CN102562502B - 塔式太阳热发电装置的虹吸风冷法及设备 - Google Patents
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Abstract
塔式太阳热发电装置的虹吸风冷法：用一个筒状冷凝器，在其底部和上端分别设置进风通道和出风通道，使进风通道—筒状冷凝器内部—出风通道形成风道，利用热虹吸效应冷却风道内的乏汽冷凝器。据此方法制造的塔式太阳热发电装置，由反射镜阵列、竖塔、塔顶集热器、蒸汽透平和筒状冷凝器组成，其特征在于筒状冷凝器的底部含有进风通道，筒状冷凝器的上端含有出风通道；在筒状冷凝器中设置有太阳热发电装置的乏汽冷凝器。进风通道—筒状冷凝器内部—出风通道形成一个低风阻风道。本发明的有益效果：热虹吸风冷无需动力、不需要冷却水、可减少建设用地、降低投资、节省运营成本和内部用电、提高可靠性。结合附图给出四个实施例。
Description
技术领域
本发明涉及塔式太阳热发电装置的虹吸风冷法及设备。
背景技术
推广利用太阳能热发电有利于节能减排和人类的可持续发展。现有一种采用聚光镜阵列的太阳热发电装置，采用水进行冷却。由于用水量大，增加了其建设场地的选址难度，并且增加了投资和经常性费用。
发明内容
本发明的目的是要提供塔式太阳热发电装置的虹吸风冷法及设备。
本发明解决其技术问题所采取的方法：用自动跟踪的聚焦反射镜阵列、竖塔、竖塔顶端的集热器、蒸汽透平和筒状冷凝器组成一台塔式太阳热发电装置。在筒状冷凝器的底部设置进风通道，在筒状冷凝器的上端设置出风通道，将太阳热发电装置的乏汽冷凝器置于筒状冷凝器中。使进风通道——筒状冷凝器内部——出风通道形成一个低风阻风道。利用太阳热发电装置乏汽冷凝器放出的热能使风道内的空气升温形成热虹吸，利用热虹吸效应使风道内空气快速流动实现对乏汽冷凝器的有效冷却。
本发明根据上述方法解决其技术问题所采取的技术方案：用自动跟踪的聚焦反射镜阵列、竖塔、竖塔顶端的集热器、蒸汽透平和筒状冷凝器组成一台虹吸风冷的塔式太阳热发电装置。筒状冷凝器的底部设置有进风通道，筒状冷凝器的上端设置有出风通道。在筒状冷凝器中设置有太阳热发电装置的乏汽冷凝器。令进风通道——筒状冷凝器内部——出风通道形成一个低风阻风道。
还可以将筒状冷凝器与竖塔一体建造。
还可以在筒状冷凝器底部设置水平安置的乏汽冷凝器，水平安置的乏汽冷凝器与竖直安装的乏汽冷凝器连通。
还可以在筒状冷凝器上端内侧设置一台涡轮发动机。
还可以在筒状冷凝器上端内侧设置一台涡轮发动机；并在筒状冷凝器下端设置一台增压风机。
对进风增压的涡轮发动机，还可以采用与乏汽冷凝器一体制造的导向器。
本发明的有益效果：进风通道——筒状冷凝器内部——出风通道形成一个低风阻风道，并且乏汽冷凝器的换热界面作为风道边界的一部分。可利用热虹吸效应在风道内形成高速空气流实现对热发电系统放热界面的强迫风冷。与采用水冷的太阳热发电系统相比，具有无需动力、不需要冷却水或者大幅度减少冷却水使用量、减少建设用地、可建造在很不平整的土地上、大幅度降低投资和选址条件的优点。基建费用最多可降低60％或者更多。不采用水冷却的热发电装置可以省略水源的保持和水处理环节、不产生输水系统的动力消耗、也没有输水系统的锈蚀堵塞问题，可大幅度节省运营成本和提高发电装置的可靠性。对一台10千瓦的发电装置，减少1千瓦的水冷却系统用电，可增加10％的输出。
筒状冷凝器与塔式发电装置的竖塔一体建造，可以减少总的建设成本。
增加设置水平安置的乏汽冷凝器，可以增加换热能力，减低筒状冷凝器的高度。
虹吸冷却塔式太阳热发电装置采用涡轮发动机利用热虹吸效应增加发电，可操作性强。对一台10千瓦的发电装置，增加0.5千瓦的输出，就增加了5％的发电量。
