CN103477053B - 一种包括太阳能涡轮机或涡轮压缩机的太阳能集热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括太阳能涡轮机或涡轮压缩机的太阳能集热器，包括外部气体入口，压缩机（16），在省式热交换器，螺旋形管形成的圆锥形太阳能集热器（1），该圆锥形管使用陶瓷材料隔热不暴露于太阳辐射，燃料气体喷射器（30），耦合到所述压缩机（16）和发电机（10）的涡轮机（4），和一个出口（8），用于释放空气和废气到外部。

Description

一种包括太阳能涡轮机或涡轮压缩机的太阳能集热器
技术领域
本发明涉及具有涡轮机或涡轮压缩机的太阳能集热器，使用由抛物镜聚光器或日光反射装置产生的太阳辐射加热气流，也具有流向其他各种太阳能涡轮燃料的集热器。
背景技术
本发明的背景技术是广为人知的，如燃气轮机、蒸汽轮机、用于不同项目的太阳热能蒸汽轮机和涡轮压缩机的传感器和反射器。抛物镜形状用于发射和接收辐射，具有一或两个焦点。从这些所有背景技术，本申请发明人进行了显著创新和不同组件的组合产生了更精确的集群模型对现有技术做出改进。
本发明的目的是提高构成使用太阳能辐射作为驱动力的部件的的能量性能的热力学效率，避免这些装置的水消耗，这些更便宜的设施本身不损失效率，使用热空气和部分能量生产氢气或存储盐或者油，或者在没有太阳辐射的时间以不同方式使用高温流体产生用于蒸汽轮机的冷或者蒸汽，如发明人在2006年2月申请的西班牙专利U200600388，基于此优先权的欧洲专利07381002-0-1267。通过可再生能源生产电力和避免污染是本发明的重要部分。
本发明要解决多个不同的技术问题：燃气涡轮机使用燃料污染环境，技术复杂成本高，热力学能源效率低。本发明的目的是降低高温对涡轮机电机和其它涡轮机部件的影响。本发明要解决的另一个问题是基于所接收的太阳光的容量，将热量带给燃料，提供太阳辐射及机械之间的交换，所述机械是蒸汽涡轮机，涡轮压缩机，例如燃气涡轮机或其他物品。
发明内容
本发明主要由两个组件组成，一体成型或各自分离，涡轮机或小功率的涡轮压缩机，和集热器，这些组件构成装置的组件。
传感器具有径向形状，导管浸入，每个导管绕其中心旋转并彼此封闭使热空气封闭在锥形内，照射时热空气不脱离，这些部件不取决于其位置，可以是透明保护玻璃。
在外周，照射外部时传感器不充满陶瓷材料，陶瓷材料保留管道温度传感器，该材料是一层热绝缘材料。
基于涡轮机的安装和组成，传感器的出口部分具有更大直径，在照射前，输入流向外部压缩机，该外部压缩机提供到传感器的气流，该气流被抛物镜或日光反射装置反射的太阳光照射，导管定向到输出管。圆锥的最内部和端部具有直管，厚度为六个长管的防湍流管必要时具有内部散热片以防止旋转或龙卷风抵达涡轮机入口对应于最里边的锥形。
如果采用涡轮压缩机，传感器的输入穿过绝缘管道到外部压缩机出口在这两种情况下，太阳辐射加热的气流能更大范围的覆盖到圆锥内的管道上，气流到达传感器在输出口具有更高的温度，气流的温度取决于所安装的涡轮机所需功率。
所述传感器，其中的管道是圆形或方形，但其可以是任何能够最大化接收太阳光照的形状，这种机械组件在涡轮上是可拆卸的。
在上述情况下，径向锥形的集热器，如本专利所述，涡轮机的流体由太阳辐射加热，这些流体是空气或其他流体：水，氦气等，用于提供给另一种机械发电机。
