[发明专利]太阳能热机

说明书

技术领域

本发明涉及一种以太阳能为动力来源的机械装置。

背景技术

太阳能是一种洁净和可持续产生的能源，发展太阳能科技可减少发电过中使用矿物燃料，从而减轻空气污染及全球暖化的问题，它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。

从全国来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4kWh/m²以上，西藏地区最高达7kWh/m²。利用太阳能有许多优点：

如普遍、无害、巨大、长久。

目前在利用太阳能方面，也存在不少困难和障碍：(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。(2)不稳定性：由于受到昼夜、气候、季节等自然条件的限制以及影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。(3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仅只利用太阳能直接转化为机械能的太阳能热机。

本发明所述的太阳能热机由太阳热辐射能收集器和热机两部分组成，太阳热辐射能收集器由一个多歧管腔体和多根真空太阳能热收集管组成，所述的多歧管腔体为中空腔体，其外覆盖有绝热材料，其赤道平面上均匀设置多个向外辐射的管口，每个管口连接一根真空太阳能热收集管，其内壁有黑色吸热涂层，多根真空太阳能热收集管与中心位置的多歧管腔体共同形成花瓣状结构，多歧管腔体和多根真空太阳能热收集管为一个内连通的封闭体，其中充满易导热液体物质；热机包括两个活塞、一个腔体和一个热交换体，所述的腔体为圆柱形，腔体侧壁有空气输送阀，其两端分别固定安装磁性方向相反的驻极磁体，在腔体的中央固定安装有热交换体，将整个腔体分隔为两个独立腔体，在每一个腔体中各设有一个活塞，活塞的中心有通气孔，上面安装单向空气阀，通气孔外围设有驻留磁体，在活塞外圈还设有动磁体，所述的驻极磁体、驻留磁体和动磁体均为环状永磁体，其内、外环为不同的极性，同一腔体中的动磁体与驻极磁体极性一致；所述的热交换体内部为中空结构，内部设有隔离板，通过进液管和出液管与太阳热辐射能收集器的多歧管腔体互通，在管道上连接有循环泵。

在本发明中，热机包括了两个活塞、一个腔体和一个热交换体，是为了效率最大化，如果忽略效率和成本因素，可以采用一个活塞、一个腔体和一个热交换体的简化结构，只是去掉了一个活塞和相应部分的腔体，其余结构不变，也可达到同样目的。

本发明原理说明：本发明所设计的装置利用了永磁材料温度发生改变，会导致其磁场强度发生改变的物理现象，利用本发明的装置收集太阳热辐射能产生高温，通过对活塞装置中的永磁材料反复地加热和降温，使活塞在外部磁场的作用下产生规律机械运动，最终将太阳热辐射能量转换成机械能。在本发明中，利用本装置将太阳能转化成机械能对空气进行压缩，压缩后的空气可用于发电，或驱动其他机械装置等用途。

本发明所设计的装置是一种运行温度低的太阳能装置，其工作温度在130度左右，所以不需要像有些高温太阳能设备那样，将光线进行反射和高度会聚，确保工作物质达到700-800度，甚至更高的温度。因此在能量收集环节，本发明提供的装置工艺简单，成本较低。由于是直接的收集热辐射能，相关环节只有一个——真空太阳能热收集管，将辐射能直接转化为热能，中间无二次转换环节，所以损失的能量极少。此外，不存在聚焦反射镜，就不需要对高反光镜面实施清洁保养，不担心镜面寿命问题；因为不存在会聚光线问题，所以不需要对太阳进行精确跟踪，就免除了复杂的运算设备，机械传动设备，也同时免除了这些设备带来的能量消耗。