一种用于斯特林发动机的预热系统及方法技术方案

一种用于预热设置于太阳能热聚光发电装置中的斯特林发动机的系统和方法，其中所述太阳能热聚光发电装置包含太阳能聚集器、斯特林发动机、以及第一太阳能接收单元，所述第一太阳能接收单元适于为驱动所述斯特林发动机的工作循环提供热量。太阳能热聚光发电装置进一步包含与所述斯特林发动机的发动机冷却剂和发动机油中的至少一个流体连接的第二太阳能接收单元，且所述第二太阳能接收单元向太阳能聚集器暴露以接收聚集的太阳光线来增加所述发动机冷却剂和/或发动机油中的至少一个的温度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及斯特林发动机发动之前的预热领域，目的在于减少斯特林发动机内重要部件的磨损和后续疲劳。
技术介绍
斯特林发动机以及其他发动机类型被设计用于可在一定温度下，此时发动机的润滑剂、密封件和其他重要部件以最少的磨损量正常工作。发动时的温度变化和尤其是低温会显著增加这类发动机内部部件的磨损。由此优选总体上要避免发动机的冷启动,且由此存在许多用于预热斯特林发动机及其他类型发动机的解决方案。斯特林发动机可用于许多不同环境，因为它们可在多种热源下工作。例如，它们适用于聚光太阳能热发电、燃料燃烧或者工业过程中的废热。这使得斯特林发动机可以被设置并运行于呈现环境温度变化范围较大的许多不同环境中。斯特林发动机可将热转化为功，因此有利于使用在太阳能热聚光发电装置上。太阳能热聚光发电装置通过太阳能聚集器，例如抛物面，将太阳能聚集并导向斯特林发动机的第一太阳能接收单元。第一太阳能接收单元包含工作气体，工作气体被高度聚集的太阳光线加热并膨胀，使得斯特林发动机能够运行。安装在室外及变化的气候条件中时，用于聚光太阳能热发电装置中的斯特林发动机受制于不同的温度条件。典型地，夜晚的环境温度较冷并经常低于摄氏零度。白天运行时斯特林发动机的一些部件温度可以达到摄氏几百度。前述的冷启动对斯特林发动机的内部件有害，尤其是，例如活塞杆密封等一些部件。活塞杆密封位于斯特林发动机内部，是利用斯特林循环的发动机中最脆弱的部件之一。那些温度差可以对发动机造成麻烦，因为润滑剂、密封件以及其他重要部件有合适的运行温度区间并且被选择主要在运行温度下工作。因此，润滑剂以及密封件可能在某些时候运行不能令人满意，例如在某个寒冷的早晨冷启动后的第一分钟。在这种条件下的运行可能导致发动机更多的磨损和疲劳，甚至可能发生工作气体或发动机油的泄露。通常，用于太阳能热聚光装置的斯特林发动机的预热问题通过使用电加热器或浸没式电加热器预热发动机的冷却剂来解决。电加热器的使用解决了用于太阳能热聚光装置的斯特林发动机预热的问题，但也呈现出一些缺点需要解决。例如，太阳能热聚光装置适合用于在运行时产生电力。使用电加热器预热冷却剂会消耗电力，这在发动之前造成一种状态，在其中被用作发电装置的太阳能热聚光装置不产生电却消耗电。此外，给太阳能热聚光装置增加附加部件，例如电加热器，会对太阳能热聚光装置的生产价格产生附加成本。基于上述问题及现有的解决方案，提供不消耗电力、避免增加附加且昂贵部件的用于发动机冷却剂或斯特林发动机内其他液体的预热系统是有益的。
技术实现思路
由此，本专利技术的目的在于为斯特林发动机提供预热系统，这个预热系统消耗更少的能量，移除了附加的电加热器，并利用太阳能反射器以在启动之前预热所述斯特林发动机。这个目的是通过用于设置在太阳能热聚光发电装置中的斯特林发动机预热系统来实现的，其中冷却剂和/或发动机油是利用来自太阳能聚集器，例如抛物面状碟，聚集的太阳光线的热量来预热的。由此，这个目的是通过用于设置在太阳能热聚光发电装置中的斯特林发动机预热系统来实现的，其中所述太阳能热聚光发电装置包含太阳能聚集器、斯特林发动机、以及第一太阳能接收单元。所述第一太阳能接收单元适合用于为所述斯特林发动机的工作循环提供热量。太阳能热聚光发电装置进一步包含第二太阳能接收单元，所述第二太阳能接收单元与所述斯特林发动机的发动机冷却剂或发动机油中的至少一个流体连接，所述第二太阳能接收单元向太阳能聚集器暴露，用于接收聚集的太阳光线并增加所述发动机冷却剂和/或发动机油中的至少一个的温度。