CN103216404B - 太阳能到机械能的转化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能到机械能的转化方法，属一种能量转化方法，所述的方法包括如下步骤：步骤A、由反射装置将来自于聚能罩的太阳能反射至能量引导介质，由能量引导介质将太阳能传输至聚能罩下方机械能转化装置中的热能吸收器；步骤B、第一触发，由机械能转化装置中气温调整装置的加热器将气体加热后由气缸侧面的进气口进入气缸的内部；步骤C、第二循环，配气活塞将气体压入冷却器的同时还带动动力活塞向下运动，通过将太阳能转化为热能，由热能直接作用使气体膨胀驱动活塞运动，进而输出机械能，同时将来自于聚能罩的一部分太阳能进行储存，避免了太阳能的浪费，本发明执行所需的设备结构简单，尤其适宜于作为小型太阳能发电机的能量转化方法。

Description

太阳能到机械能的转化方法

技术领域

本发明涉及一种能量转化方法，更具体的说，本发明主要涉及一种太阳能到机械能的转化方法。

背景技术

在边远山区，居住人群分散，如采取集中供电方式，维护保养相关的线路、输变电站等费用高。太阳能发电机为一种可将太阳光热能直接转化为电能的一种环保发电装置，现有太阳能发电机的主要原理是通过太阳光直接照在太阳能电池板，利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能，并对蓄电池进行充电；但由于太阳能具有稀薄性、间断性及不稳定性等缺陷，在不同时段所辐射的能量也不相同，在某一时段内太阳能辐射能量可能达到最强，在该时段内，传统的太阳能电池板无法将这些辐射能量全部转化利用，即造成了太阳辐射能量的巨大浪费，并且除此之外，领域内尚没有利用太阳能带动机械设备运转的技术；而发明人在此基础之上，对太阳能的应用技术做了进一步的研究和改进。

发明内容

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种太阳能到机械能的转化方法，以期望解决现有技术中太阳能发电机对太阳能利用不充分，且无法直接将其转化为机械能等技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明所提供的一种太阳能到机械能的转化方法，所述的方法包括如下步骤：

步骤A、由反射装置将来自于聚能罩的太阳能反射至能量引导介质，由能量引导介质将太阳能传输至聚能罩下方机械能转化装置中的热能吸收器；

步骤B、第一触发，由机械能转化装置中气温调整装置的加热器将气体加热后由气缸侧面的进气口进入气缸的内部，从而推动配气活塞向下运动，并将其与动力活塞之间间隔空间中的气体由排气口压入冷却器，气体依次经过冷却器、交换器与加热器，并由进气口进入气缸的内部；

步骤C、第二循环，配气活塞将气体压入冷却器的同时还带动动力活塞向下运动，动力活塞的活塞杆通过偏心机构带动驱动齿轮转动，进而驱动齿轮由另一偏心机构通过配气活塞的活塞杆带动其向上运动，将配气活塞上方的高温气体再压入加热器中，气体依次经过加热器、交换器与冷却器，由排气口进入气缸内部，并同时推动配气活塞向上运动，推动动力活塞向下运动，从而输出机械能。

作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤C不断循环。

更进一步的技术方案是：所述步骤C中在驱动齿轮的轴向上安装皮带轮，皮带轮跟随驱动齿轮一同转动并通过皮带带动发电机的转子转动。

更进一步的技术方案是：所述步骤A中的能量引导介质在聚能罩的外部分叉为两路，其中一路向机械能转化装置传输太阳能，在其能量输入端产生热能使其运行，另一路向储热能量箱传输太阳能，储热能量箱将太阳能转换为热能进行存储；在聚能罩及反射装置无法提供相应的太阳能时，储热能量箱将其内部存储的热能由热传导管传导至机械能转化装置的能量输入端使其继续运行。

