耦合太陽(yáng)能的中央空調(diào)廢熱斯特林發(fā)電系統(tǒng)

李仕嫻+盧文君+眭洋+張振迎

一、工藝原理

發(fā)電系統(tǒng)主要設(shè)備包括中央空調(diào)冷凝器、拋物面反射鏡、太陽(yáng)能集熱器、斯特林機(jī)與發(fā)電機(jī)等。內(nèi)部工質(zhì)為水的銅管緊密纏繞在空調(diào)的冷凝器上，吸收冷凝器熱量，銅管一直連接到位于房屋頂部的斯特林機(jī)的熱氣缸外表面。太陽(yáng)能集熱器的尾部嵌套在冷凝器與斯特林機(jī)熱氣缸中間的銅管表面，拋物面反射鏡多角度吸收太陽(yáng)光，并將太陽(yáng)光反射到集熱器處，集熱器表面吸收大量太陽(yáng)光聚得的熱量，進(jìn)一步加熱銅管內(nèi)工質(zhì)，以此加熱斯特林機(jī)熱氣缸，而冷氣缸外表面有散熱片幫助散熱，兩個(gè)氣缸通過(guò)回?zé)崞髋c冷卻器連通，在氣缸內(nèi)充有氮?dú)庾鞴べ|(zhì)，工質(zhì)不會(huì)向外泄漏。

二、主要設(shè)備

（1）旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡。拋物面反射鏡分玻璃鏡面、陶瓷鏡面、金屬鏡面等，根據(jù)所需要的溫度不同可采用不同材質(zhì)的反射鏡面。金屬鏡面可采用的是進(jìn)口材料，具有極高的反射率，反射率可達(dá)95%以上，可以收集太陽(yáng)能漫反射光線，并將光線進(jìn)行整理聚焦，可以有效提高集熱器工作溫度，集光溫度可達(dá)100～300度。旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡由82面小鏡子組成，能夠聚集94%的入射陽(yáng)光。反射鏡收集太陽(yáng)光并將其反射到焦點(diǎn)的太陽(yáng)能集熱器處，集熱器聚集高溫、高熱流密度的熱量，驅(qū)動(dòng)斯特林機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

（2）太陽(yáng)能集熱器。太陽(yáng)能集熱器是吸收太陽(yáng)輻射并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱介質(zhì)的裝置。工作時(shí)，熱管表面吸收大量太陽(yáng)光聚得的熱量，當(dāng)其背面溫度達(dá)到400K左右時(shí)，附著在毛細(xì)金屬芯中的液態(tài)水開(kāi)始汽化，并在蒸汽壓力的作用下流向熱管上部空間，然后高溫水蒸氣釋放大量的潛熱液化，該部分熱量將均勻的加熱與熱管相嵌套的銅管內(nèi)部的工質(zhì)，放熱后，液態(tài)水受重力作用回流，在集熱器最低位置處形成水液池，池中的液態(tài)水浸入緊貼集熱器受光側(cè)內(nèi)表面的毛細(xì)金屬芯中，受到毛細(xì)力的作用上升，吸收熱量后再次氣化，循環(huán)，完成重力熱管式的連續(xù)工作過(guò)程。

（3）斯特林機(jī)部分。斯特林機(jī)采用α型動(dòng)力連桿式斯特林機(jī)，工質(zhì)是比空氣的傳熱性能好、比重輕、粘度小的氮?dú)狻５獨(dú)庠诶錃飧字斜粔嚎s，然后流到高溫?zé)釟飧字醒杆偌訜幔舭l(fā)的膨脹氣體為活塞運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，繼而在冷氣缸中冷卻，以此循環(huán)反復(fù)進(jìn)行。回?zé)崞鳛槎嗫捉橘|(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，熱氣缸中的工質(zhì)經(jīng)膨脹后從熱端返回冷端，流經(jīng)回?zé)崞鲿r(shí)，回?zé)崞魑展べ|(zhì)的部分剩余熱量，使工質(zhì)的溫度從循環(huán)最高溫下降到循環(huán)最低溫。相反，工質(zhì)經(jīng)壓縮后從冷端流向熱端時(shí)，吸收回?zé)崞魃洗窝h(huán)保存的部分熱量，工質(zhì)溫度從循環(huán)最低溫升高到循環(huán)最高溫。冷卻器連接在回?zé)崞骱蛪嚎s腔之間，通常采用管式冷卻器，工質(zhì)氣體軸向流經(jīng)小口徑的冷卻管束，而冷卻水在冷卻管束的外壁橫向流過(guò)，對(duì)管內(nèi)流過(guò)的工質(zhì)進(jìn)行冷卻。

（4）氣缸、曲柄連桿、傳輪。冷氣缸處于系統(tǒng)循環(huán)中的低溫部分，與冷卻器相連接，熱量通過(guò)冷卻器傳遞。熱氣缸處于系統(tǒng)的高溫部分，不斷將熱源的熱量傳遞給工質(zhì)。在膨脹過(guò)程中，有相當(dāng)大一部分的工質(zhì)處于熱氣缸中，所以，熱氣缸必須能夠承受高溫和高壓，且系統(tǒng)中大量的熱損失是由于熱氣缸散失的。冷氣缸中的冷活塞和熱氣缸中的熱活塞作一定規(guī)律的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)工質(zhì)在冷熱氣缸之間往返流動(dòng)并通過(guò)一個(gè)曲柄連桿相連接。

本文提出的系統(tǒng)通過(guò)回收中央空調(diào)冷凝器排出的廢熱，耦合部分太陽(yáng)能，用于提高廢熱品位，以此加熱斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)熱氣缸中的工質(zhì)（氮?dú)猓苿?dòng)斯特林機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。實(shí)現(xiàn)了中央空調(diào)廢熱的回收利用，在節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)環(huán)境等方面起到非常積極的作用，使經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益并舉，具有重要的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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