通过使用冷却剂和/或发动机油来预热发动机缸体是在大多数发动机的内部分散热量的有效途径。通过提供第二太阳能接收单元并使任一或两种所述液体通过第二太阳能接收单元，同时引导聚集的太阳光线射向所述第二太阳能接收单元，或将焦点放置于所述第二太阳能接收单元上/或紧挨所述第二太阳能接收单元，液体可以在没有任何电加热器的参与下被加热。这将消除电加热器的使用，取而代之的是实施利用了可再生能源的方案。在一个实施例中，基于本专利技术的系统包含多于一个太阳能接收单元是有益的。斯特林发动机由提取自例如太阳能接收单元的热量驱动。为了达到令人满意的效率同时产生足够量的功率，需要提取大量热量用于驱动斯特林发动机的工作循环。为了预热斯特林发动机，需要较少热量。因此在将第一和第二太阳能接收单元设置在同一个太阳能热聚光发电装置中是有益的。第一太阳能接收单元包含例如工作气体，并且可放置于斯特林发动机装置内，适于在运行阶段加热工作气体。第二太阳能接收单元包含发动机冷却剂和发动机油中的至少一个，其在预热阶段被加热。需要进一步了解的是发动机冷却剂和发动机油不能混合，但是在一个实施例中可将两者都预热以证明对发动机预热的有益效果。这种两者都预热可通过两个分立的第二太阳能接收单元或含有两个用于不同液体的分立回路的多功能第二太阳能接收单元来实现。在一个实施例中，所述太阳能热聚光发电装置进一步包括操作控制器，其中所述操作控制器适于将聚集的太阳光线的对准在第一和第二太阳能接收单元之间移动。冷启动并不是对于所有设置于太阳能热聚光发电装置的斯特林发动机都会发生的问题。例如，在某些情况下斯特林发动机的启动程序可能在环境温度足够高而可以避免冷启动时所产生的问题时才启动。在那些情况下，对斯特林发动机的发动机缸体和内部件的预热可能毫无意义，或者预热的益处可能无法补偿生产时间的损失。在这些情况下，提供控制方法，例如适于将聚集的太阳光线的对准在第一和第二太阳能接收单元之间移动，是很重要的。还应当理解，操作控制器也可以控制焦点的位置以调节每个太阳能接收单元处的功率输出和/或提供第三种状态，在所述第三种状态中焦点被引导离开斯特林发动机装置从而使系统处于非运行状态。在一个实施例中，所述斯特林发动机包含冷却系统。斯特林发动机，如大多数发动机一样，在运行时会产生热量，需要将热量从发动机缸体转移以维持最佳的运行温度。为了实现这个目标，冷却系统，优选地含有液体冷却剂，可设置于斯特林发动机内或紧挨斯特林发动机。在一个实施例中，所述斯特林发动机包含油润滑系统。斯特林发动机在某些配置中需要通过使用发动机油润滑系统来润滑内部件。这种系统在斯特林发动机和其他发动机中都是常见的。应当指出的是所述油润滑系统与其他类型发动机，例如内燃机，中的油润滑系统相似。在一个实施例中，操作控制器设有温度阈值，且所述系统进一步包含连接于操作控制器的温度传感器。操作控制器适于移动太阳能聚集器以在温度传感器给出的温度信号表示温度处于阈值以下时将聚集的太阳光线对准第二太阳能接收器，并当信号升至阈值以上时作出响应而将聚集的太阳光线的对准改变成朝向第一太阳能接收器。用一个或更多温度传感器控当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于设置于太阳能热聚光发电装置中的斯特林发动机的预热系统，其中所述太阳能热聚光发电装置包含太阳能聚集器、斯特林发动机、以及第一太阳能接收单元，所述第一太阳能接收单元适于为驱动所述斯特林发动机的工作循环提供热量，其特征在于，所述太阳能热聚光发电装置进一步包括第二太阳能接收单元，所述第二太阳能接收单元与所述斯特林发动机的发动机冷却剂和发动机油中的至少一个流体连接，所述第二太阳能接收单元向太阳能聚集器暴露以接收聚集的太阳光线来增加所述发动机冷却剂和/或发动机油中的至少一个的温度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：哈肯·桑德伯格，约翰尼·沃尔夫布兰特，
申请(专利权)人：科林洁能能源公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE