一种基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置制造方法及图纸

技术编号:18999679 阅读:37 留言:0更新日期:2018-09-22 05:05
本实用新型专利技术涉及一种基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置,本实用新型专利技术包括斯特林发动机模块、实时温度检测模块、实时电机驱动模块、可变大小皮带轮模块、固定大小皮带轮、发电机驱动轴、发电机、弹簧、活动皮带轮、导轨、皮带Ⅰ和皮带Ⅱ;所述斯特林发动机模块与可变大小皮带轮模块通过皮带Ⅰ连接,实时温度检测模块与实时电机驱动模块连接,实时电机驱动模块与可变大小皮带轮模块连接,可变大小皮带轮模块与固定大小皮带轮连接,固定大小皮带轮与发电机驱动轴通过皮带Ⅱ连接,发电机驱动轴直接驱动发电机进行发电。本实用新型专利技术利用皮带轮无级变速系统,可将多个中小功率的斯特林发动机组输出的力聚合起来,以此来驱动一个大型的发电机进行发电。

【技术实现步骤摘要】
一种基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置
本技术涉及一种基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置,属于废热发电控制领域。
技术介绍
随着社会工业的发展,大量有害气体通过烟囱排入大气,造成了空气的严重污染,同时还有大量的热量也排入大气,造成了大气温度的升高,因此,当今工业废气已成为雾霾和全球温室效应的一个重要影响因素。而斯特林发动机,作为一种外燃机,它可以有效利用工业废热,将能量由热能转化为机械能,如果能将机械能转化为电能,以此既减少了工业废气对环境的影响,同时又减少了能源的浪费,提高其利用率。
技术实现思路
本技术提供了一种基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置,用于将多个中小功率的斯特林发动机组输出的力组合起来,通过皮带轮变速系统,使各个斯特林发动机组在保持自身达到最优转速的情况下,输出到发电机驱动轴上的力大致相等,最终驱动发电机完成发电。本技术的技术方案是:一种基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置,包括斯特林发动机模块1、实时温度检测模块2、实时电机驱动模块3、可变大小皮带轮模块4、固定大小皮带轮5、发电机驱动轴6、发电机7、弹簧24、活动皮带轮25、导轨26、皮带Ⅰ27和皮带Ⅱ29;所述斯特林发动机模块1与可变大小皮带轮模块4通过皮带Ⅰ27连接,实时温度检测模块2与实时电机驱动模块3连接,实时电机驱动模块3与可变大小皮带轮模块4连接,可变大小皮带轮模块4与固定大小皮带轮5连接,固定大小皮带轮5与发电机驱动轴6通过皮带Ⅱ29连接,发电机驱动轴6直接驱动发电机7进行发电;所述斯特林发动机模块1不断的做功带动可变大小皮带轮模块4转动,实时温度检测模块2实时检测斯特林发动机模块1中热腔11与冷腔17的温度并传至实时电机驱动模块3,实时电机驱动模块3用于控制可变大小皮带轮模块4中带轮叶片28进行径向的直线运动使由多个皮带轮叶片28构成的皮带轮外径大小得到改变,可变大小皮带轮模块4的皮带轮叶片28外径大小改变,带动皮带Ⅰ27的松紧状态改变,通过弹簧24与小型活动皮带轮25的自动支撑,使皮带Ⅰ27始终保持紧绷状态,弹簧24的伸缩运动,带动小型活动皮带轮25在导轨26内运动,可变大小皮带轮模块4的运动带动固定大小皮带轮5运动,固定大小皮带轮5运动带动发电机驱动轴6直接驱动发电机7进行发电。