进行冷却；冷却水传输管路包括上行水管与下行水管，上行水管直接从水源连接至斯特林发电***，冷却水流经水冷散热装置对斯特林发电机进行冷却后，冷却水温度升高并从斯特林发电***排出，经下行水管进入气-水换热器吸收来自气体传输管道的高温气体的热量后，温度进一步上升；较高温度的冷却水直接供给所需用户，或存入蓄水罐，以备其他用途，进行综合利用；通过控制多口吸气环管的吸气量和冷却水的流量调节水温和水量，满足用户的参数需求。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：针对斯特林发电***（尤其是用于碟式太阳能发电的）的吸热器受热不均匀带来的局部过热问题，本发明在常规斯特林发电***的基础上，增设了一个多口吸气环管，在发生局部过热的情况时，控制***分析后发出指令，选择开启哪几个吸气口，同时启动气泵，使得多口吸气环管吸入吸热器附近的部分气体，引发气体流动，改变吸热器上的温度场分布情况。同时，采用水冷的方式对斯特林发电***进行冷却，冷却水在吸收斯特林发动机排出的热量后，再通过气-水换热器吸收从多口吸气环管吸入的热空气，避免了能量浪费，提高了***的综合能源利用率。产生的较高温度的热水，可作为综合能源站多联供产品之一，供给用户，提高了综合能源站的效益，推动了分布式综合能源***商业化的发展。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图。
图中：1-吸热器；2-斯特林发电机；3-发电机；4-挡板；5-水冷散热装置；6-上行水管；7-下行水管；8-水泵；9-多口吸气环管；10-气体传输管道；11-气泵；12-气-水换热器；13-蓄水罐。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本实施例中的减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用***包括：斯特林发电***（吸热器1、斯特林发动机2、发电机3、挡板4、外壳、水冷散热装置5）、冷却水传输管路（上行水管6、下行水管7）、水泵8、多口吸气环管9、气体传输管道10、气泵11、气-水换热器12、蓄水罐13、控制装置等。
吸热器1、斯特林发电机2和发电机3依次连接，挡板4设置在吸热器1的外侧，水冷散热装置5设置在斯特林发电机2的下方，用于对斯特林发电机2进行冷却，上行水管6的出水口与水冷散热装置5的进水口连接，下行水管7的进水口与水冷散热装置5的出水口连接，水泵8安装在上行水管6上，下行水管7的出水口与气-水换热器12的进水口连接，多口吸气环管9与吸热器1相邻设置，多口吸气环管9与气体传输管道10连接，气体传输管道10与气-水换热器12的进气口连接，气-水换热器12与蓄水罐13连接，气-水换热器12还与气泵11连接。
多口吸气环管9摆置在吸热器1处，尺寸比吸热器1略大，多口吸气环管9上朝吸热器1的方向开若干个吸气口，且均匀排布，每个口可关闭或开启，由气泵11驱动气体流动，吸入的气体由出气口进入气体传输管道10。斯特林发动机2的缸内及吸热器1上设置若干个热电偶或其他测温设备。当吸热器1上或缸内的某一热电偶显示的温度超过极限值，或分区域之间的温差超过允许温差的时候，控制***发出指令，选择多口吸气环管9开启哪几个吸气口，同时启动气泵11，使得多口吸气环管9吸入吸热器1附近的部分气体，引发气体流动，改变吸热器1的温度场分布情况。热空气沿着气体传输管道10传输到气-水换热器12，把热量传给下行的冷却水，随后将换热后的空气排放。
水冷散热装置5放置在斯特林发电***外壳之内，通过水冷的方式对斯特林发电机2进行冷却。冷却水传输管路包括上行水管6与下行水管7，上行水管6直接从水源连接至斯特林发电***，冷却水流经水冷散热装置5对斯特林发电机2进行冷却后，冷却水温度升高并从斯特林发电***排出，经下行水管7进入气-水换热器12吸收来自气体传输管道10的高温气体的热量后，温度进一步上升。较高温度的冷却水直接供给所需用户，或存入蓄水罐13，以备其他用途，进行综合利用；通过控制多口吸气环管9的吸气量和冷却水的流量调节水温和水量，满足用户的参数需求。
虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更改，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用方法，其特征是，采用一种减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用***，所述综合能源利用***包括吸热器（1）、斯特林发电机（2）、发电机（3）、挡板（4）、水冷散热装置（5）、上行水管（6）、下行水管（7）、水泵（8）、多口吸气环管（9）、气体传输管道（10）、气泵（11）、气-水换热器（12）和蓄水罐（13），所述吸热器（1）、斯特林发电机（2）和发电机（3）依次连接，所述挡板（4）设置在吸热器（1）的外侧，所述水冷散热装置（5）设置在斯特林发电机（2）的下方，用于对斯特林发电机（2）进行冷却，所述上行水管（6）的出水口与水冷散热装置（5）的进水口连接，所述下行水管（7）的进水口与水冷散热装置（5）的出水口连接，所述水泵（8）安装在上行水管（6）上，所述下行水管（7）的出水口与气-水换热器（12）的进水口连接，所述多口吸气环管（9）与吸热器（1）相邻设置，且多口吸气环管（9）朝向吸热器（1）的壁上开设有若干个吸气口，所述多口吸气环管（9）与气体传输管道（10）连接，所述气体传输管道（10）与气-水换热器（12）的进气口连接，所述气-水换热器（12）与蓄水罐（13）连接，所述气-水换热器（12）还与气泵（11）连接；
所述综合能源利用方法过程如下：
多口吸气环管（9）开设的若干个吸气口可关闭或开启，由气泵（11）驱动气体流动，吸入的气体由出气口进入气体传输管道（10）；当吸热器（1）上或缸内的某一热电偶显示的温度超过极限值，或分区域之间的温差超过允许温差的时候，控制***发出指令，选择多口吸气环管（9）开启哪几个吸气口，同时启动气泵（11），使得多口吸气环管（9）吸入吸热器（1）附近的部分气体，引发气体流动，改变吸热器（1）的温度场分布情况；热空气沿着气体传输管道（10）传输到气-水换热器（12），把热量传给下行的冷却水，随后将换热后的空气排放；
水冷散热装置（5）通过水冷的方式对斯特林发电机（2）进行冷却；冷却水传输管路包括上行水管（6）与下行水管（7），上行水管（6）直接从水源连接至斯特林发电***，冷却水流经水冷散热装置（5）对斯特林发电机（2）进行冷却后，冷却水温度升高并从斯特林发电***排出，经下行水管（7）进入气-水换热器（12）吸收来自气体传输管道（10）的高温气体的热量后，温度进一步上升；较高温度的冷却水直接供给所需用户，或存入蓄水罐（13），以备其他用途，进行综合利用；通过控制多口吸气环管（9）的吸气量和冷却水的流量调节水温和水量，满足用户的参数需求。
2.根据权利要求1所述的减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用方法，其特征是，所述斯特林发电机（2）的缸内及吸热器（1）上均设置有若干个测温设备。
3.根据权利要求2所述的减少斯特林发电机吸热器温差的综合能源利用方法，其特征是，还包括控制装置，所述控制装置与测温设备以及气泵（11）连接。
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