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脈沖供水外熱式太陽能發動機.pdf

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脈沖 供水 外熱式 太陽能 發動機
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摘要
申請專利號:

CN201410073327.1

申請日:

2014.03.03

公開號:

CN104895750A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||著錄事項變更IPC(主分類):F03G 6/06變更事項:發明人變更前:聶再安變更后:聶再安 聶磊|||實質審查的生效IPC(主分類):F03G 6/06申請日:20140303|||公開
IPC分類號: F03G6/06; F24J2/10; F24J2/05; F24J2/54 主分類號: F03G6/06
申請人: 聶再安
發明人: 聶再安
地址: 410000湖南省長沙市開福區四方坪香樟雅郡3棟606
優先權:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410073327.1

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2018.01.30|||2018.01.19|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種脈沖供水外熱式太陽能發動機,在旋轉拋物面聚光鏡的中心安裝加熱室,在旋轉拋物面的焦點處安裝一個把入射光再次反射聚焦到加熱室的小凹面反光鏡,加熱室通過高壓軟管與動力機連接,向加熱室內脈沖供水的柱塞水泵與加熱室連接。本發明制造簡單,使用壽命長,成本價格低廉,熱效率高,清潔環保,易于推廣應用。

權利要求書

權利要求書
1.  一種脈沖供水外熱式太陽能發動機,其特征在于,在旋轉拋物面聚光鏡的中心安裝加熱室,在旋轉拋物面的焦點處安裝一個把入射光再次反射聚焦到加熱室的小凹面反光鏡,加熱室通過高壓軟管與動力機連接,向加熱室內脈沖供水的柱塞水泵與加熱室連接。

2.  根據權利要求1所述的脈沖供水外熱式太陽能發動機,其特征在于,所述的加熱室其周圍和底面有保溫層,上面有鋼化玻璃蓋板。

3.  根據權利要求1所述的脈沖供水外熱式太陽能發動機,其特征在于,所述的動力機安裝在立柱頂端的機架上,機架一端與旋轉拋物面聚光鏡鉸接,機架另一端由仰角絲桿調節裝置與旋轉拋物面聚光鏡連接,機架和立柱之間安裝有水平旋轉裝置。

4.  根據權利要求1所述的脈沖供水外熱式太陽能發動機,其特征在于,所述的柱塞水泵上安裝有向加熱室噴水霧的霧化噴嘴。

5.  根據權利要求1所述的脈沖供水外熱式太陽能發動機,其特征在于,所述的旋轉拋物面聚光鏡以石棉水泥做基材,用預應力鋼筋骨架做支撐,聚光鏡凹面由玻璃鍍銀鏡面分塊嵌裝。

6.  根據權利要求1所述的脈沖供水外熱式太陽能發動機,其特征在于,所述的動力機采用氣缸活塞式脈沖供水熱氣機,在其氣缸蓋的中央部位,安裝有柱塞水泵,柱塞水泵通過噴嘴與加熱室連接,氣缸蓋上還安裝有高壓軟管,高壓軟管通過第一單向閥和第二單向閥與加熱室連接。

7.  根據權利要求1所述的脈沖供水外熱式太陽能發動機,其特征在于,所述的動力機采用氣缸活塞式脈沖供水蒸汽機,在其氣缸蓋上安裝了高壓 進氣閥,進氣柱塞安裝在高壓進氣閥中間,進氣柱塞由凸輪、連桿、搖臂和彈簧控制,進氣柱塞的上下移動控制高壓進氣口的開閉,柱塞水泵安裝在脈沖供水蒸汽機內的凸輪上方,柱塞水泵通過第三單向閥與加熱室連接。

8.  根據權利要求1所述的脈沖供水外熱式太陽能發動機,其特征在于,所述的動力機采用氣缸活塞式脈沖供水雙缸熱氣機,所述的氣缸活塞式脈沖供水雙缸熱氣機具有工作氣缸、輸氣氣缸和工作活塞、輸氣活塞,其工作活塞與輸氣活塞相差180度相位角,輸氣氣缸直徑比工作氣缸直徑大,在輸氣氣缸上安裝有高壓軟管,高壓軟管通過第一輸氣閥門和第二輸氣閥門分別與第一加熱室和第二加熱室,在高壓軟管上還安裝有噴嘴;工作氣缸上也安裝有高壓軟管,高壓軟管通過第一工作閥門和第二工作閥門分別與第一加熱室和第二加熱室連接。

說明書

說明書脈沖供水外熱式太陽能發動機
技術領域
本發明涉及機械工程中的動力設備,尤其涉及一種外熱式太陽能發動機。
背景技術
當前世界能源危機日益嚴重,生態環境明顯惡化,因此人們加大了對清潔環保再生能源的開發。集熱溫度高、便于農村每戶單獨使用的拋物面碟式太陽能熱發電裝置,要算是目前最有前途的可再生能源利用設備之一,但由于造價和運行成本過高等原因,拋物面碟式太陽能熱發電裝置未能被大范圍推廣應用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是:解決上述現有技術存在的問題,而提供一種制造簡單、使用壽命長、成本價格低廉、熱效率高、清潔環保、易于推廣應用的脈沖供水外熱式太陽能發動機。
本發明采用的技術方案是:
一種脈沖供水外熱式太陽能發動機,在旋轉拋物面聚光鏡的中心安裝加熱室,在旋轉拋物面的焦點處安裝一個把入射光再次反射聚焦到加熱室的小凹面反光鏡,加熱室通過高壓軟管與動力機連接,向加熱室內脈沖供水的柱塞水泵與加熱室連接。
上述技術方案中,所述的加熱室其周圍和底面有保溫層,上面有鋼化玻璃蓋板。
上述技術方案中,所述的動力機安裝在立柱頂端的機架上,機架一端與旋轉拋物面聚光鏡鉸接,機架另一端由仰角絲桿調節裝置與旋轉拋物面聚光鏡連接,機架和立柱之間安裝有水平旋轉裝置。
上述技術方案中,所述的柱塞水泵上安裝有向加熱室噴水霧的霧化噴嘴。
上述技術方案中,所述的旋轉拋物面聚光鏡以石棉水泥做基材,用預應力鋼筋骨架做支撐,聚光鏡凹面由玻璃鍍銀鏡面分塊嵌裝。
上述技術方案中,所述的動力機采用氣缸活塞式脈沖供水熱氣機,在其氣缸蓋的中央部位,安裝有柱塞水泵,柱塞水泵通過噴嘴與加熱室連接,氣缸蓋上還安裝有高壓軟管,高壓軟管通過第一單向閥和第二單向閥與加熱室連接。
上述技術方案中,所述的動力機采用氣缸活塞式脈沖供水蒸汽機,在其氣缸蓋上安裝高壓進氣閥,進氣柱塞安裝在高壓進氣閥中間,進氣柱塞由凸輪、連桿、搖臂和彈簧控制,進氣柱塞的上下移動控制高壓進氣口的開閉,柱塞水泵安裝在脈沖供水蒸汽機內的凸輪上方,柱塞水泵通過第三單向閥與加熱室連接。
上述技術方案中,所述的動力機采用氣缸活塞式脈沖供水雙缸熱氣機,所述的氣缸活塞式脈沖供水雙缸熱氣機具有工作氣缸、輸氣氣缸和工作活塞、輸氣活塞,其工作活塞與輸氣活塞相差180度相位角,輸氣氣缸直徑比工作氣缸直徑大,在輸氣氣缸上安裝有高壓軟管,高壓軟管通過第一輸氣閥門和第二輸氣閥門分別與第一加熱室和第二加熱室,在高壓軟管上還安裝有噴嘴;工作氣缸上也安裝有高壓軟管,高壓軟管通過第一工作閥門 和第二工作閥門分別與第一加熱室和第二加熱室連接。
在現有的旋轉拋物面太陽能發電裝置中,動力機大都安裝在聚光鏡的焦點上,并隨著跟蹤裝置做大弧度擺動。這樣重心很高,不但要求支撐桿有很好的強度,而且還擋住了投射到聚光鏡上的部分陽光。本發明的動力機安裝在立柱頂端的機架上,不但降低了重心,而且還能做聚光鏡的配重鐵之用。同時還無需大弧度擺動,只須自轉就行了。本發明在拋物面聚光鏡的焦點處安置了一個小凹面反光鏡,不但大大的減輕了重量,而且還減少了遮擋太陽光的入射面積,同時還能再次反射聚焦,能把太陽光投射到較小的受熱平面上。本發明的加熱室安裝在聚光鏡中心位置,這對加熱室的防風、保溫都有很大的好處。本發明的旋轉拋物面聚光鏡采用石棉水泥做基材,用預應力鋼筋骨架支撐,聚光鏡凹面采用玻璃鍍銀鏡面分塊嵌成。石棉、水泥是廉價的建筑材料,并且不生銹不變形,因此能大大的降低聚光鏡的造價。本發明還采用了特制的成型模具,在石棉水泥中,加入了預應力鋼筋增強,這樣不但提高了拋物面聚光鏡的鋼度,同時也降低了其鋼材重量。