所述斯特林发动机模块1包括烟囱内部吸热片8、热传导导管9、烟囱外部导热片10、热腔11、冷热气体交换导管13、冷热气体交换腔14、冷腔活塞15、冷腔17、水管冷却模块18、热腔活塞19、热腔传动连接杆20、固定轴承21、驱动轮22和冷腔传动连接杆23;所述热传导导管9分别与烟囱内部吸热片8和烟囱外部导热片10连接,烟囱内部吸热片8紧贴烟囱内侧墙体,热传导导管9嵌于烟囱墙体内部,烟囱外部导热片10紧贴烟囱外侧墙体,热腔11与烟囱外部导热片10紧贴一起,冷腔17外侧与水管冷却模块18紧贴一起,热腔11与冷腔17共同通过冷热气体交换导管13连接冷热气体交换腔14,冷热气体交换腔14中充入氦气或氢气作为斯特林发动机的做功工质,热腔传动连接杆20分别与热腔活塞19和驱动轮22连接,冷腔传动连接杆23分别与冷腔活塞15和驱动轮22连接,热腔活塞19在热腔11内做直线伸缩运动,冷腔活塞15在冷腔17内做直线伸缩运动,热腔传动连接杆20与冷腔传动连接杆23共同驱动固定在固定轴承21上的驱动轮22转动,驱动轮22与可变大小皮带轮模块4通过皮带Ⅰ27连接。所述实时温度检测模块2包括两个结构相同的热传感器Ⅰ12和热传感器Ⅱ16,热传感器Ⅰ12放置在斯特林发动机模块1中热腔活塞19的上侧,热传感器Ⅱ16放置在斯特林发动机模块1中冷腔活塞16的上侧;其中热传感器Ⅰ12和热传感器Ⅱ16的结构均由实时温度信号采集放大电路和模数转换电路组成,实时温度信号采集放大电路将采集的温度信号放大后通过模数转换电路传至实时电机驱动模块3。所述实时温度信号采集放大电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、滑动变阻器RP1、滑动变阻器RP2、热电阻传感器RI1、电容C1和放大器LM741;其中5V电源分别连接电阻R1和电阻R2的一端,电阻R1的另一端连接热电阻传感器RI1和电阻R3的一端,电阻R2连接滑动变阻器RP1、电阻R3、电阻R4的一端,热电阻传感器RI1和滑动变阻器RP1的另一端共同接地,电阻R4的另一端分别连接电容C1、电阻R6的一端及放大器LM741的同相输入端,电容C1和电阻R6的另一端接地,放大器LM741的反相输入端连接电阻R5的一端、电阻R3的另一端,电阻R5的另一端连接滑动变阻器RP2的一端,滑动变阻器RP2的另一端连接放大器LM741的输出端,放大器LM741的输出端接模数转换电路中模数转换器ADC0809的IN0端口。所述热电阻传感器RI1使用型号为PT100温度传感器。所述模数转换电路包括模数转换器ADC0809、两个或非门74LS02;其中模数转换器ADC0809的ref(-)管脚接地,ref(+)管脚接5V电源,IN-0管脚接实时温度信号采集放大电路中放大器LM741的输出端,ADD-A、ADD-BH和ADD-C管脚同时接地,2-1至2-8管脚接实时电机驱动模块3中单片机AT89C51的P0.0至P0.7管脚,ALE和START管脚接一个或非门74LS02的输出口且该或非门74LS02的输入口分别接实时电机驱动模块3中单片机AT89C51的和P2.7管脚,ENABLE管脚接另一个或非门74LS02的输出口且该或非门74LS02的输入口分别接实时电机驱动模块3中单片机AT89C51的和P2.7管脚。