用于將太陽輻射轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率的方法和組件的制作方法
【專利摘要】一種具有極高效率的、用于將太陽輻射轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率以發(fā)電的方法，其包括將通過太陽能設(shè)備加熱的熱流體注入到斯特林發(fā)動機(jī)的熱汽缸中的步驟，以及將在吸收制冷裝置的吸收段中冷卻的冷流體注入到斯特林發(fā)動機(jī)的冷汽缸中的步驟，從斯特林發(fā)動機(jī)獲取機(jī)械功率以用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)。
【專利說明】用于將太陽輻射轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率的方法和組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于將太陽輻射轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率以特別用于、但非專門用于發(fā)電的方法，以及一種用于實(shí)施該方法的組件。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，強(qiáng)烈感覺到需要從太陽光線獲取機(jī)械功率。
[0003]為此目的，已知有將太陽光線集中到鍋爐上以在極高溫度下生成蒸汽用于驅(qū)動渦輪的組件。盡管可滿足目標(biāo)并且通常符合要求，但是這種組件顯示出低效率，因而需要花費(fèi)較長時間來回收專用于該投資的資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的潛在問題是提出具有能夠符合前述需求、同時能夠克服如上關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)所述的缺陷的特定類型的方法。
[0005]這個問題通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法克服。
[0006]在權(quán)利要求2和權(quán)利要求3中描述了根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例。
[0007]根據(jù)權(quán)利要求4，本發(fā)明還考慮一種用于將太陽輻射轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率的組件。
[0008]在權(quán)利要求4至8中描述了根據(jù)本發(fā)明的組件的優(yōu)選實(shí)施例。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]通過對本發(fā)明實(shí)施例的描述將容易理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，這些實(shí)施例僅通過非限制性實(shí)例并參照附圖提供，該附圖示意性示出根據(jù)本發(fā)明的組件。
【具體實(shí)施方式】
[0010]參照附圖，根據(jù)優(yōu)選但非唯一的實(shí)施例的、用于將太陽輻射轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率并將所獲得的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電力的組件由符號I表示。
[0011]組件I包括本身已知的斯特林發(fā)動機(jī)2，其包括活塞和汽缸單元3 (即所謂的熱汽缸)以及活塞和汽缸單元4 (即所謂的冷汽缸)。
[0012]熱汽缸3和冷汽缸4包括各自的缸體5和缸體6，缸體5和缸體6通過導(dǎo)管7連通，沿導(dǎo)管7設(shè)置輪式熱交換器8，例如金屬粉末材料。在導(dǎo)管7和缸體5與缸體6中，設(shè)有適當(dāng)氣體例如氦。
[0013]圍繞缸體5和缸體6設(shè)置相應(yīng)的熱交換器9和10，相應(yīng)的流體(即，熱流體和冷流體)通過各自的熱交換器9和10，以使所述流體和相應(yīng)缸體內(nèi)提供的氣體存在熱交換關(guān)
系O
[0014]在缸體5和缸體6中具有可移動的、相應(yīng)的活塞11和12，活塞11和12通過各自的連桿13和14驅(qū)動曲軸15，曲軸15進(jìn)而驅(qū)動發(fā)電機(jī)16a (例如交流發(fā)電機(jī))，從該發(fā)電機(jī)16引出電力線路16b (例如三相電力線路)。[0015]為了加熱熱汽缸3，組件I包括本身傳統(tǒng)的太陽能設(shè)備20以用于會聚和集中太陽光。具體地，設(shè)備20包括:設(shè)置于一平面中并且可各自定向的多個反射鏡，以構(gòu)成由21表示的菲涅爾線性反射器；拋物面反射鏡22 ;以及大致管狀的構(gòu)件23，其沿拋物面反射鏡22的焦點(diǎn)設(shè)置并且構(gòu)成熱交換器。
[0016]流體回路24將管狀構(gòu)件23與存儲罐25連接，流體(例如導(dǎo)熱油)在流體回路24中循環(huán)，并且該流體沿管狀構(gòu)件23得到加熱，該熱流體以即使在夜間也足以保證連續(xù)運(yùn)行的量容納在存儲罐25中。通過泵26確保流體沿回路24循環(huán)。