在現有的外燃機中,比如斯特林發動機,它們大都是閉式循環。即工質在封閉的容器中,加熱端加熱,產生壓力推動活塞做功后廢氣不排走,而是流到冷卻端進行冷卻,然后再到加熱端進行加熱,產生壓力后再次做功,如此循環。因工質是在封閉的容器內進行冷卻,它的溫度不可能很快冷卻到容器外常溫那么低。因此,本發明的關鍵技術在于每次做完功的廢氣全部被排到容器外,吸進來的新鮮冷空氣通過加熱后來做功。這樣工質在加熱前后的溫差比普通閉式循環的外燃機要大得多。本發明的關鍵技術 還在于在氣缸蓋中央,設置了一個柱塞水泵,活塞快到上止點時,其頂部的鑲塊將柱塞芯子向上推,柱塞水泵開始泵水,其泵水量能夠根據加熱室的溫度高低來增減。該裝置能在新鮮冷空氣壓入加熱室的同時注入適量的水霧,帶有水霧的混合冷空氣在加熱室內被高溫加熱后,能產生巨大的壓力來推動活塞做功。
本發明設計的脈沖柱塞泵水裝置,在氣缸活塞的每一做功沖程,柱塞水泵都向加熱室泵一次水,每一次做功沖程蒸發了多少水,柱塞水泵就通過調節裝置自動的向加熱室補進多少水,保持加熱室內的水位在規定的高度。這樣就極大縮小了加熱室的體積,減少了加熱室的水容量,自然也就縮短了開機時加熱室內冷水的升溫時間。只要有陽光照射,焦點的溫度達到工作要求后,本發明能在幾分鐘之內便可把蒸汽壓力升上來,機器就可以馬上轉動起來。而普通的鍋爐容量大、裝水多,每天太陽升起來后,即使焦點溫度已達到工作要求,也要花費很長時間,才能把鍋爐中冷水的溫度升高,把蒸汽壓力燒起來。然而利用太陽能不比燒常規能源,它不能連續工作。每當太陽下山,鍋爐的蒸汽壓力降下來后,就不能帶動蒸汽機正常運轉了。鍋爐中的大量的沸水只能讓它慢慢的冷卻,而無法做功。為此,本發明加熱室的體積和水容量做得很小,太陽下山后加熱室中的水很快就冷卻了,不像普通鍋爐那樣浪費大量的余熱。本發明的高壓進氣閥,安裝在汽缸蓋的頂部,通過凸輪、連桿、搖臂和彈簧來控制其打開和關閉,十分方便可靠。由于加熱室的體積很小,本發明動力機和加熱室緊連在一起,并同時安裝在旋轉拋物面聚光鏡立柱頂端的機架上,和跟蹤太陽的聚光鏡同步轉動,由于動力機和加熱室安裝在一起,這樣縮短了連接二者的蒸汽 管道距離,減少了熱能的損耗。
本發明的上述技術方案具有加工工藝簡單,造價低廉,使用壽命長、無污染、清潔環保等優點,使用太陽能這個取之不盡用之不竭的新能源,節能降耗。本發明大部分零部件均已標準化,一般的內燃機生產廠家均有工裝夾具進行生產加工。因此本發明是現有外燃機更新換代的最佳產品,是太陽能發熱電技術的重要創新。
附圖說明
圖1為本發明實施例1結構示意圖。
圖2、圖3為本發明實施例2熱氣機結構示意圖。
其中,圖2為氣缸活塞下行做功狀態圖,圖3為氣缸活塞上升狀態圖。
圖4、圖5為本發明實施例3蒸汽機結構示意圖。
其中,圖4為氣缸活塞下行做功狀態圖,圖5為氣缸活塞上升狀態圖。
圖6為本發明實施例4雙缸熱氣機結構示意圖。
附圖標注說明:
