一种基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，包括太阳能集热器、变相蓄热装置、斯特林发电机、纳米流体管路、储液装置、工质泵、热水换热管道和真空集热管；所述太阳能集热器内部设有真空集热管；所述真空集热管出口通过三通阀门与变相蓄热装置进口连接所述纳米流体管路另一端通过三通阀门与斯特林发电机进口连接，所述三通阀门的另一端与变相蓄热装置出口连接；所述斯特林发电机出口依次连接储液装置、工质泵、热水换热管道、三通阀门和真空集热管进口；所述三通阀门另一端与变相蓄热装置进口连接。本实用新型专利技术具备高效热电转换、低噪声运行、长时高可靠工作的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统
本技术涉及发电领域，特别涉及一种基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统。
技术介绍
能源是人类生存与经济发展的物质基础，随着世界经济持续、高速地发展，能源短缺、环境污染、生态恶化等问题逐渐加深，能源供需矛盾日益突出。其中，最常见和突出的能源问题是能源短缺和环境污染。太阳能作为取之不尽的清洁能源其应用领域日趋扩大，太阳能光伏发电和太阳能光热发电是太阳能应用的主流发展方向。太阳能光热发电利用高精度聚光器将低密度的太阳能汇聚成高密度热能，通过加热工质来驱动发电机，实现光电转化。在我国广袤的西部地区有大量的牧民，若采用集中供电的方式，会产生以下几个问题：1)基础设施消耗较高：草原上地广人稀，用集中式供电需要建设大量的电站，铺设较长输电线，消耗巨大的时间、金钱成本；2)线路损耗较大：较长的输电线铺设导致电量输送过程中的电能损失，供电范围较大，电压质量下降；3)用电安全：草原环境恶劣，设备的使用寿命大大缩短，在正常使用中可能会产生危险。由于草原上电网难以完全覆盖，很多牧民的用电采用自备柴油发电机，但是柴油发电机具有发电效率低、环境污染严重的缺点，尤其是在草原等较为脆弱的生态系统中。难以达到“环境友好”和“低碳”的要求。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本技术提供了一种基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，太阳能集热器有追光功能，能自动跟踪太阳位置进行360旋转，在无人为干预时获取最好的光热转化效率，位于中间的相变蓄热装置能够在光照充足时储存多余的太阳能并在光照强度不足时对流体工质进行及时补热，位于最下方的自由活塞斯特林发电机接受纳米流体带来的热量进行运作，并利用自然风冷进行散热，另外设有补热接口和热水加热接口。本技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，包括太阳能集热器、相变蓄热装置、斯特林发电机、纳米流体管路、储液装置、工质泵、热水换热管道和真空集热管；所述太阳能集热器内部设有真空集热管，用于利用太阳能加热真空集热管内填充的纳米流体；所述真空集热管出口通过第一三通阀门与相变蓄热装置进口连接，所述第一三通阀门的另一端与纳米流体管路一端连接，所述纳米流体管路另一端通过第二三通阀门与斯特林发电机进口连接，所述第二三通阀门的另一端与相变蓄热装置出口连接；所述斯特林发电机出口依次连接储液装置、工质泵、热水换热管道、第三三通阀门和真空集热管进口；所述第三三通阀门另一端与相变蓄热装置进口连接。进一步，还包括控制器，所述控制器控制第一三通阀门用于使真空集热管出口与相变蓄热装置进口连通或真空集热管出口与纳米流体管路连通；所述控制器控制第二三通阀门用于使相变蓄热装置出口与斯特林发电机进口连通或纳米流体管路与斯特林发电机进口连通；所述控制器控制第三三通阀门用于使热水换热管道与真空集热管进口连通或热水换热管道与相变蓄热装置进口连通。进一步，所述纳米流体为Al2O3纳米流体。进一步，还包括感光装置和旋转装置，所述太阳能集热器底部安装旋转装置，所述感光装置位于太阳能集热器上部，用于感知光照强度；所述控制器根据感光装置控制旋转装置旋转角度。进一步，所述太阳能集热器包括太阳能副集热器和太阳能主集热器，所述太阳能主集热器两侧通过可收缩的副集热器支撑装置连接太阳能副集热器，所述控制器控制可收缩的副集热器支撑装置使太阳能副集热器撑开或收起。进一步，还包括套管补热装置，所述套管补热装置通过外部热能补充加热纳米流体管路内的纳米流体。本技术的有益效果在于：1.本技术所述的基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，为了适应西部地区的昼夜温差和装置的一体化便携特点，与一般纳米流体传热工质相比，本技术采用的Al2O3纳米流体具有良好的抗冻能力，在一定颗粒质量分数范围内，表现出太阳光谱强吸收的特性，使光热转化得到强化。同时也显著增加了液体的导热系数，强化流体的对流传热，减少了装置中使用的工质质量，进一步降低成本和装置重量。2.本技术所述的基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，控制太阳能集热器实现追光功能，控制太阳能集热器360旋转和倾角的调节，使太阳能集热器在一天中无需人为干预而自动调节达到光热转化率最高点，使太阳能集热器具有较高的光热转化率，两侧能升降的副集热器为该套装置提供更多的太阳能辐射热。3.