[发明专利]基于热声效应的自转向式太阳能驱动的机械水泵装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能的机械装置，尤其涉及一种基于热声效应的自转向式太阳能驱动的机械水泵装置。

背景技术

进入现代工业化时代以来，能源供应匮乏成为了社会进一步发展的瓶颈。人们正在急切地寻求安全、无污染、储量丰富的可替代能源，太阳能无疑是最理想的能源。目前太阳能的应用主要分为光电和集热两种类型，前者将光能转换为电能；后者直接利用太阳能热能。另一方面，水泵是工农业以及日常生活不可缺少的流体机械设备，应用量巨大。

通常的水泵都由电力驱动，若采用太阳能光电转换获得电力，进而驱动电机使水泵工作，这在技术上应该是成熟的方案。但是，不仅太阳能光电转换效率低下，而且生产光伏电池的过程中需要消耗大量的能源，也会产生大量的污染物。如果从短期效应来看，它违背了太阳能作为清洁能源的初衷。因此，若能有效利用太阳能光热，取消发电环节，直接将热能转换为驱动水泵工作所需的机械能，在理论上不仅有望实现更高的器械工作效率，而且可实现更彻底的太阳能清洁利用。

直接将热能转换为机械能的技术方案可以采用基于热声效应(声即压力波)的热机，例如，斯特林发动机属其中一种。该类装置因具有结构简单、理论转换效率高、采用自然工质等优点，现已成为能源动力领域的研究热点。目前国内外已开始关注基于太阳能的热声装置，其应用目标主要为热声制冷和热声发电。现有技术中，中国专利申请CN200910091166.8号、CN200910301042.8号和CN200410006860.2号等公开了利用太阳能聚焦在热声发动机或斯特林发动机上，但它们都是以输出电能而非机械能为目的。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种采用太阳能热声发动机/斯特林发动机获取机械能后直接驱动水泵系统的技术方案

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种直接把低品位的太阳能转化为水泵运转所需的机械能、无电转化的机械水泵装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于热声效应的自转向式太阳能驱动的机械水泵装置，包括：自转向式太阳能集热装置、热声类发动机、针对型特制水泵以及动力传输系统，其中，所述的自转向式太阳能集热装置包括菲涅耳透镜、发条牵引装置、透镜支架和集热管；其中所述菲涅耳透镜固定在所述透镜支架上，所述透镜支架的导轨可转动，所述导轨为半圆形，所述导轨的中心对应所述菲涅尔透镜的焦点；通过所述发条牵引装置，根据在一年之中不同的季节将所述导轨的转动面设置成不同的角度；所述集热管为双层真空集热管；所述热声类发动机包括热腔、散热器、冷腔和调相机构，所述热腔与所述集热管一体连接；所述针对型特制水泵包括第一、第二、第三和第四齿轮以及壳体、支架和第一皮带轮；所述动力传输系统包括与所述热声类发动机的所述调相机构相连的第二皮带轮、与所述第一齿轮同轴并一同转动的所述针对型特制水泵的所述第一皮带轮，以及在所述第一皮带轮和所述第二皮带轮间实现动力输送的皮带；其中，所述第一齿轮与所述第二齿轮相互啮合；所述第二齿轮与所述第三齿轮同轴并一同转动；所述第三齿轮和所述第四齿轮相互啮合并位于所述壳体内，在所述壳体内形成相互隔开的吸入腔和排除腔；所述壳体还具有进水管和出水管，所述进水管与所述吸入腔连通，所述出水管与所述排除腔连通；通过所述第一齿轮向所述第二齿轮传动，从而带动所述第三齿轮转动；当所述第三齿轮转动时，所述吸入腔一侧的轮齿相互脱开处的齿间容积逐渐增大，压力降低，液体在压差作用下从所述进水管进入齿间；所述第四齿轮与所述第三齿轮啮合而转动，齿与齿间的液体被带至所述排出腔；这时所述排出腔一侧的轮齿啮合处的齿间容积逐渐缩小，而将液体通过所述出水管排出。

较佳地，所述调相机构包括第一活塞、第二活塞、第一曲柄、第二曲柄、飞轮和与所述飞轮同轴并一同转动的所述第一皮带轮，以共同执行热声振荡循环；第一活塞设置在所述热腔内；所述第二活塞设置在所述冷腔内，并与所述冷腔的内壁面保持良好气密性接触，但可沿轴向移动；所述第一曲柄将所述第一活塞与所述第二皮带轮连接，所述第二曲柄将所述第二活塞与所述飞轮连接，并且，所述第一曲柄的活动连杆的末端速度与所述第二曲柄的活动连杆的末端速度之间具有90°的相位差。本发明基于热声类发动机的具体运行原理和工作方式，具体结构部件可有所不同。

较佳地，所述热声类发动机为斯特林发动机、行波热声发动机或驻波热声发动机之一。