[0017]另一個流體回路27在存儲罐25和熱交換器9之間延伸，同樣的流體(例如上述導(dǎo)熱油)在該流體回路27中循環(huán)，以將熱流體帶到斯特林發(fā)動機(jī)2的熱汽缸3的缸體5中。通過循環(huán)泵28保證流體沿回路27循環(huán)。
[0018]在實(shí)踐中，回路24和回路27整體上構(gòu)成總體由29表示的流體回路，該流體回路29將由太陽輻射加熱的流體傳輸至斯特林發(fā)動機(jī)的熱汽缸，以用于該熱汽缸的加熱。
[0019]為了冷卻冷汽缸4，組件I包括本身已知的吸收制冷裝置30。
[0020]吸收制冷裝置30包括吸收段31和解吸段32。
[0021]吸收段31包括容器33，其中容納液態(tài)氨和氣態(tài)氨，且其中持續(xù)進(jìn)行氨從液態(tài)到氣態(tài)的狀態(tài)行程，帶有強(qiáng)烈的冷卻。為了利用這種冷卻，熱交換器34容納在容器33中并嵌入液相氨中，該熱交換器34實(shí)際上被置于大約-60 °C的低溫環(huán)境中。
[0022]解吸段32包括容納水的容器35，其中溶解氣態(tài)氨，并且由于能量加熱，其中溶解在水中的氣態(tài)氨連續(xù)釋放出。為此目的，將熱源、準(zhǔn)確地說是熱交換器36，封裝并浸入水中。
[0023]在容器33的頂部設(shè)有艙室40。艙室40容納有溶解了氣態(tài)氨的水。依靠循環(huán)泵42從艙室40中汲水并經(jīng)由排水口 43將水灑落在該艙室上(將氣態(tài)氨帶走)的水回路41有助于將氣態(tài)氨溶解于水中。
[0024]在容器35的頂部設(shè)有艙室44。從水中釋放出的氣態(tài)氨在該艙室44中冷凝。容納在該艙室內(nèi)并且屬于流體回路46 (例如水)的線圈45有助于這種冷凝，沿流體回路46設(shè)有循環(huán)泵49。通過散熱器47控制該回路46，該散熱器47通過風(fēng)扇48將氨的冷凝熱量驅(qū)散到外界。
[0025]導(dǎo)管50連同泵51將水和溶解在其中的氨從艙室40帶到容器35，同時導(dǎo)管54連同調(diào)節(jié)閥55將水從容器35帶到艙室40中。
[0026]導(dǎo)管52連同調(diào)節(jié)閥53將由艙室44冷凝的氨帶到容器33中。
[0027]其中有流體(例如低粘度導(dǎo)熱油)進(jìn)行循環(huán)的流體回路60在交換器34和熱交換器10之間延伸，以將冷流體從熱交換器34帶到斯特林發(fā)動機(jī)2的冷汽缸4的缸體6。
[0028]有利地，根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)熱油的流體回路70在存儲罐25和熱交換器36之間延伸，并且其設(shè)有循環(huán)泵71，以便將熱流體帶到容器35中，以將水中溶解的氨從水中釋放。
[0029]在實(shí)踐中，回路24和回路70形成流體回路72，其攜帶由太陽輻射所加熱的流體，以為解吸段供給將氨從水中排出所需的熱量。
[0030]應(yīng)該注意到，在前述吸收制冷裝置30中，其它流體能夠代替水作為所謂的溶劑流體，正如其它流體能夠代替氨作為所謂的溶質(zhì)流體。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，組件I包括恒溫電路80，其與太陽能設(shè)備20關(guān)聯(lián)，用于將流體的最高溫度保持在限定的預(yù)設(shè)值(優(yōu)選為400°C)以內(nèi)。恒溫電路80包括:溫度檢測器81，其與回路24關(guān)聯(lián)以用于檢測流體的實(shí)際溫度；用于手動設(shè)置所需基準(zhǔn)預(yù)設(shè)溫度(其優(yōu)選為4000C )的單元82 ;比較器節(jié)點(diǎn)83，其用于發(fā)出實(shí)際溫度和設(shè)定溫度之間的差信號，其用于控制作用于多個反射鏡的致動器84以改變反射鏡的定向直至該差信號消除。
[0032]組件I實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的一種用于將太陽輻射轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率以特別用于發(fā)電的方法。
[0033]該方法包括提供斯特林發(fā)動機(jī)2、太陽能設(shè)備20和吸收制冷裝置30的步驟，將由太陽能設(shè)備20加熱的熱流體注入斯林特發(fā)動機(jī)2的熱汽缸3的步驟，以及將由該制冷裝置30的吸收段31冷卻的冷流體注入斯特林發(fā)動機(jī)2的冷汽缸4的步驟，從斯特林發(fā)動機(jī)獲得機(jī)械功率，以特別用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)。
[0034]該方法包括將由太陽能設(shè)備加熱的熱流體注入吸收制冷裝置的解吸段。
[0035]該方法包括將由太陽能設(shè)備加熱的熱流體的最高溫度保持在限定的預(yù)設(shè)值(優(yōu)選為400°C )以內(nèi)的步驟。