所述实时电机驱动模块3包括单片机AT89C51、驱动器ULN2003、晶振Y1,电容C2、电容C3、电容C4、电阻R7、开关K1;其中单片机AT89C51的RST管脚接电容C2、电阻R7和开关K1的一端,电容C2、开关K1的另一端接5V电源,电阻R7的另一端接地,单片机AT89C51的X1管脚并联晶振Y1和电容C3一端,单片机AT89C51的X2管脚并联晶振Y1和电容C4一端,电容C3和电容C4的另一端同时接地,单片机AT89C51的管脚接电源,单片机AT89C51的P2.4、P2.5、P2.6、P2.7管脚分别接入驱动器ULN2003的1B、2B、3B、4B管脚,驱动器ULN2003的GND管脚接地,驱动器ULN2003的1C、2C、3C、4C管脚分别接可变大小皮带轮模块4中步进电机40的3、4、5、6接口,驱动器ULN2003的VCC管脚接电源。所述可变大小皮带轮模块4包括皮带轮叶片28、螺纹杆30、固定螺母31、被动锥形齿轮32、主动锥形齿轮33、齿轮轴34、齿轮槽35、固定轴36、圆柱齿轮Ⅰ37、圆柱齿轮Ⅱ38、电机驱动齿轮39、步进电机40;所述皮带轮叶片28通过皮带Ⅰ27与斯特林发动机模块1连接,通过斯特林发动机模块1带动皮带轮叶片28转动,皮带轮叶片28转动带动固定在固定轴36上的固定大小皮带轮5运动,固定螺母31固定在皮带轮叶片28的内侧边缘,螺纹杆30从固定螺母31中穿过固定在被动锥形齿轮32上,主动锥形齿轮33与固定在固定轴36上的被动锥形齿轮32通过轮齿咬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置,其特征在于:包括斯特林发动机模块(1)、实时温度检测模块(2)、实时电机驱动模块(3)、可变大小皮带轮模块(4)、固定大小皮带轮(5)、发电机驱动轴(6)、发电机(7)、弹簧(24)、活动皮带轮(25)、导轨(26)、皮带Ⅰ(27)和皮带Ⅱ(29);所述斯特林发动机模块(1)与可变大小皮带轮模块(4)通过皮带Ⅰ(27)连接,实时温度检测模块(2)与实时电机驱动模块(3)连接,实时电机驱动模块(3)与可变大小皮带轮模块(4)连接,可变大小皮带轮模块(4)与固定大小皮带轮(5)连接,固定大小皮带轮(5)与发电机驱动轴(6)通过皮带Ⅱ(29)连接,发电机驱动轴(6)直接驱动发电机(7)进行发电;所述斯特林发动机模块(1)不断的做功带动可变大小皮带轮模块(4)转动,实时温度检测模块(2)实时检测斯特林发动机模块(1)中热腔(11)与冷腔(17)的温度并传至实时电机驱动模块(3),实时电机驱动模块(3)用于控制可变大小皮带轮模块(4)中带轮叶片(28)进行径向的直线运动使由多个皮带轮叶片(28)构成的皮带轮外径大小得到改变,可变大小皮带轮模块(4)的皮带轮叶片(28)外径大小改变,带动皮带Ⅰ(27)的松紧状态改变,通过弹簧(24)与小型活动皮带轮(25)的自动支撑,使皮带Ⅰ(27)始终保持紧绷状态,弹簧(24)的伸缩运动,带动小型活动皮带轮(25)在导轨(26)内运动,可变大小皮带轮模块(4)的运动带动固定大小皮带轮(5)运动,固定大小皮带轮(5)运动带动发电机驱动轴(6)直接驱动发电机(7)进行发电。...

