本实用新型专利技术涉及一种特征吸收光谱的辐射吸热器和斯特林发动机，所述装置可以实现斯特林发动机内部的工质气体快速吸收辐射能量，并可以在太阳能不足时，采用辅助加热方式，保证斯特林发动机稳定运行。所述的采用特征吸收光谱的气体体吸热的快速吸热型加热器主要包括加热器底座、光能转换器件、加热管、燃烧室和加热管阀门。所述的光能转换器件将太阳能转换为工质气体的特征吸收峰邻近的辐射能，工质直接立体吸收辐射能。本实用新型专利技术有利于增强斯特林发动机热端辐射换热、高效利用聚焦太阳光中心高温能量、减少热端死体积，解决斯特林加热器爆管等问题，提高发动机效率，实现光热互补利用，提高发动机的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种特征吸收光谱的辐射吸热器和斯特林发动机,特别涉及一种使用光能转换器件，光能转换器件一侧吸收聚焦太阳光转换为热能，热能传递到光能转换器件另一侧，转换为气体工质的特征吸收峰邻近的辐射能，并向膨胀腔内辐射换热,并可以实现光热互补，可应用于碟式-斯特林太阳能热发电系统的采用辐射加热的斯特林加热器。
技术介绍
碟式-斯特林太阳能热发电是太阳能热发电技术中光电转换效率最高的一种方式，同时由于发电功率较小，适合于小型分布式能源系统。其利用抛物面聚光镜收集太阳光并将其反射到聚光镜的焦点处，斯特林发动机通常安放在聚光镜焦点位置光斑附近，聚得的集中、高温、高热流密度的热量被斯特林发动机加热管吸收，加热内部工质，将太阳能转变为热能，保证斯特林发动机的稳定运行，从而带动发电机发电。斯特林发动机(又称热气机)是一种利用外部热源实现可逆循环即斯特林循环的发动机，可以是活塞式发动机，利用密封在回路中的工质周期性膨胀和压缩，实现热能向机械功的转化。斯特林发动机外部加热的特点使其具有能源适应性好的突出优点，不仅可燃用煤、汽油、柴油、天然气等化石能源，木屑、秸秆、酒精、沼气等生物质能源，还可利用余热、太阳能等低品位能源。外部燃烧过程连续，易于实现燃烧控制和燃烧完全，排放的有害气体大大减少，同时没有爆震和排气波现象，运转平稳，可靠性高。可作为发电的原动机、制冷机、热泵和压力发生器，在家用电器，汽车，轮船和航空航天、微电子以及生物低温保存等诸多领域具有广泛的应用。斯特林发动机工作容积主要由以下五部分组成：膨胀腔、压缩腔、加热器、回热器和冷却器。工质在活塞运动的驱动下在回路中往复流动，在加热器内被外部热源加热，在冷却器内被外部冷源冷却。采用不同的加热方式，相应的斯特林加热器结构有不同特点。根据已有相关研究，燃气加热的加热管一般多为U型直列管，加热器由一定数量的加热管沿圆周均匀排布，加热管管壁上安装有光能转换器件，它可以透过特定波长的辐射，用以加热对应的工质气体，使气体的吸热效果更好；当太阳辐射较弱时，可辅以通入热烟气，与加热管进行对流换热。太阳辐射加热的斯特林加热管往往设计成向外伸张、整体呈轴对称的结构，以在有限的空间内能更多的吸收太阳能，还有腔体式隔热结构包围加热器管，以集中热量、减少热损失。由于太阳辐射存在非常明显的不稳定性，当太阳辐射不足或者没有时，斯特林发动机达不到运行功率要求，因此需要额外热源供热，利用燃气加热结合太阳能加热是一种比较合理的选择。研究表明，由于燃气产生的烟气温度一般在1000℃以下，颗粒物含量少，因此对流换热方式占主导，辐射换热量占总换热量31％左右，强化烟气与加热管之间的对流换热以提高斯特林发动机性能也有大量研究。传统的斯特林发动机的加热器必须足够的换热面积才能完全加热斯特林发动机内部的工质气体，与此对应斯特林发动机加热器部分具有比较大的死容积，这是影响斯特林发动机效率的重要因素，如果能够实现斯特林发动机加热器部分工质气体的快速换热，并减少斯特林发动机加热器部分的死容积，对提高斯特林发动机的输出功率与循环效率有重要的作用。