更进一步的技术方案是：所述储热能量箱中分层并纵横交错的设有相变潜热材料，所述相变潜热材料在与太阳能接触后温度即升高至既定的温度。

更进一步的技术方案是：所述相变潜热材料中包含氧化铝、氧化钙、氧化硅、氧化铁、二氧化钛、氧化镁与碱当中的任意一种或多种。

更进一步的技术方案是：所述储热能量箱与机械能转换装置之间的热传导管上设有导热控制开关。

更进一步的技术方案是：所述向储热能量箱传输太阳能的能量引导介质上设有光开关阀。

更进一步的技术方案是：所述的步骤A中的能量引导介质为光纤导管，且光纤导管内部的分叉位置上设有光学棱镜；光学棱镜将来自于反射装置的太阳能分别折射至光纤导管分叉的两路中进行热传导。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过将太阳能转化为热能，由热能直接作用气温调整装置加热及冷却气体的温度，从而使气体膨胀驱动活塞运动，进而输出机械能，并且在机械能转化装置运行的同时还将来自于聚能罩的一部分太阳能进行储存，避免了太阳能的浪费，且整个过程中将太阳能直接转化为机械能，再由机械能带动发电机产生电能，所转化的机械能还可作为其它设备的动力，同时本发明所提供的一种太阳能到机械能的转化方法执行所需的设备结构简单，尤其适宜于作为小型太阳能发电机的能量转化方法，亦可用于其它太阳能设备的作能量转化，应用范围广阔。

附图说明

图1为用于说明本发明一个实施例中执行设备的结构示意图；

图2为用于说明本发明另一个实施例中能量转化设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

参考图1、图2所示，本发明的一个实施例是一种太阳能到机械能的转化方法，所述的方法包括如下步骤：

步骤A、由反射装置1将来自于聚能罩2的太阳能反射至能量引导介质3，由能量引导介质3将太阳能传输至聚能罩2下方机械能转化装置4中的热能吸收器（15）；

步骤B、第一触发，由机械能转化装置4中气温调整装置5的加热器H将气体加热后由气缸6侧面的进气口进入气缸6的内部，从而推动配气活塞7向下运动，并将其与动力活塞8之间间隔空间中的气体由排气口压入冷却器C，气体依次经过冷却器C、交换器R与加热器H，并由进气口进入气缸6的内部；

步骤C、第二循环，配气活塞7将气体压入冷却器C的同时还带动动力活塞8向下运动，动力活塞8的活塞杆通过偏心机构9带动驱动齿轮10转动，进而驱动齿轮10由另一偏心机构9通过配气活塞7的活塞杆带动其向上运动，将配气活塞7上方的高温气体再压入加热器H中，气体依次经过加热器H、交换器R与冷却器C，由排气口进入气缸6内部，并同时推动配气活塞7向上运动，推动动力活塞8向下运动，从而输出机械能。在本实施例中，加热器H的热源来自于太阳能照射至热能吸收器（15）上所产生的热能，且本发明在实际应用中，本步骤不断循环，即连续做功，不间断的输出机械能。

参考图2所示，在本发明的另一实施例中，可将上述实施例中转化得到的机械能用于带动发电机运转从而产生电能，即在步骤C中的驱动齿轮10的轴向上安装皮带轮11，皮带轮11跟随驱动齿轮10一同转动并通过皮带带动发电机12的转子转动。

再参考图1及图2所示，在本发明用于解决技术问题更加优选的一个实施例中，为充分利用太阳能，避免产生其辐射能量的浪费，步骤A中的能量引导介质3在聚能罩2的外部分叉为两路，其中一路向机械能转化装置4传输太阳能，在其能量输入端产生热能使其运行，另一路向储热能量箱13传输太阳能，储热能量箱13将太阳能转换为热能进行存储；在聚能罩2及反射装置1无法提供相应的太阳能时，储热能量箱13将其内部存储的热能由热传导管14传导至机械能转化装置4的能量输入端使其继续运行。在本实施例中，参考现有技术有利于导光的材质，即步骤A中的能量引导介质3最好采用光纤导管，并在光纤导管内部的分叉位置上增设光学棱镜；光学棱镜将来自于反射装置1的太阳能分别折射至光纤导管分叉的两路中进行热传导。其原理为光学棱镜自身即具有折射功能，又可被光线穿透，因此在将其以近似于45度角的位置安装在光纤导管的分叉处时，经两次汇聚后的太阳光到达后一部分被光学棱镜折射，沿着光纤导管的其中一路到达储热装置，另一部分穿过光学棱镜直接射入机械能转换装置的能量输入端，即在太阳光充足的情况下，同时进行机械能转换装置热转化机械做功与储热能量箱13储热。

根据本发明的另一实施例，在储热能量箱13中的吸热材料可分层并纵横交错的设置，而该材料可采用相变潜热材料，即在与太阳能接触后温度升高至既定的温度，且材料本身的形状不发生改变，可反复升温及降温。而该相变潜热材料优选的成分中应当包含氧化铝、氧化钙、氧化硅、氧化铁、二氧化钛、氧化镁与碱当中的任意一种或多种，配以其它粗细搭配适当的集料。且材料具有良好的力学性能和稳定性，与水化产物之间具有良好的胶结强度，较高的热容，热导率。可保证工作温度(200～1000℃)的稳定性。通过前述措施配以常规的保温结构即可储存热量，并在需要时输出热量维持机械能转换装置的运行；经发明人试验，本发明可使无光能的状态下可持续输出机械能32小时。