【技术特征摘要】
1.一种基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置,其特征在于:包括斯特林发动机模块(1)、实时温度检测模块(2)、实时电机驱动模块(3)、可变大小皮带轮模块(4)、固定大小皮带轮(5)、发电机驱动轴(6)、发电机(7)、弹簧(24)、活动皮带轮(25)、导轨(26)、皮带Ⅰ(27)和皮带Ⅱ(29);所述斯特林发动机模块(1)与可变大小皮带轮模块(4)通过皮带Ⅰ(27)连接,实时温度检测模块(2)与实时电机驱动模块(3)连接,实时电机驱动模块(3)与可变大小皮带轮模块(4)连接,可变大小皮带轮模块(4)与固定大小皮带轮(5)连接,固定大小皮带轮(5)与发电机驱动轴(6)通过皮带Ⅱ(29)连接,发电机驱动轴(6)直接驱动发电机(7)进行发电;所述斯特林发动机模块(1)不断的做功带动可变大小皮带轮模块(4)转动,实时温度检测模块(2)实时检测斯特林发动机模块(1)中热腔(11)与冷腔(17)的温度并传至实时电机驱动模块(3),实时电机驱动模块(3)用于控制可变大小皮带轮模块(4)中带轮叶片(28)进行径向的直线运动使由多个皮带轮叶片(28)构成的皮带轮外径大小得到改变,可变大小皮带轮模块(4)的皮带轮叶片(28)外径大小改变,带动皮带Ⅰ(27)的松紧状态改变,通过弹簧(24)与小型活动皮带轮(25)的自动支撑,使皮带Ⅰ(27)始终保持紧绷状态,弹簧(24)的伸缩运动,带动小型活动皮带轮(25)在导轨(26)内运动,可变大小皮带轮模块(4)的运动带动固定大小皮带轮(5)运动,固定大小皮带轮(5)运动带动发电机驱动轴(6)直接驱动发电机(7)进行发电。2.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置,其特征在于:所述斯特林发动机模块(1)包括烟囱内部吸热片(8)、热传导导管(9)、烟囱外部导热片(10)、热腔(11)、冷热气体交换导管(13)、冷热气体交换腔(14)、冷腔活塞(15)、冷腔(17)、水管冷却模块(18)、热腔活塞(19)、热腔传动连接杆(20)、固定轴承(21)、驱动轮(22)和冷腔传动连接杆(23);所述热传导导管(9)分别与烟囱内部吸热片(8)和烟囱外部导热片(10)连接,烟囱内部吸热片(8)紧贴烟囱内侧墙体,热传导导管(9)嵌于烟囱墙体内部,烟囱外部导热片(10)紧贴烟囱外侧墙体,热腔(11)与烟囱外部导热片(10)紧贴一起,冷腔(17)外侧与水管冷却模块(18)紧贴一起,热腔(11)与冷腔(17)共同通过冷热气体交换导管(13)连接冷热气体交换腔(14),冷热气体交换腔(14)中充入氦气或氢气作为斯特林发动机的做功工质,热腔传动连接杆(20)分别与热腔活塞(19)和驱动轮(22)连接,冷腔传动连接杆(23)分别与冷腔活塞(15)和驱动轮(22)连接,热腔活塞(19)在热腔(11)内做直线伸缩运动,冷腔活塞(15)在冷腔(17)内做直线伸缩运动,热腔传动连接杆(20)与冷腔传动连接杆(23)共同驱动固定在固定轴承(21)上的驱动轮(22)转动,驱动轮(22)与可变大小皮带轮模块(4)通过皮带Ⅰ(27)连接。3.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置,其特征在于:所述实时温度检测模块(2)包括两个结构相同的热传感器Ⅰ(12)和热传感器Ⅱ(16),热传感器Ⅰ(12)放置在斯特林发动机模块(1)中热腔活塞(19)的上侧,热传感器Ⅱ(16)放置在斯特林发动机模块(1)中冷腔活塞(15)的上侧;其中热传感器Ⅰ(12)和热传感器Ⅱ(16)的结构均由实时温度信号采集放大电路和模数转换电路组成,实时温度信号采集放大电路将采集的温度信号放大后通过模数转换电路传至实时电机驱动模块(3)。4.根据权利要求3所述的基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置,其特征在于:所述实时温度信号采集放大电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、滑动变阻器RP1、滑动变阻器RP2、热电阻传感器RI1、电容C1和放大器LM741;其中5V电源分别连接电阻R1和电阻R2的一端,电阻R1的另一端连接热电阻传感器RI1和电阻R3的一端,电阻R2连接滑动变阻器RP1、电阻R3、电阻R4的一端,热电阻传感器RI1和滑动变阻器RP1的另一端共同接地,电阻R4的另一端分别连接电容C1、电...

【专利技术属性】
技术研发人员:张晶袁振宇吴晟唐云鹏刘江昆袁勇郭皓郭立
申请(专利权)人:昆明理工大学
类型:新型
国别省市:云南,53

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