碟式太阳能聚光系统中，聚焦太阳光中心具有很高的温度，这对斯特林发动机加热器的材料提出了巨大的挑战，通常碟式太阳能热发电系统中斯特林发动机通常会避开这部分高温能量，从而使整个光热效率降低。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种采用特征吸收光谱的气体体吸热的快速吸热型斯特林发动机加热器装置和斯特林发动机。以太阳辐射加热为主，燃烧加热作为辅助热源，通过光能转换器件，部分太阳辐射能在膨胀腔顶端辐射出工质气体吸收峰附近的特定窄谱光波加热工质，部分太阳辐射能对加热器内部工质加热，适用于碟式-斯特林太阳能热发电系统。传统的斯特林发动机采用普通的加热器，斯特林发动机热端具有比较大的死容积，热端死容积是影响斯特林发动机效率和循环功率的重要因素。采用光能转换器件可以实现斯特林发动机内部工质气体的快速吸热，从而减少斯特林发动机热端的死容积，提高了斯特林发动机的循环功率和效率。本技术公开了一种将太阳光转换为斯特林循环工质特征吸收光谱的辐射吸热器，包括加热器底座、光能转换器件、加热管、燃烧室和加热管阀门，所述的加热管与加热管阀门相连；加热管阀门与加热器底座相连，所述的燃烧室位于加热管的周侧，燃烧室内供给加热管所需要的热量，所述的光能转换器件位于加热器底座和斯特林发动机的膨胀腔上端；所述的加热器底座拥有第一孔结构、第二孔结构、第三孔结构；所述第二孔结构位于加热器底座与膨胀腔连接处；所述第一孔结构位于加热器底座与回热器连接处；所述第三孔结构位于膨胀腔与回热器连接处，并靠近加热器底座上端面。进一步的，所述的光能转换器件的材料是半导体或金属，包括光吸收器、中间层和光辐射器，光吸收器吸收聚焦太阳光并转换为热能，中间层起热传递作用，光辐射器辐射出气体工质的特征吸收峰邻近的辐射能，直接通过热辐射加热膨胀腔内工质气体，所述的气体工质的特征吸收峰邻近的辐射能是辐射光谱的中心波长和气体工质的特征吸收峰的中心波长相同且谱线宽度小于气体工质的特征吸收峰的谱线宽度的辐射能。进一步的，所述的将太阳光转换为斯特林循环工质特征吸收光谱的辐射吸热器的吸热工质包括二氧化碳、丁烷或丁烯的一种或多种。进一步的，所述的第三孔结构处于常开状态；所述的第一孔结构和第二孔结构可以通过控制加热管阀门实现。所述的第一孔结构与第二孔结构处于打开状态时可以通过控制所述的加热管阀门实现控制第一孔结构与第二孔结构的开孔大小，从而控制通过加热管和第三孔结构工质气体的流量比。进一步的，所述的加热管沿圆周均匀排布，单根加热管弯折为两段，呈空间弧线形。第一孔结构与第二孔结构处于打开状态时，工质气体从膨胀腔通过第二孔结构进入加热管的一端，并从加热管的另一端通过第一孔结构进入回热器。进一步的，所述的加热器使用的太阳辐射热源可以通过太阳能聚光系统实现，并通过CPC聚光器实现进一步聚光。本技术还公开了一种斯特林发动机包括所述的将太阳光转换为斯特林循环工质特征吸收光谱的辐射吸热器，还包括回热器、冷却器、膨胀腔和压缩腔，辐射吸热器与回热器的一端相连，回热器的另一端与冷却器相连，冷却器出口与压缩腔相连，辐射吸热器出口与膨胀腔相连，膨胀腔、辐射吸热器、回热器、冷却器和压缩腔形成一个完整的循环回路，工质气体在所述的循环回路中流动。进一步的，所述膨胀腔和所述压缩腔分别与膨胀腔活塞和压缩腔活塞相连，并采用膨胀腔活塞环和压缩腔活塞环将所述膨胀腔和所述压缩腔中的工质气体与外部气体隔绝开，膨胀腔活塞和压缩腔活塞分别通过膨胀腔活塞连杆和压缩腔活塞连杆而与传动结构相连；传动机构与飞轮一端相连；飞轮另一端和电机相连。综合来说，本技术与现有技术相比具有以下优势：1.使用采用特征吸收光谱的气体体吸热的快速吸热型斯特林发动机加热器装置的斯特林发动机，适用于碟式太阳能辐射加热。