涡轮发动机采用增压风机可以进一步增加余热发电量。
导向器与乏汽冷凝器一体制造，可使装置的体积更紧凑、并有利于发挥风冷的优势。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是一个虹吸风冷塔式太阳热发电装置的结构示意图。
图2是一个带水平乏汽冷凝器的虹吸风冷塔式太阳热发电装置的结构示意图。
图3是一个带涡轮发动机的虹吸风冷塔式太阳热发电装置的结构示意图。
图4是一个带进风增压涡轮发动机的虹吸风冷塔式太阳热发电装置的结构示意图。
图中1.反射镜阵列；2.竖塔；3.筒状冷凝器；4.集热器；5.蒸汽透平；6.进风通道；7.出风器；8.乏汽冷凝器；9.风道；10.自动阀门；11.喷淋器件；12.水平安置的乏汽冷凝器；13.水平风道；14.叶片；15.涡轮发动机；16.增压风机；17.导向器。
具体实施方式
图1给出本发明的一个实施例。图1中，用自动跟踪的聚焦反射镜阵列1、与竖塔2一体建造的筒状冷凝器3、竖塔2顶端的集热器4、蒸汽透平5，组成一台虹吸风冷塔式太阳热发电装置。在筒状冷凝器3的底部设置进风通道6。筒状冷凝器3上端用转动副连接一个侧向出风器7作为出风通道。在筒状冷凝器3中设置多个太阳热发电装置的乏汽冷凝器8。乏汽冷凝器8表面可带有散热翅板。进风通道6——筒状冷凝器3内部——出风器7形成一个低风阻风道9。
在乏汽冷凝器8的顶端设置一个自动阀门10。令自动阀门10的外端与一个负压源连通并打开自动阀门10，可将蒸汽透平5内的不凝气体移除。
图1实施例的工作原理为：自动跟踪的反射镜阵列1将太阳光反射到竖塔2顶端的集热器4吸收体上，集热器4吸收体将阳光转变为热能并将集热器4内的水加热成蒸汽，蒸汽通过蒸汽透平5作功并驱动发电机输出电能。作功后的乏汽进入乏汽冷凝器8。乏汽冷凝器8在风道9中因热虹吸现象受到强迫风冷，使其中的乏汽冷却凝结成水并依靠重力回流。回流积聚的水由高压水泵泵送到集热器4，集热器4吸收体将阳光转变为热能并将集热器4内的水加热成蒸汽……，如此不断重复前述热功循环，进行太阳热能发电。
由于乏汽冷凝器8的放热，风道9内的空气被加热。热空气比重小，会向上流动并不断从出风器7流出，同时从进风通道6吸进外部空气。这就是所谓的热虹吸现象。出风器7能够在风力作用下自由转动，使其出风口始终不处于迎风状态。在风道9足够长且足够通畅、换热面积和功率足够大的情况下，风道9内空气的流速会足够快。
在乏汽冷凝器8的上方设置有一个与水源连接的喷淋器件11。通过喷淋器件11对乏汽冷凝器8喷水，可实现乏汽冷凝器8的蒸发冷却。
图2给出本发明的另一个实施例。图2中，用自动跟踪的聚焦反射镜阵列1、与竖塔2一体建造的筒状冷凝器3、竖塔2顶端的集热器4、乏汽冷凝器8及与之连通的水平安置的乏汽冷凝器12、蒸汽透平5组成一台带水平乏汽冷凝器的虹吸风冷塔式太阳热发电装置。水平安置的乏汽冷凝器12外面是水平风道13。水平风道13的边界立面含有进风通道6。水平风道13与风道9平滑连接。
图2实施例的工作原理可参照实施例1的有关部分。水平风道13本身的热虹吸效应很弱，但能提高竖直风道9内的空气温度，使得风道9的热虹吸现象及其产生的换热效果得到大幅度提升，尤其是在筒状冷凝器3高度较低的情况下。
图3给出本发明的另一个实施例。图3中，用自动跟踪的反射镜阵列1、与竖塔2一体建造的筒状冷凝器3、竖塔2顶端的集热器4、乏汽冷凝器8及与之连通的水平安置的乏汽冷凝器12、蒸汽透平5、置于筒状冷凝器3上端内侧的带叶片14的涡轮发动机15，组成一台带涡轮发动机的虹吸风冷塔式太阳热发电装置。
图3实施例的工作原理等可参照前述实施例的有关部分。
图3实施例中，乏汽冷凝器8、12放热使虹吸风道9内形成热虹吸，热虹吸产生较高的风速驱动涡轮发动机15转动。实现通过热虹吸对蒸汽透平提供散热的同时利用蒸汽透平的余热作功，譬如带动发电机发电。
