[实用新型]一种太阳能斯特林发电教学实验仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能发电系统的实验装置，尤其涉及一种太阳能斯特林发电教学实验仪。 

背景技术

斯特林发动机属于外燃机的一种，利用可压缩流体当作工作流体，例如空气、氮气、氦气、氢气等。其循环过程不像内燃机需要经过爆炸，因此具有低噪音的特性，且适用各种形式的热源，例如太阳热能、地热、生质能或核能等热源。第一台发动机是由苏格兰的Robert Stirling于1816年制造，利用气体热涨冷缩的特性驱动，其中包含等温膨胀、等容放热再生、等温压缩与等容吸热再生四个过程，由于循环过程中包含再生过程，因此其理论热效率等同于卡诺效率。 

斯特林热机是一种外燃或外部加热式闭式循环活塞式发动机，也称为热气机，其热力循环为斯特林循环。各种燃料燃烧装置、太阳能、原子能、蓄热装置以及化学反应生成热装置等均可以成为其外部加热热源。如图1所示，目前常用的典型的碟式斯特林太阳能热发电系统主要由碟式聚光镜、太阳光接收器、 斯特林热机和发电机组成。其中接收器、斯特林热机与发电设备组成的整体通常称为能量转换单元。装置中设计有转向机构，通过调节聚光碟的仰角及水平角度跟踪太阳，保证聚光镜正对太阳获得最多的太阳能。运行时太阳光经过碟式聚光镜聚焦后进入太阳光接收器，在太阳光接收器内转化为热能，并成为斯特林热机的热源推动斯特林热机运转，再由斯特林热机带动发电机发电。 

但是由于碟式聚光镜必须采用金属反光镜，且面积较大，导致加工制作难度较大。大面积的碟式聚光镜的重量要求追日转向系统必须采用更大的支架和更高功率的驱动电机，不仅增加了成本，也使基于斯特林热机的太阳能发电系统的机动性大大降低，阻碍了太阳能斯特林发电系统的应用和推广。 

实用新型内容

本实用新型需要解决的上述问题是针对上述现有技术制作难度较大，成本投入大，机动性大大降低的不足，而提供一种提供结构简单、价格相对低廉、功能完备的太阳能斯特林发电教学实验仪。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是： 

一种太阳能斯特林发电教学实验仪，包括菲涅耳透镜，所述的菲涅耳透镜固定在俯仰角框架的顶端，所述的斯特林热机固定在俯仰角框架的底端，所述的俯仰角框架通过两侧的第一转轴和第二转轴与方位角框架活动连接，第一减速电机通过第一传动装置使俯仰角框架以第一转轴和第二转轴为轴进行旋转运动；方位角框架的底端通过第三转轴与底座活动连接，第二减速电机通过第二传动装置使方位角框架以第三转轴为轴进行旋转运动；所述的第一减速电机由设置在菲涅耳透镜上端面上的第一太阳能跟踪控制器控制；所述的第二减速电机由设置在菲涅耳透镜边缘的第二太阳能跟踪控制器控制；

 所述的斯特林热机包括热缸和冷缸，所述的热缸与第一热电偶温度传感器相连，所述的冷缸与第二热电偶温度传感器相连，所述的热缸和冷缸的中间连接处安装有微型压力传感器，所述的压力传感器与示波器相连接，所述的斯特林热机的飞轮上安装有增量编码器，所述的飞轮通过皮带与发电机传动，所述的发电机与负载相连；

所述的第一热电偶温度传感器，用于检测热缸内的温度；

所述的第二热电偶温度传感器，用于检测冷缸内的温度；

微型压力传感器，用于检测斯特林热机内工质的压力变化，并将压力数值转变为标准模拟信号，输出到示波器上；

所述的增量编码器，用于测定飞轮转速及旋转角度，并通过计算得出某一时刻斯特林热机中工质的体积。

所述的俯仰角框架为矩形框架。 

所述的方位角框架为U型框架。 

所述的俯仰角框架为三角形框架。 

所述的方位角框架为V型框架。 

所述的第一太阳能跟踪控制器设置在菲涅耳透镜上端面的中间位置。 

所述的斯特林热机设置在菲涅耳透镜的轴心方向上。 

所述的第一传动装置为设置在第一转轴或第二转轴一侧的第一同步轮，所述的第一同步轮通过皮带与第一减速电机连接。 

所述的第二传动装置为设置在第三转轴上的第二同步轮，所述的第二同步轮通过皮带与第二减速电机连接。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是： 

1、用菲涅耳透镜代替传统的凹面反射碟式聚光镜汇聚太阳光，菲涅耳透镜由有机玻璃制成，重量较轻且价格低廉，所以其支架结构简单，投入成本低，此外，较小的面积即可获得较高的温度，可进一步节约成本。

2、采用两套太阳能自动跟踪控制器分别控制整个装置的俯仰角和方位角，实现自动追踪阳光的效果，能够获得最大的太阳能。