本技术所述的基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，采用堇青石基陶瓷-合金PCM复合储热材料作为相变蓄热装置，其稳定性好，无毒、无腐蚀、不易燃易爆，热导率大，储存和释放能量能够随时进行，热量变化产生的材料体积效应要小；材料成本低。储能密度大，减小整体装置的尺寸。4.本技术所述的基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，装置的一体化设置可以减小整体占地面积，且可以根据需求将数个这样的发电单元串联使用。当牧民需要搬迁时，其主要部件作为整体无需拆卸而可整体移动。5.本技术所述的基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，减少化石燃料的使用降低污染，该套装置具有较高的可靠性，其各部件使用寿面长，减少定期维修保养的费用。6.本技术所述的基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，也可外接生物质燃烧的套管补热装置，用于光照强度不够或应急状态下补充加热纳米流体管路内的纳米流体。7.本技术所述的基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，提供热水管道换热，可以外接水箱，保障牧民的热水使用需求。附图说明图1为本技术所述的基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统图。图中：1-太阳能副集热器；2-太阳能主集热器；3-第一三通阀门；4-纳米流体管路；5-相变蓄热装置；6-套管补热装置；7-第二三通阀门；8-斯特林发电机；9-旋转装置；10-储液装置；11-工质泵；12-控制器；13-热水换热管道；14-可收缩的副集热器支撑装置；15-第三三通阀门；16-感光装置；17-伸缩软管；18-真空集热管；A-加热段进口；B-加热段出口；C-蓄热装置进口；D-蓄热装置出口；E-热端进口；F-热端出口；G-补热进口；H-补热出口；I-水箱进口；J-水箱出口。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本技术作进一步的说明，但本技术的保护范围并不限于此。如图1所示，本技术所述的基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，包括太阳能集热器、控制器12、感光装置16、旋转装置9、相变蓄热装置5、斯特林发电机8、纳米流体管路4、储液装置10、工质泵11、热水换热管道13和真空集热管18；所述太阳能集热器内部设有真空集热管18，用于利用太阳能加热真空集热管18内填充的纳米流体；所述纳米流体为Al2O3纳米流体。所述真空集热管18出口通过第一三通阀门3与相变蓄热装置5进口连接，所述第一三通阀门3的另一端与纳米流体管路4一端连接，所述纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，其特征在于，包括太阳能集热器、相变蓄热装置(5)、斯特林发电机(8)、纳米流体管路(4)、储液装置(10)、工质泵(11)、热水换热管道(13)和真空集热管(18)；/n所述太阳能集热器内部设有真空集热管(18)，用于利用太阳能加热真空集热管(18)内填充的纳米流体；所述真空集热管(18)出口通过第一三通阀门(3)与相变蓄热装置(5)进口连接，所述第一三通阀门(3)的另一端与纳米流体管路(4)一端连接，所述纳米流体管路(4)另一端通过第二三通阀门(7)与斯特林发电机(8)进口连接，所述第二三通阀门(7)的另一端与相变蓄热装置(5)出口连接；所述斯特林发电机(8)出口依次连接储液装置(10)、工质泵(11)、热水换热管道(13)、第三三通阀门(15)和真空集热管(18)进口；所述第三三通阀门(15)另一端与相变蓄热装置(5)进口连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，其特征在于，包括太阳能集热器、相变蓄热装置(5)、斯特林发电机(8)、纳米流体管路(4)、储液装置(10)、工质泵(11)、热水换热管道(13)和真空集热管(18)；
所述太阳能集热器内部设有真空集热管(18)，用于利用太阳能加热真空集热管(18)内填充的纳米流体；所述真空集热管(18)出口通过第一三通阀门(3)与相变蓄热装置(5)进口连接，所述第一三通阀门(3)的另一端与纳米流体管路(4)一端连接，所述纳米流体管路(4)另一端通过第二三通阀门(7)与斯特林发电机(8)进口连接，所述第二三通阀门(7)的另一端与相变蓄热装置(5)出口连接；所述斯特林发电机(8)出口依次连接储液装置(10)、工质泵(11)、热水换热管道(13)、第三三通阀门(15)和真空集热管(18)进口；所述第三三通阀门(15)另一端与相变蓄热装置(5)进口连接。


2.根据权利要求1所述的基于自由活塞斯特林发电机的一体化发电系统，其特征在于，还包括控制器(12)，所述控制器(12)控制第一三通阀门(3)用于使真空集热管(18)出口与相变蓄热装置(5)进口连通或真空集热管(18)出口与纳米流体管路(4)连通；所述控制器(12)控制第二三通阀门(7)用于使相变蓄热装置(5)出口与斯特林发电机(8)进口连通或纳米流体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：董宇航，潘剑锋，程凌峰，李飞扬，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32