1-小凹面反光鏡,2-旋轉拋物面聚光鏡,3-鋼化玻璃蓋板,4-加熱室,5-保溫層,6-動力機,7-仰角絲桿調節裝置,8-水平旋轉裝置,9-機架,10-柱塞水泵,11-第一單向閥,12-噴嘴,13-第二單向閥,14-氣缸,15-活塞,16-排氣口,17-進氣口,18-輸氣口,19-柱塞芯子,20-鑲塊,21-進氣柱塞,22-高壓進氣口,23-排氣閥桿,24-第三單向閥,25-輸氣活塞,26-進氣門,27-第一加熱室,28-第二加熱室,29-第一輸氣閥門,30-第二輸氣閥門,31-第一工作閥門,32-第二工作閥門,33-工作活塞,34-排氣門,35-輸氣氣缸,36-工作氣缸。
具體實施方式
參見圖1,本發明實施例1為一種脈沖供水外熱式太陽能發動機,包括小凹面反光鏡1、旋轉拋物面聚光鏡2、鋼化玻璃蓋板3、加熱室4、保溫層5、動力機6、仰角絲桿調節裝置7,水平旋轉裝置8和機架9。
它們的連接關系是:在旋轉拋物面聚光鏡2的焦點處,安裝了一面小凹面反光鏡1,在旋轉拋物面聚光鏡2的中心,安置了一個加熱室4,并在其周圍有保溫層5,上面有鋼化玻璃蓋板3。動力機6安裝在立柱頂端的機架9上,機架9一端由兩個支點通過鉸鏈與旋轉拋物面聚光鏡2鉸接,另一端由仰角絲桿調節裝置7與旋轉拋物面聚光鏡2連接。水平旋轉裝置8安裝在機架和立柱之間。加熱室4通過高壓軟管與動力機6連接。當平行陽光照射到旋轉拋物面聚光鏡2上時,陽光朝著箭頭的方向經過兩次反射和聚焦,透過鋼化玻璃蓋板3聚焦到加熱室4上。加熱室4周圍設有保溫層5,因此加熱室具有極高的溫度。當動力機6內的活塞向上止點移動時,氣缸內的冷空氣通過高壓軟管被壓入加熱室4,與此同時,柱塞水泵開始泵水,適量的高壓冷水通過噴嘴呈霧狀與冷空氣一道被壓入加熱室4,混合空氣在加熱室4內一瞬間加熱到很高的溫度,并產生巨大的壓力推動活塞向下止點移動做功。通過水平旋轉裝置8和仰角絲桿調節裝置7,使旋轉拋物面聚光鏡2能自動跟蹤太陽。
參見圖2、圖3,本發明的實施例2為一種氣缸活塞式脈沖供水熱氣機。
如圖2所示,活塞在高壓空氣的推動下開始下行做功,當活塞快到下止點時,排氣口16被打開,已做完功的廢氣迅速從排氣口16排出。此時曲柄將新冷空氣從輸氣口18推入氣缸14內,同時也擠走了在氣缸內未排 凈的廢氣。當活塞到下止點后,本循環完成。在飛輪的慣性作用下,活塞開始上行。如圖3所示,此時冷空氣從進氣口17吸入曲軸箱。隨著活塞上升,活塞上部的氣缸容積不斷縮小,氣缸內的冷空氣被壓縮,壓強也逐步升高。當氣壓高于第一單向閥11彈簧壓力時,被壓縮后的冷空氣朝著箭頭的方向,通過第一單向閥11壓入加熱室4。由于加熱室4的容積小于活塞的排量,進入加熱室4的冷空氣體積被壓縮,具備一定的壓強。當活塞快到上止點時,活塞頂部的鑲塊20頂著柱塞水泵10的柱塞芯子19向上移,柱塞水泵10的容積隨之變小,里面的水被壓出,高壓冷水朝著箭頭的方向通過噴嘴12呈霧狀隨著被壓縮后的冷空氣一道噴入加熱室4,并均勻地分布到加熱室4的各個角落。柱塞水泵10的每次泵水量,傳感器可以根據加熱室4的溫度高低來進行調節。當活塞移至上止點后,柱塞水泵10本次泵水結束。由于聚焦的陽光已將加熱室4照射到極高的溫度,已經被壓縮了的、并帶有適量水霧的混合冷空氣,在加熱室4內瞬間被加熱到很高的溫度,其體積迅速膨脹,并產生巨大的壓力,沖開如圖2所示的第二單向閥13朝箭頭的方向沖入氣缸,推動活塞下行做功......。就這樣周而復始,脈沖供水太陽能熱氣機便不停地運轉起來。
參見圖4、圖5,本發明的實施例3為一種氣缸活塞式脈沖供水蒸汽機。