在采用太阳辐射热源的加热情况下，通过光能转换器件辐射出工质气体吸收峰附近的特定窄谱光波，被流经的工质直接快速、高效地吸收.所述装置可以充分利用聚焦太阳光中心高温部分的能量，提高光热转换效率，并可以使用超过1000℃的高温聚焦太阳能。2.使用采用特征吸收光谱的气体体吸热的快速吸热型斯特林发动机加热器装置的斯特林发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种将太阳光转换为斯特林循环工质特征吸收光谱的辐射吸热器(1)，其特征在于包括加热器底座(6)、光能转换器件(5)、加热管(3)、燃烧室(2)和加热管阀门(4)，所述的加热管(3)与加热管阀门(4)相连；加热管阀门(4)与加热器底座(6)相连，所述的燃烧室(2)位于加热管(3)的周侧，燃烧室(2)内供给加热管(3)所需要的热量，所述的光能转换器件(5)位于加热器底座(6)和斯特林发动机的膨胀腔(19)上端；所述的加热器底座(6)拥有第一孔结构(20)、第二孔结构(21)、第三孔结构(22)；所述第二孔结构(21)位于加热器底座(6)与膨胀腔(19)连接处；所述第一孔结构(20)位于加热器底座(6)与回热器(7)连接处；所述第三孔结构(22)位于膨胀腔(19)与回热器(7)连接处，并靠近加热器底座(6)上端面。
【技术特征摘要】
1.一种将太阳光转换为斯特林循环工质特征吸收光谱的辐射吸热器(1)，其特征在于包括加热器底座(6)、光能转换器件(5)、加热管(3)、燃烧室(2)和加热管阀门(4)，所述的加热管(3)与加热管阀门(4)相连；加热管阀门(4)与加热器底座(6)相连，所述的燃烧室(2)位于加热管(3)的周侧，燃烧室(2)内供给加热管(3)所需要的热量，所述的光能转换器件(5)位于加热器底座(6)和斯特林发动机的膨胀腔(19)上端；所述的加热器底座(6)拥有第一孔结构(20)、第二孔结构(21)、第三孔结构(22)；所述第二孔结构(21)位于加热器底座(6)与膨胀腔(19)连接处；所述第一孔结构(20)位于加热器底座(6)与回热器(7)连接处；所述第三孔结构(22)位于膨胀腔(19)与回热器(7)连接处，并靠近加热器底座(6)上端面。2.如权利要求1所述的将太阳光转换为斯特林循环工质特征吸收光谱的辐射吸热器(1)，其特征在于所述的光能转换器件(5)的材料是半导体或金属，包括光吸收器、中间层和光辐射器，光吸收器吸收聚焦太阳光并转换为热能，中间层起热传递作用，光辐射器辐射出气体工质的特征吸收峰邻近的辐射能，直接通过热辐射加热膨胀腔内工质气体，所述的气体工质的特征吸收峰邻近的辐射能是辐射光谱的中心波长和气体工质的特征吸收峰的中心波长相同且谱线宽度小于气体工质的特征吸收峰的谱线宽度的辐射能。3.如权利要求2所述的将太阳光转换为斯特林循环工质特征吸收光谱的辐射吸热器(1)，其特征在于，所述的将太阳光转换为斯特林循环工质特征吸收光谱的辐射吸热器(1)的吸热工质包括二氧化碳、丁烷或丁烯的一种或多种。4.如权利要求1所述的将太阳光转换为斯特林循环工质特征吸收光谱的辐射吸热器(1)，其特征在于，所述的第三孔结构(22)处于常开状态；所述的第一孔结构(20)和第二孔结构(21)可以通过控制加热管阀门(4)实现；所述的第一孔结构(20)与第二孔结构(21)处于打开状...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚，仇旻，倪明江，李强，王树林，骆仲泱，岑可法，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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