一种基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置

本发明属于发电与海水淡化，涉及一种可同时实现发电与海水淡化的装置，具体的说，是一种可高效利用太阳能的基于斯特林发动机的发电与海水淡化系统。

背景技术：

1、淡水对于人类生活及生产有着密切的关系，我们生活的方方面面都离不开淡水，然而全球淡水资源仅占全球水资源的2.35％，致使全球面临缺水的国家和地区很多，而海水淡化技术可以有效解决沿海地区淡水资源短缺问题。

2、斯特林发动机是英国物理学家罗巴特斯特林于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”。斯特林发动机是通过气缸内工作介质经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力。

3、液态金属作为一种新型材料，因其导热性能良好且具有流动性，在散热以及载热方面具有显著优越性。

4、在专利公开号为cn207740126u的专利文件中，提出一种太阳能斯特林光热发电与海水淡化热电协同组合利用系统，可以通过切换导热油换热器与斯特林发动机的位置来实现发电与海水淡化的模式转变，发明的不足之处在于没有办法实现发电和海水淡化同时进行，而且导热油工作温度不能太高，使斯特林发动机的热源温度受到限制。

5、在专利公开号为cn104709955a的专利文件中，提出一种碟式太阳能海水淡化装置，通过斯特林真空泵维持蒸馏缶内负压来实现海水的低沸点蒸发，但其只是实现了海水淡化，没有实现多联产。

6、在专利公开号为cn109205736a的专利文件中，提出一种基于斯特林循环的热驱自由活塞反渗透海水淡化动力系统，该系统通过斯特林循环的热驱自由活塞来为反渗透淡化海水提供动力，进行海水淡化，但是其斯特林热驱自由活塞产生的动力仅可为反渗透海水淡化提供动力，没有实现多联产，且其产生的淡水品质没有真空闪蒸法产生淡水品质高。

7、本发明结合现有技术条件及以上几种发明中的一些不足，提出了一种基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，在给发电机提供动力的同时，又为真空缸活塞提供动力实现海水淡化，且得到淡化水的品质较高。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺点和不足，本发明提供一种基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，可同时供应电能和高品质淡水，且系统的运行具有稳定性和高效性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，包括：斯特林发动机热源循环单元、斯特林发动机传动发电与抽真空单元、海水淡化单元，

4、所述斯特林发动机热源循环单元，包括太阳能集热器、热腔、电磁泵、太阳能板，其中：所述热腔的下端出口通过管道连接所述电磁泵的工质进口；所述电磁泵的工质出口通过管道连接所述热腔的上端入口，所述太阳能集热器设置在电磁泵与热腔之间的管路上，用于加热管道中的液态金属；所述太阳能板的接线端与所述电磁泵的接线端通过电线连接；

5、所述斯特林发动机传动发电与抽真空单元，包括斯特林发动机气缸、冷端、斯特林发动机活塞、斯特林发动机传动曲轴、传动盘、发电机、真空缸曲轴、真空缸活塞，其中：所述斯特林发动机气缸与所述斯特林发动机活塞构成封闭空间；所述冷端位于所述斯特林发动机气缸右端，由肋片包裹组成；所述斯特林发动机活塞右端连接所述斯特林发动机传动曲轴；所述斯特林发动机传动曲轴连接所述传动盘；所述传动盘连接所述真空缸曲轴；所述真空缸曲轴连接所述真空缸活塞；所述传动盘外接所述发电机；

6、所述海水淡化单元，包括太阳能热水器、冷凝器、集水箱、真空缸，其中：所述太阳能热水器的入口连通供水管路；所述太阳能热水器的出口通过管道连接所述真空缸的进液阀；所述真空缸的出气阀通过管道连接所述冷凝器的入口；所述冷凝器的出口通过管道连接所述集水箱。

7、优选地，所述斯特林发动机热源循环单元还设有载热剂，且所述载热剂为液态金属，所述液态金属为钠钾合金、镓铟合金中的一种，用于为斯特林发动机的热端提供600-700℃的高温热源。

