CN103234187A - 太阳能熔融介质蒸汽供热系统 - Google Patents

太阳能熔融介质蒸汽供热系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太阳能熔融介质蒸汽供热系统，制气系统中的加热炉内放置支架和电加热器，支架上放有加热发热体，电加热器与太阳能电池板连接，太阳能电池板中的进水管与加热炉连通，加热炉上端设有热蒸汽出口，加热炉上方环形分布有第一聚焦加热凸透镜；蒸汽再热系统中的热蒸汽再热炉呈椭圆形，并置于熔融介质盛器内，热蒸汽再热炉与熔融介质盛器之间盛有熔融介质锡,热蒸汽再热炉下端通过热蒸汽管与加热炉上端的热蒸汽出口连接，热蒸汽再热炉上端设有再热蒸汽出口，热蒸汽再热炉上方环形分布有第二聚焦加热凸透镜。本发明结构简单，工作稳定。可用于家庭供热，也可以大规模使用。本发明具有结构简单，安全无污染，低能耗等优点，具有很高的社会和经济价值。

Description

太阳能熔融介质蒸汽供热系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能发电技术，光学，传热供热系统，尤其是一种易控制，高效率，占用空间体积小，可靠性强、经济价值很高的太阳能熔融介质蒸汽供热系统。
背景技术
目前我国已经保留的传统的供热方式来讲，供热效率低下，能源消耗量大，污染较严重，同时燃烧产生大量二氧化碳等温室气体，加快全球变暖，破坏生态环境，另外还存在自动化程度差的弊病，锅炉运行人员的安全有一定隐患等问题。随着能源消耗日益殆尽，传统的供热方式正面临着以气代煤的挑战，因此，势必将提高供热成本。然而，就一些新兴的供热技术来说，不少技术成本高昂，市场化程度不高，不能顺应和满足大众需求。另外，电热系统还存在安全隐患。目前市场上传统的燃煤锅炉因污染环境已逐步被新的采暖方式所取代，除部分地区采用热电联产外，大部分地区都面临煤改气的任务。虽然一些新兴的供热方式（比如中央空调系统、家用电锅炉、新型蓄能式电暖器等）陆续出现，但都存在能源消耗大，供热效果差，客观条件要求高等缺点。
目前市场上的供热方式多样，但是都不能大规模应用，局限性较大，市场竞争力不强，公开的专利有：专利号201020179659.5，一种太阳能储热供热装置；专利号200820008583.2，一种太阳能供热、发电装置；专利号200920101260.2，太阳能地暖；专利号200710114985.0，承压式太阳能供热系统等。
基于以上不足，急需发明能源消耗少，比如完全来自太阳能，本身成本低，并且通过多种途径提高供热效率的供热系统与装置。
由于我国地域辽阔，区域环境差异大，对供热的温度、时长等要求均存在差异，另外日照时间以及日照强度的区域性差异明显。因此，对太阳能熔融介质供热系统提出以下要求：
（1）根据我国大部分地区的平均日照时间以及日照强度确定太阳能电池板的面积，安装角度等参数。在必要地区采取适应该地区的电池板类型（本发明实验室测试使用的是槽式电池板）。同时保证供电量以及热水供应，以适应大部分地区的供热需求。
（2）通水管、通汽管路程尽量较短，保证蒸汽不会大量液化。
（3）凸透镜聚焦加热系统中凸透镜的分布要对全天日照充足时段太阳光的聚集有较好效果，以保证加热充分。
（4）制气系统中的聚焦加热受热体及其支架要求不产生污染，不锈蚀。
（5）过热系统熔融介质的熔点较高，不挥发，不与通气及介质盛器反应，以达到再热的目的。
（6）整个系统易于安装在阳台，屋顶等处。
发明内容
本发明是要提供一种太阳能熔融介质蒸汽供热系统，该供热系统采用太阳能这一清洁能源，安全无污染，把传统的太阳能发电与聚焦加热原理合并应用，有效提高供热效率，系统可操作性强，自动化程度高，应用面广，能够安全、高效、持久供热，具有很广阔的市场前景。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种太阳能熔融介质蒸汽供热系统，由制气系统和蒸汽再热系统组成，其特点是：制气系统包括太阳能电池板、第一聚焦加热凸透镜、不锈钢聚焦加热发热体支架、电加热器 、加热炉 、不锈钢聚焦加热发热体、加热炉内放置不锈钢聚焦加热发热体支架和电加热器 ，不锈钢聚焦加热发热体支架上放有不锈钢聚焦加热发热体，电加热器 通过电线与太阳能电池板连接，太阳能电池板中的进水管通过温水出水管 与加热炉连通，加热炉上端设有热蒸汽出口，加热炉上方环形分布有第一聚焦加热凸透镜；蒸汽再热系统包括热蒸汽再热炉、熔融介质盛器、熔融介质锡、第二聚焦加热凸透镜，热蒸汽再热炉呈椭圆形，并置于熔融介质盛器内，热蒸汽再热炉与熔融介质盛器之间盛有熔融介质锡, 热蒸汽再热炉下端通过热蒸汽管与加热炉上端的热蒸汽出口连接，热蒸汽再热炉上端设有再热蒸汽出口，热蒸汽再热炉上方环形分布有第二聚焦加热凸透镜。
第一，二聚焦加热凸透镜与水平面夹角为45°~135°的空间范围内；第一，二聚焦加热凸透镜的直径为30cm。
本发明的有益效果是：
1．太阳能电池板水管提高效率措施：在高温情况下，水管内流动的水吸收太阳热量，降低太阳能电池板温度，使其保持较高发电效率，同时为供热系统提供热水，可以通过控制冷水进入水管的流速使太阳能发电效率达到近似峰值。
2、凸透镜聚焦加热温水加热措施：采用凸透镜聚焦加热，加热发热体以加热来自太阳能电池板表面水管流出的温水，产生较高温度的蒸汽。
3、蒸汽发生炉中分布加热管，太阳能电池发出的电能供给加热管发热，提高温水加热效率。4、蒸汽再热系统：采用电动自旋搅拌换热器，热量分布均匀，效率高。蒸汽管的形状有利于很好控制蒸汽流速，使蒸汽充分再热。
5、采用锡作为换热介质，价格低廉，对凸透镜聚焦加热热量的吸收效率非常高。
