[发明专利]一种小型自由活塞式太阳能发电机系统

说明书

技术领域：

本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种小型自由活塞式太阳能发 电机系统，适用于太阳能热源以及其他具有集中热源的发电装置。

背景技术：

随着石油、煤炭等能源的逐渐枯竭，地球上人类正在面临严重的能源危机。 太阳能作为一种用之不竭的清洁能源，是目前应对能源危机、减少环境污染的 重要途径。利用太阳能来解决当前人类所面临的能源危机，已成为世界各国的 共识。有关太阳能利用技术的研究也成为了各国竞相研究和开发的热点。

目前主要的太阳能发电技术有太阳能光伏发电和太阳能热发电两种形式。 光伏发电需要用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能。该技术的 关键元件是太阳能电池，其生产成本较高，在加工过程中的能耗也很高，其光 电转换效率也较低，直接导致太阳能光伏电价高，不能广泛应用。

太阳能热发电是利用聚光器聚集太阳能，使其生成高密度的能量，然后转 化为热能。太阳能热发电成本低于光伏发电，同时在相关设备的加工过程中也 不会带来较大污染和能耗，因此将是未来太阳能发电的主要技术。

斯特林发动机是一种外部供热的活塞型发动机，它以气体为工质，在冷热 端温差的作用下，推动活塞做循环往复运动，实现热能向机械能的转化。自由 活塞式斯特林发动机是斯特林的一种结构形式，自由活塞的斯特林发动机具有 技术含量高、结构简单、工作稳定、效率高、使用方便可靠、价格低廉，在小 型自由活塞式太阳能发电系统中比一般的斯特林发动机更具有生命力。

直线电机可以看成是旋转电机在结构上的一种演变，可以分为动磁式直线 发电机、动圈式直线发电机和动铁式直线发电机。一般采用动圈式和动磁式直 线发电机，直线发电机是将直线运动的机械能转化为电能的一种发电装置。

现有的太阳能热发电机结构比较复杂，热交换器实际热转化效率较低。对 于高压强高频率的发电机往往系统密封性不能满足要求，而且工作时活塞往复 运动造成较大摩擦损耗，同时产生较大的噪声和振动，造成发电机系统寿命短。

发明内容：

本发明针对现有技术存在的缺陷和不足，即太阳能发电系统热交换器热效 率较低，太阳能发电机系统密封性能较差以及使用过程中活塞磨损严重等问题， 导致太阳能发电系统效率低、寿命短等不足，提出了一种小型自由活塞式太阳 能发电机系统。该系统的热交换部分采用一体化传热翼片结构进行热交换，以 提高热交换效率；机械能到电能转换部分结构将采用直线发电机，配气活塞密 封结合传统密封圈密封和微间隙密封结构，动力活塞密封采用传统密封圈密封 和新型的磁流磁流变液密封组合密封技术，提高了发电机系统密性能。

为达到上述目的，本发明通过下述技术方案来实现的。

一种小型自由活塞式太阳能发电机系统，包括自由活塞式太阳能发动机部 分和永磁直线发电机部分；其中，

自由活塞式太阳能发动机部分包括热交换器和动力传动装置，热交换器包 括一端开口的发电机热缸、高温端加热器、回热器以及冷却器，高温端加热器 设置在发电机热缸相对于开口端的热端气缸上，回热器设置在发电机热缸内壁 的周向上，冷却器设置在发电机热缸靠近开口端的周向上；动力传动装置包括 两端开口的发电机冷缸、配气活塞、输出机械能的动力活塞以及固定轴盘，发 电机冷缸的一端与发电机热缸的开口端连接在一起，固定轴盘包括一体化成型 的盘体以及设置在盘体的端面中心处的阶梯轴，且在盘体的端面上开设有若干 周向均布的通气孔，固定轴盘的盘体固定在发电机冷缸与发电机热缸之间，固 定轴盘的阶梯轴伸入至发电机热缸内，配气活塞通过配气活塞柔性板弹簧固定 在固定轴盘的阶梯轴上；动力活塞设置在发电机冷缸内，一端与永磁铁电机动 子相连，另一端为自由端，且能够在发电机冷缸内直线往复滑动。

本发明进一步的改进在于，永磁直线发电机系统部分包括一端开口的发电 机密封端盖、永磁铁电机动子和电机绕组定子，发电机密封端盖的开口端与发 电机冷缸的另一端连接在一起，电机绕组定子通过发电机定子固定框架安装在 发电机密封端盖内，永磁铁电机动子设置在电机绕组定子的中心处，永磁铁电 机动子的两端通过安装在发电机定子固定框架两端的动子柔性板弹簧固定，且 永磁铁电机动子的一端与动力活塞的一端通过动子柔性板弹簧连接在一起。

本发明进一步的改进在于，高温端加热器为槽翼式加热器，包括若干环形 分布在热端气缸上的翼形肋片。