[0036]由于極端熱力學(xué)溫度Tl (4000C +2730C = 673° K)和T2 (環(huán)境溫度+273°C )之間的高差異，本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于極高的效率。斯特林發(fā)動機(jī)的效率本身也高，這不僅由于在冷流體(_60°C )和熱流體(400°C )施加在斯特林發(fā)動機(jī)上時的溫度之間的高差異，而且由于該溫度范圍包括低于0°C的溫度，或者換句話說，該范圍設(shè)置為更接近絕對零度的溫度。
[0037]本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)在于高環(huán)境相容性，或者換句話說，在于由于所涉及的最高溫度較低、進(jìn)而由于對太陽輻射的部分而非全部本地吸收，對容納該組件的環(huán)境造成的損壞較低。
[0038]作為另一個優(yōu)點(diǎn)，在針對所涉及的最高溫度(包含在與通常采用的機(jī)械建筑材料如鋼鐵相配的數(shù)值內(nèi))的安全操作條件下，能夠期望長期操作。
[0039]此外，該操作使用連續(xù)重復(fù)利用的流體(液態(tài)流體和氣態(tài)流體)，即在封閉回路中連續(xù)循環(huán)，而不需要將液體逐步地從外部供給至該組件或者甚至從而逐步地釋放到外部環(huán)境，導(dǎo)致完全的操作獨(dú)立性和完善的環(huán)境相容性的更多明顯優(yōu)點(diǎn)。
[0040]由于所述組件中完全不存在單獨(dú)的噪音部件，因此另一個優(yōu)點(diǎn)在于無噪音。由于斯特林發(fā)動機(jī)是基于流體的加熱和冷卻的發(fā)動機(jī)，該流體以穿過輪式熱交換器并在其中被交替加熱和冷卻的方式，一次熱一次冷地從一個汽缸排出到另一個汽缸，所以斯特林發(fā)動機(jī)是無噪音的。例如，在此不會發(fā)生復(fù)合內(nèi)燃機(jī)的典型的嘈雜燃燒。
[0041]由于用于夜間操作的存儲罐聯(lián)接至在白天期間從太陽能組件汲取熱能的快速熱交換器，所以另一個優(yōu)點(diǎn)在于整日整夜的操作連續(xù)性以及即時干預(yù)的可能性。
[0042]顯然，為了符合具體而特定的需求，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)η笆龇椒ê徒M件做出大量修正和變型，其全部落入如以下權(quán)利要求所述的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于將太陽輻射轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率以特別用于但非專門用于發(fā)電的類型的方法，包括將通過太陽能設(shè)備加熱的熱流體注入到斯特林發(fā)動機(jī)的熱汽缸中的步驟，其特征在于，該方法包括將在吸收制冷裝置的吸收段中冷卻的冷流體注入到所述斯特林發(fā)動機(jī)的冷汽缸中的步驟，從所述斯特林發(fā)動機(jī)獲取機(jī)械功率，以特別用于但非專門用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括將由所述太陽能設(shè)備加熱的熱流體注入所述吸收制冷裝置的解吸段的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括將所述熱流體的最高溫度保持在低預(yù)設(shè)值的步驟。
4.一種用于將太陽輻射轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率以特別用于但非專門用于發(fā)電的類型的組件(1)，包括:斯特林發(fā)動機(jī)(20)，其包括具有各自的熱交換器(9，10)的熱汽缸(3)和冷汽缸(4);太陽能設(shè)備(20)，其用于將太陽光會聚和集中到熱交換器(23)上；以及流體回路(29)，其在所述太陽能設(shè)備(20)的熱交換器(23)和所述熱汽缸的熱交換器(9)之間延伸，其特征在于，所述組件包括吸收制冷裝置(30)，其包括各自的熱交換器(34，36)的吸收段(31)和解吸段(32);以及流體回路(60)，其在所述吸收段(34)的所述熱交換器(34)和所述冷汽缸￠)的所述熱交換器(9)之間延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件(I)，其特征在于，所述組件包括流體回路(72)，其在所述太陽能設(shè)備(20)的所述熱交換器(23)和所述解吸段(32)的所述熱交換器(36)之間延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組件(I)，其特征在于，所述組件包括恒溫電路(80)的、用于檢測熱流體的溫度的裝置(81)，該恒溫電路(80)用于將所述熱流體的最高溫度限制在低預(yù)設(shè)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6 所述的組件(I)，其特征在于，所述恒溫電路(80)被設(shè)置于為400。。。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件(I)，其特征在于，所述組件沿所述流體回路(29)包括用于所述熱流體的存儲罐(25)。
【文檔編號】F03G6/06GK103429892SQ201280005452
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月13日
【發(fā)明者】維塔利亞諾·魯索, 喬治·塔爾加 申請人:新科隆有限公司