6、两处凸透镜聚光凸透镜采用的分布方式保证了日照强度较高时段的效率。
在燃煤供热日渐淘汰，新兴供热方式存在耗能大，成本高等弊端的今天，本发明不仅解决了能源消耗的问题，而且成本也不高，效率却大为提高。自动化程度较高、安全性、稳定性高、操作简便，不仅适合家庭供热，也可以用于大规模供热。另外，本发明适用范围很广，根据不同区域特点进行改进非常方便，例如在日照时间非常充足的地区，可以在太阳能电池板终端加上蓄电池，太阳能发出的电可以通过蓄电池储存和用作它处。除此之外，过量的热水还可以用于生活用水。改变熔融介质（如：铝）还可以将该系统改装成发电系统，由此可见，本发明具有较高的经济和社会价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的太阳能熔融介质蒸汽供热系统，由制气系统和蒸汽再热系统组成。
制气系统包括进水管1、太阳能电池板2、第一聚焦加热凸透镜3、温水出水管 4、电线5、不锈钢聚焦加热发热体支架6、电加热器 7、加热炉 8、不锈钢聚焦加热发热体9、加热炉8内放置不锈钢聚焦加热发热体支架6和电加热器 7，支架上放有不锈钢聚焦加热发热体9，电加热器 7通过电线5与太阳能电池板2连接，太阳能电池板2中的进水管1通过温水出水管 4与加热炉8连通，加热炉8上端设有热蒸汽10出口，加热炉8上方环形分布有第一聚焦加热凸透镜3。
蒸汽再热系统包括热蒸汽再热炉12、熔融介质盛器13、熔融介质锡14、第二聚焦加热凸透镜15，热蒸汽再热炉12呈椭圆形，并置于熔融介质盛器（1）3内，热蒸汽再热炉12与熔融介质盛器13之间盛有熔融介质锡14, 热蒸汽再热炉12下端通过热蒸汽管 11与加热炉8上端的热蒸汽10出口连接，热蒸汽再热炉12上端设有再热蒸汽16出口，热蒸汽再热炉12上方环形分布有第二聚焦加热凸透镜15。
其中制气系统又分为几个小部分：太阳能发电兼供水系统；凸透镜聚焦加热系统；制气系统加热炉及其加热系统。
1）制气系统
    （1）太阳能发电兼供水系统：该子系统结构简单，但是其作用不容忽视，太阳电池板2经阳光照射发电，同时电池板的温度也不断的升高，由于太阳能电池板的温度上升到一定程度会影响太阳能发电的效率，考虑到本发明需要水制取水蒸气，因此，该太阳发电兼供水系统采取在太阳能电池板2的表面按图示方法分布透明玻璃管（即进水管1），以吸收影响太阳能电池发电效率的热量，同时又给进水进行了加热，减少了将进水加热成热蒸汽的能量消耗。
（2）凸透镜聚焦加热系统：热凸透镜聚焦加热系统主要由环形分布于制气系统加热炉上方的制气系统聚焦加热凸透镜组成。凸透镜主要分布于与水平面夹角为45°~135°的空间范围内，基本能很好的聚集黄金日照时间的太阳光。凸透镜呈环形分布，以聚集各个方向的太阳光。凸透镜的直径为30cm，其焦距根据各个部位距离聚焦加热发热体9的距离不同进行选择，以使焦点位于聚焦加热发热体9上，保证较高的加热温度。
（3）制气系统加热炉及其加热系统：制气系统加热炉及其加热系统主要由透明玻璃制制气系统加热炉8及其内部加热结构组成，加热炉下面由温水出水管4往炉内加水。加热炉下面有两根连接有电加热器7的电线5，所用电来自太阳能电池，供给电加热器7发热给水加热。在加热炉内有一不锈钢聚焦加热发热体支架6，支架上放有不锈钢聚焦加热发热体9，不锈钢聚焦加热发热体9吸收凸透镜聚焦加热的热量发热从而给水加热至产生蒸汽。
2）再热系统
透明玻璃制制气系统加热炉8内产生的热蒸汽10经热蒸汽管11流入再热系统热蒸汽再热炉12，热蒸汽再热炉12呈图示椭圆形，热蒸汽到达热蒸汽再热炉12底部流速减小，保证了在再热炉内滞留时间较长。熔融介质盛器13内盛有熔融介质锡14, 该介质在再热系统聚焦加热凸透镜的加热作用下由固态变为液态，流动性增强，保证了热蒸汽的再热效果。该熔融介质具有熔点较高，不挥发，无毒无污染等优点，在常温下非常稳定，不会被氧化，可以反复使用，降低了成本。而上方的聚焦加热系统的凸透镜布局跟制气系统基本相似，但是其分布更稠密，保证熔融介质融化所需的较高温度。热蒸汽经再热系统再热后成为再热蒸汽16，被送入需要供热的地方。
    该发明已在实验室中完成了相关数量的测定，在日照条件不同的时期进行了室外实验，性能测试，运行观测。设备运行稳定，效果良好。运行过程中，太阳能电池板2经阳光照射产生电能，产生的电能供给透明玻璃制制气系统加热炉8内的电加热器7工作，电加热器产生的热量将水加热产生蒸汽。同时，透明玻璃制气系统加热炉8中的不锈钢聚焦加热发热体9被呈环形分布的制气系统聚焦加热凸透镜3聚焦加热，从而产生热量也将加热炉中的水进行加热产生热蒸汽。而两种加热方式所加热的水又是来自太阳能电池板表面分布的玻璃水管，该水管在太阳能电池板因温度过高效率降低时吸收多余的热量，对水管里的水进行加热，经加热的水流入加热炉，减少了加热水的能量消耗。两种加热方式产生的热蒸汽经过热蒸汽管11进入热蒸汽再热炉12，从而呈环形分布的再热系统聚焦加热凸透镜聚焦加热熔融介质盛器13中的锡，使之熔融，熔融的锡与再热蒸汽发生热交换，从而使热蒸汽得以再热，再热蒸汽经管道流出后供给利用。
该发明具有较高的实用性，在经济快速发展，提倡节能减排的今天，清洁能源的应用是一大趋势，该太阳能供热系统解决了能耗、效率、污染的问题。该供暖系统结构简单，成本低廉，适用范围广。聚焦加热加热方式的应用是一大创新，提高了传统的太阳能发电效率，同时用于提高效率的水被加热又被应用，这对于供热业来说无疑是一举两得。
该装置已经完成实验、组装、调试，系统工作可靠性系数高，可广泛应用于家庭、大型超市、餐厅、宾馆以及工业生产车间的供热，市场前景非常乐观。