8、优选地，所述斯特林发动机气缸内的工作介质为氢气、氦气或它们的混合气体。

9、优选地，所述斯特林发动机活塞活动套设在所述斯特林发动机气缸的内部。

10、优选地，所述传动盘上分别设有圆盘ⅰ、圆盘ⅱ以及圆盘ⅲ，且所述圆盘ⅰ、圆盘ⅱ以及圆盘ⅲ的中心点均位于一条直线；圆盘ⅰ与圆盘ⅱ通过中心轴传动连接；圆盘ⅰ与圆盘ⅲ传动连接；圆盘ⅲ还通过中心轴传动连接所述发电机。

11、优选地，所述真空缸上的进液阀安装在所述真空缸缸体中间位置，排气阀安装在所述真空缸缸体末端，排液阀安装在所述真空缸的底端；所述真空缸上的进液阀、排液阀、排气阀均为单向阀。

12、优选地，所述冷凝器的冷却介质可以采用海水或者空气。

13、优选地，所述太阳能集热器为塔式太阳能集热器或碟式太阳能集热器中的一种。

14、优选地，所述斯特林发动机热源循环单元中，除太阳能集热器加热位置外，其余管道均采用耐高温的保热材料包裹。

15、由以上技术方案可知，本发明的基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，其技术优点是：

16、1、本发明是通过斯特林发动机驱动发电机以及真空缸完成发电以及海水淡化过程，其利用太阳能为斯特林发动机提供外源热，不需要额外的能量输入，就可以实现发电与海水淡化联产；

17、2、本发明利用了斯特林发动机活塞产生的动力进行海水淡化，优化了传动链，减少了能量转换次数，有利于提高能源利用效率。

18、3、本发明利用液态金属可以收集到高品位的热源；同时，斯特林气缸的热端不需与太阳能集热器固定在一起，因此采集太阳热能时，太阳能集热器位置较为灵活。

技术特征：

1.一种基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，包括：斯特林发动机热源循环单元、斯特林发动机传动发电与抽真空单元、海水淡化单元，其特征在于，

2.根据上述权利要求1所述的基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，其特征在于，所述斯特林发动机热源循环单元还设有载热剂，且所述载热剂为液态金属，所述液态金属为钠钾合金、镓铟合金中的一种，用于为斯特林发动机的热端提供600-700℃的高温热源。

3.根据上述权利要求1所述的基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，其特征在于，所述斯特林发动机气缸内的工作介质为氢气、氦气或它们的混合气体。

4.根据上述权利要求1所述的基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，其特征在于，所述斯特林发动机活塞活动套设在所述斯特林发动机气缸的内部。

5.根据上述权利要求1所述的基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，其特征在于，所述传动盘上分别设有圆盘ⅰ、圆盘ⅱ以及圆盘ⅲ，且所述圆盘ⅰ、圆盘ⅱ以及圆盘ⅲ的中心点均位于一条直线；圆盘ⅰ与圆盘ⅱ通过中心轴传动连接；圆盘ⅰ与圆盘ⅲ传动连接；圆盘ⅲ还通过中心轴传动连接所述发电机。

6.根据上述权利要求1所述的基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，其特征在于，所述真空缸上的进液阀安装在所述真空缸缸体中间位置，排气阀安装在所述真空缸缸体末端，排液阀安装在所述真空缸的底端；所述真空缸上的进液阀、排液阀、排气阀均为单向阀。

7.根据上述权利要求1所述的基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，其特征在于，所述冷凝器的冷却介质可以采用海水或者空气。

8.根据上述权利要求1所述的基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，其特征在于，所述太阳能集热器为塔式太阳能集热器或碟式太阳能集热器中的一种。

9.根据上述权利要求1所述的基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，其特征在于，所述斯特林发动机热源循环单元中，除太阳能集热器加热位置外，其余管道均采用耐高温的保热材料包裹。

技术总结
本发明为一种基于太阳能驱动斯特林发动机的发电与海水淡化装置，主要包括斯特林发动机热源循环单元、斯特林发动机传动发电与抽真空单元以及海水淡化单元。本发明不需外部动力输入，只依靠太阳能的光热驱动斯特林发动机产生动力，斯特林发动机产生的动力带动传动盘转动，一部分动力带动发电机发电，一部分带动真空活塞运动，实现抽真空，让海水在真空环境下进行蒸发，实现海水淡化的目的。本装置具有太阳能量利用效率高、产生淡水品质高、可以同时实现发电和淡化海水等优点。

技术研发人员：张远,马世华,田镇,高文忠
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12