如圖4所示,氣缸蓋上安裝有高壓進氣閥,活塞在高壓蒸汽的推動下,向下移動做功,當活塞快到下止點時,高壓進氣閥內的進氣柱塞21在凸輪的作用下向下移,高壓進氣口22被關閉。緊接著排氣閥桿23也在凸輪的作用下向下移,排氣門被打開。大量做完功的廢蒸汽朝著箭頭的方向開始從排氣門排出,并通過冷凝器進行冷卻。活塞到達下止點后,在飛輪慣性 的作用下,活塞開始上行,如圖5所示,此時柱塞水泵10在凸輪的作用下開始泵水,高壓冷水朝著箭頭的方向通過第三單向閥24射入加熱室4。聚焦的太陽光朝著箭頭的方向照射在加熱室4上,使加熱室4里面的水加熱到很高的溫度,產生巨大的壓力來推動活塞做功。在傳感器的作用下,柱塞水泵能夠根據加熱窒4內水位的高低來自動調節每次做功沖程的泵水量。隨著活塞繼續上升,氣缸內的廢氣逐步被排盡。當活塞快到上止點時,排氣閥桿23在彈簧的作用下向上移,排氣門被關閉。活塞到達上止點后,如圖4所示,進氣柱塞21也在彈簧的作用下向上移,高壓進氣口22被打開。此時加熱室4內的高壓蒸汽通過高壓進氣口22噴入氣缸,巨大的壓力推動活塞向下移動做功......。就這樣周而復始的循環,本氣缸活塞式脈沖供水蒸汽機便可不停地運轉起來。
參見圖6,本發明的實施例4為一種氣缸活塞式脈沖供水雙缸熱氣機。
如圖6所示,當輸氣活塞25向上移動時,進氣門26和第二輸氣閥門30同時關閉,此時第一輸氣閥門29打開,在柱塞水泵的作用下,適量的冷水朝著箭頭的方向通過噴嘴12被霧化,并與被壓縮的冷空氣一道通過第一輸氣閥門29壓入第一加熱室27。輸氣活塞25到達上止點后,第一輸氣閥門29關閉,進氣門26打開,輸氣活塞25開始下行,此時新鮮冷空氣開始從進氣門26吸入輸氣氣缸35。工作活塞33與輸氣活塞25相差180度相位角。當工作活塞33上行時,第一工作閥門31和第二工作閥門32均關閉,排氣門34打開,此時已做完功的廢氣從排氣門34排走。當工作活塞33到達上止點后,排氣門34關閉,第一工作閥門31打開,此時已被第一加熱室27加熱到具有很高壓力的混合空氣。從第一加熱室27通過第一工作閥 門31沖入工作氣缸36,推動工作活塞33下行做功。當工作活塞33到達下止點后,由于飛輪的慣性,又開始上行。此時,第一工作閥門31關閉,排氣門34打開,已做完功的廢氣開始從排氣門34排走。在工作活塞33下行做功時,輸氣活塞25開始上行壓氣,此時進氣門26、第一輸氣閥門29均關閉,第二輸氣閥門30打開,在柱塞水泵的作用下,帶有水霧的新鮮冷空氣,通過第二輸氣閥門30被壓入第二加熱室28,進行加溫,等待下一沖程使用。當輸氣活塞25到達上止點后,第二輸氣閥門30關閉,進氣門26打開,隨著輸氣活塞25下行,新鮮冷空氣開始從進氣門26吸入輸氣氣缸35。與此同時工作活塞33開始上行。此時排氣門34打開,做完功的廢氣從這里排出。當工作活塞33到達上止點后,排氣門34關閉,第二工作閥門32打開,已被加熱的高溫高壓混合氣,從第二加熱室28通過第二工作閥門32沖入工作氣缸36,推動工作活塞33下行做功......。這樣周而復始,本臺脈沖供水雙缸熱氣機便不停地運轉起來。
本實施例的關鍵技術在于,同時采用了兩個加熱室,使混合冷空氣在加熱室內的時間可延長一倍。本實施例還設計了兩個氣缸,并且加大了輸氣氣缸的直徑。這樣就增加了壓入加熱室的冷空氣數量,同時又延長了加熱時間,這樣就能產生更大的爆發力來推動工作活塞做功。

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