Claims (2)

1.一种太阳能熔融介质蒸汽供热系统，由制气系统和蒸汽再热系统组成，其特点是：制气系统包括太阳能电池板（2）、第一聚焦加热凸透镜（3）、不锈钢聚焦加热发热体支架（6）、电加热器（7）、加热炉 （8）、不锈钢聚焦加热发热体（9）、加热炉（8）内放置不锈钢聚焦加热发热体支架（6）和电加热器 （7），不锈钢聚焦加热发热体支架（6）上放有不锈钢聚焦加热发热体（9），电加热器 （7）通过电线（5）与太阳能电池板（2）连接，太阳能电池板（2）中的进水管（1）通过温水出水管 （4）与加热炉（8）连通，加热炉（8）上端设有热蒸汽（10）出口，加热炉（8）上方环形分布有第一聚焦加热凸透镜（3）；蒸汽再热系统包括热蒸汽再热炉（12）、熔融介质盛器（13）、熔融介质锡（14）、第二聚焦加热凸透镜（15），热蒸汽再热炉（12）呈椭圆形，并置于熔融介质盛器（13）内，热蒸汽再热炉（12）与熔融介质盛器（13）之间盛有熔融介质锡（14）, 热蒸汽再热炉（12）下端通过热蒸汽管 （11）与加热炉（8）上端的热蒸汽（10）出口连接，热蒸汽再热炉（12）上端设有再热蒸汽（16）出口，热蒸汽再热炉（12）上方环形分布有第二聚焦加热凸透镜（15）。
2.根据权利要求1所述的太阳能熔融介质蒸汽供热系统，其特征在于：所述第一，二聚焦加热凸透镜（3， 15）与水平面夹角为45°~135°的空间范围内；第一，二聚焦加热凸透镜（3， 15）的直径为30cm。
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