[实用新型]太阳能斯特林发动机加热头换热器

说明书

技术领域

本实用新型所述的太阳能斯特林发动机加热头换热器，涉及一种应用于太阳能光热型斯特林发动机的换能部件。

背景技术

斯特林发动机是一种外部能源供热的闭式循环外燃机，具有使用能源范围广、转换效率高、运行平稳、低污染或无污染运行的特点，是绿色新能源开发的核心技术装备。在太阳能光热开发利用上，斯特林发动机利用大型蝶式聚光跟踪装置产生的高温光热源工作，通过发动机换热器部件、回热及冷却换能部件、活塞机构转换成机械能驱动发电机工作。斯特林太阳能热电系统无燃烧废气排放，无有害气体、润滑油污染排放，且不消耗和依赖大量水资源。发动机制造过程类似于小型内燃机，不产生严重环境污染。

现有的斯特林发动按照供能方式分为燃气型和光热型：1、燃气型斯特林发动机由燃气经燃烧器燃烧产生的热能功能，其换热器为U型直管列设计排布，主要通过燃烧产生的高温烟气对流换热；2、太阳能光热型斯特林机的换热器多为盘形结构或蝶形结构管列，加热管外壁接收高能聚光光源辐照换热。

太阳能光热型斯特林机的技术特征是均采用耐高温的管作为换热装置的主换热器，并通过换热管端两头汇流通道连接到发动机活塞和回热器，形成封闭的工质循环腔道。而已有的技术主要强调了弯管过程中的局部工艺优化，从而对整套系统的成本和生产效率带来了有力条件。

不过现有的太阳能光热型斯特林发动机存在下列问题：

1、换热器配套的回热腔数量过多，铸造成本过高，合格率低下；

2、换热器管件空间延长尺寸过大，无疑容积大、弯管结构复杂，单件成本高；

3、配套的回热器和冷却器等发动机其他零部件数量过多，缸体结构复杂，整体成本过高。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的太阳能斯特林发动机加热头换热器，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本实用新型的目的是研究设计一种新型的太阳能斯特林发动机加热头换热器。用以解决现有技术中存在的：1、换热器配套的回热腔数量过多，铸造成本过高，合格率低下；2、换热器管件空间延长尺寸过大，无疑容积大、弯管结构复杂，单件成本高；3、配套的回热器和冷却器等发动机其他零部件数量过多，缸体结构复杂，整体成本过高等问题。

本实用新型的所指太阳能斯特林发动机换热器系该种类发动机中的高温换能部件。外部热源(聚光光热)通过换热器加热发动机内部工质气体，经热气循环过程推动活塞机对外做功，换热器的换热效率、可靠性及耐久性是影响斯特林发动机的重要因素。

本实用新型的技术解决方案是这样实现的：

本实用新型所述的太阳能斯特林发动机加热头换热器；其特征在于所述的太阳能斯特林发动机加热头换热器是由四组加热头组件圆周阵列组成；加热头组件包括活塞腔体、回热腔体、加热管、温度传感器；活塞腔体与回热腔体装于安装与发动机上，活塞腔体与回热腔体在发动机缸体安装位置上相对相位角为90°；在每对活塞腔体与回热腔体之间装有N个加热管，形成由N个加热管排列组合而成的太阳光接受曲面；在活塞腔体内及加热管上分别装有多个温度传感器。

本实用新型所述的活塞腔体的下部加工有安装法兰，安装法兰口与发动机安装断面平行；活塞腔体的轴线与发动机主轴平行，活塞腔体的顶部加工有插入加热管的台阶孔，每格台阶孔均有焊接配合空和气道通气孔组成，气道通气孔与焊接配合孔要求同轴，台阶孔台阶面与轴线要求垂直；焊接配合孔与加热管之间选择真空钎焊工艺进行连接，加热管和孔的单边间隙为0-0.1mm。

本实用新型所述的回热腔体的下部加工有安装法兰，安装法兰口与发动机安装断面平行；回热腔体的轴线与发动机主轴平行。

本实用新型所述的活塞腔体、回热腔体加热管及温度传感器采用高温合金或耐热钢材料制成，连接处采用高温真空钎焊工艺焊接，使换热器部件具备耐高温高压特性。

本实用新型所述的加热管迎光面采用球面螺旋线形或梯形螺旋线形设计，每组换热器由12-18根热管组成一个换热面，一台发动机由相同的四组换热器构成一个完整的发动机换能部件，换能部件组成一个内球面状或内凹型的受热面，高能聚光光源较为均匀照射在接受面上位置，使加热管迎光面各处得到均匀的能量供给；球形面换热器面积与光热源能量密度匹配设计，使加热管表面能流密度处于合适的范围内。