上述储热能量箱13的储热原理是：当太阳能进入储热能量箱13的底部后，将纵横有序排放的相变潜热材料进行光学加热，实现潜热存储的效果。由于热量是从低温到高温进行扩散，而且传热方向是至下而上进行，因此将输入光源放置在储热能量箱13的下方，并将储热能量箱13的热量输出端设置在其上方。

再根据本发明的另一实施例，为避免上述太阳能储存及直接利用发生紊乱，还可在储热能量箱13与机械能转换装置之间的热传导管14上增设导热控制开关；在向储热能量箱13传输太阳能的能量引导介质3上增设光开关阀。在本实施例中前述的导热控制开关与光开关阀可通过电控系统自动控制，也可直接手动控制。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (9)

1.一种太阳能到机械能的转化方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：

步骤A、由反射装置(1)将来自于聚能罩(2)的太阳能反射至能量引导介质(3)，由能量引导介质(3)将太阳能传输至聚能罩(2)下方机械能转化装置(4)中的热能吸收器(15)；

步骤B、第一触发，由机械能转化装置(4)中气温调整装置(5)的加热器将气体加热后由气缸(6)侧面的进气口进入气缸(6)的内部，从而推动配气活塞(7)向下运动，并将其与动力活塞(8)之间间隔空间中的气体由排气口压入冷却器，气体依次经过冷却器、交换器与加热器，并由进气口进入气缸(6)的内部；

步骤C、第二循环，配气活塞(7)将气体压入冷却器的同时还带动动力活塞(8)向下运动，动力活塞(8)的活塞杆通过偏心机构带动驱动齿轮(10)转动，进而驱动齿轮(10)由另一偏心机构通过配气活塞(7)的活塞杆带动其向上运动，将配气活塞(7)上方的高温气体再压入加热器中，气体依次经过加热器、交换器与冷却器，由排气口进入气缸(6)内部，并同时推动配气活塞(7)向上运动，推动动力活塞(8)向下运动，从而输出机械能。

2.根据权利要求1所述的太阳能到机械能的转化方法，其特征在于：所述步骤C不断循环。

3.根据权利要求1所述的太阳能到机械能的转化方法，其特征在于：所述步骤C中在驱动齿轮(10)的轴向上安装皮带轮(11)，皮带轮(11)跟随驱动齿轮(10)一同转动并通过皮带带动发电机(12)的转子转动。

4.根据权利要求1或3所述的太阳能到机械能的转化方法，其特征在于：所述步骤A中的能量引导介质(3)在聚能罩(2)的外部分叉为两路，其中一路向机械能转化装置(4)传输太阳能，在其能量输入端产生热能使其运行，另一路向储热能量箱(13)传输太阳能，储热能量箱(13)将太阳能转换为热能进行存储；在聚能罩(2)及反射装置(1)无法提供相应的太阳能时，储热能量箱(13)将其内部存储的热能由热传导管(14)传导至机械能转化装置(4)的能量输入端使其继续运行。

5.根据权利要求4所述的太阳能到机械能的转化方法，其特征在于：所述储热能量箱(13)中分层并纵横交错的设有相变潜热材料，所述相变潜热材料在与太阳能接触后温度即升高至既定的温度。

6.根据权利要求5所述的太阳能到机械能的转化方法，其特征在于：所述相变潜热材料中包含氧化铝、氧化钙、氧化硅、氧化铁、二氧化钛、氧化镁与碱当中的任意一种或多种。

7.根据权利要求4所述的太阳能到机械能的转化方法，其特征在于：所述储热能量箱(13)与机械能转换装置之间的热传导管(14)上设有导热控制开关。

8.根据权利要求4所述的太阳能到机械能的转化方法，其特征在于：所述向储热能量箱(13)传输太阳能的能量引导介质(3)上设有光开关阀。

9.根据权利要求1所述的太阳能到机械能的转化方法，其特征在于：所述的步骤A中的能量引导介质(3)为光纤导管，且光纤导管内部的分叉位置上设有光学棱镜；光学棱镜将来自于反射装置(1)的太阳能分别折射至光纤导管分叉的两路中进行热传导。