图3实施例中，涡轮发动机15的输出功率与其叶片14两端的压力差及空气流速的乘积成正比。但较大的压力差将阻碍空气从筒状冷凝器3的下方进入，这将使涡轮发动机15的效率不能够进一步提高。
图4给出本发明的另一个实施例。图4中，用自动跟踪的聚焦反射镜阵列1、筒状竖塔2、筒状冷凝器3、竖塔2顶端的集热器4、蒸汽透平5、增压风机16、与换热器一体制作的换热式导向器17、带叶片14的两级涡轮发动机15组成一台带进风增压涡轮发动机的虹吸风冷塔式太阳热发电装置。增压风机16与两级涡轮发动机15刚性连接。
图4实施例中，涡轮发动机的启动过程为：换热式导向器17放热使周围空气受热膨胀，热空气向上流动驱动叶片14和涡轮发动机15转动。同时涡轮发动机15带动增压风机16吸气。增压风机16的吸气阻止了空气向下流动，确保有更多的热空气进入筒状冷凝器3内受热向上推动涡轮发动机15使其转速增加，转速增加的涡轮发动机15使吸气进一步增加，这使得涡轮发动机15内的气压进一步增加，并使叶片14两端的压力差加大。这导致涡轮发动机15的转速和输出功率进一步增加。高速转动的涡轮发动机15带动负载譬如发电机输出电能。当涡轮发动机15的输出与负载实现平衡时，启动过程结束，涡轮发动机15进入正常运行状态。
涡轮发动机15进入正常运行状态后，利用微电脑控制技术可以不断平衡发电机的负载，使其适应可能发生的太阳能的不稳定性。
换热式导向器17一方面实现换热，另一方面将由于增压风机16及叶片14旋转产生的空气切向流动转变为向上的轴向运动。这有利于提高涡轮发动机15的效率。
图4实施例发电部分的工作原理可参照前述实施例的有关部分。
Claims (10)
1.塔式太阳热发电装置的虹吸风冷法：用自动跟踪的聚焦反射镜阵列、竖塔、竖塔顶端的集热器、蒸汽透平和筒状冷凝器组成一个塔式太阳热发电装置，在筒状冷凝器的底部设置进风通道，在筒状冷凝器的上端设置出风通道，将太阳热发电装置的乏汽冷凝器置于筒状冷凝器中；使进风通道——筒状冷凝器内部——出风通道形成一个低风阻风道；利用太阳热发电装置乏汽冷凝器放出的热能使风道内的空气升温形成热虹吸，利用热虹吸效应使风道内空气快速流动实现对乏汽冷凝器的有效冷却。
2.一种虹吸风冷塔式太阳热发电装置，采用权利要求1的虹吸风冷法，由自动跟踪的聚焦反射镜阵列、竖塔、竖塔顶端的集热器、蒸汽透平和筒状冷凝器组成，其特征在于筒状冷凝器含有乏汽冷凝器；筒状冷凝器的底部含有进风通道，筒状冷凝器的上端含有出风通道；进风通道——筒状冷凝器内部——出风通道形成一个低风阻风道。
3.根据权利要求2所述的太阳热发电装置，其特征在于所述筒状冷凝器与竖塔一体建造。
4.根据权利要求2所述的太阳热发电装置，其特征在于筒状冷凝器底部含有水平安置的乏汽冷凝器，水平安置的乏汽冷凝器与竖直安装的乏汽冷凝器连通。
5.根据权利要求2或者3所述的太阳热发电装置，其特征在于含有一个与筒状冷凝器上端采用转动副连接的侧向出风器。
6.根据权利要求2或者3所述的太阳热发电装置，其特征在于筒状冷凝器上端内侧含有一台涡轮发动机。
7.根据权利要求2或者3所述的太阳热发电装置，其特征在于筒状冷凝器上端内侧含有一台涡轮发动机；在筒状冷凝器下端含有一台增压风机。
8.根据权利要求7所述的太阳热发电装置，其特征在于含有与乏汽冷凝器一体制造的导向器。
9.根据权利要求2或者3所述的太阳热发电装置，其特征在于乏汽冷凝器的顶端含有一个自动阀门。
10.根据权利要求2或者3所述的太阳热发电装置，其特征在于乏汽冷凝器的上方含有一个与水源连接的喷淋器件。
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