涡轮机由若干部分组成，此处描述其最重要组成和使用操作：在背部，或高或低，涡轮机安装到所需位置最后安装吸收用的空气压缩机。安装后，安装过滤器除去进入压缩机的空气中的杂质，该元件具有两个面和一个中间孔，其中的A面面向压缩机，B面面向涡轮机输出气流。
在其两侧的外侧圆周，由管道将其连接在一起，这些管子通过压缩机提供的压缩气流，但隔离涡轮机气流。
管道覆盖了圆周外部，仅有表面的孔和管道在外面，面向两面之间的内侧的圆周里面是不可见的且不联通。
面向马达的B侧表面与其涡轮机封闭管道向压缩机的空气传感器的联通。
B具有联通来自涡轮机马达流向A和B面内部的气流的孔，使得空气涡轮机通过这些孔喷射高温气体。这些高温气体穿过具有管道的空气压缩机抵达传感器，通过空气压缩机管道的空气被压缩并离开压缩机通过管道传到传感器，这种情况下最大化的使用了离开涡轮机马达的热空气。
确定与传感器联通的压缩空气管道系统是重要的，其可以是任何形状，只要其内的管道直径和数量不会阻碍空气流动。侧面表面A、B的材料和管道是固定或可移动的机械部件，为具有耐高温、低膨胀率、耐腐蚀的合金机械部件。
连接涡轮机和压缩机的传动轴具有密封室，热交换器穿过此密封室，密封室部分具有压缩机散热片送出经过计算的一定量的空气用来接收冷却涡轮机但不吸入气体，空气压缩机接收冷空气，其内的散热片将气体排出。
不考虑多片式传感器，涡轮机连接四个主要部件：压缩室连接内部热交换器作为热气出口，热交换器连接到覆盖马达的涡轮机室，马达室连接到传感器及其后面的装置。
电机产生的动态运动移动涡轮机压缩机，并在同一轴线上移动发电机，在使用涡轮压缩机的情况下，对涡轮机的描述同样可适用于涡轮压缩机。
无论压缩机外螺纹是什么类型，涡轮机电机无中间压缩带动发电机工作。
在具有两个加热工作流体的热交换器的情况下，一个位于气体出口，一个位于上述的太阳能集热器的进气口，空气位于压缩机的外部。在本发明中，太阳辐射传感器，可以是抛物镜或反射镜。安装的组件：传感器、涡轮压缩机、压缩机和发电机可以安装在塔台或类似物上。
采用本发明的技术方案后，该涡轮机由传感器接收的气流驱动，该传感器代表性的创新是漏斗或锥形的径向管道，基于此接收太阳光或太阳辐射，从而达到千瓦的功率。
低于15千瓦的辐射传感器优选中心为抛物镜形，基于热功率产生千瓦计的功率，更大直径形状能够产生更多千瓦的电力，在理想情况下加热通过传感器到达压缩机的气流，热量由具有一定数目的日光反射装置的涡轮机接收，传感器和其它装置安装在涡轮机塔台上。通过更改机械运作结构涡轮机在产生电流上具有显著进步。
本发明的涡轮机，与采用化石燃料、氢气或生物来源的燃料(生物质化合物)的涡轮电机相对，其也可为本专利所包括，理想做法是通过太阳辐射加热气流。本发明的涡轮机和集热器，可以采用三种形式：一种形式是压缩机采用外置压缩机，另一种形式是压缩机为涡轮机的一部分，涡轮机与压缩机马达相对，如发明及其附图所示，另一种形式是采用传感器的涡轮机由涡轮压缩机替代。
总之，本发明的太阳能集热器所采用的管道是圆形或者方形，径向上采用锥形或漏斗形，本发明的涡轮机即使基于布雷顿循环的节能理念也打破了元件之间的顺序，不同于目前任何使用的同流换热结构。
需要指出的是涡轮机和传感器各自独立，也可以与其他类型的适用于热学应用的传感器单独或一起工作。
此外，采用具有更高效率的新型传感器，具有1-15千瓦的功率，独立安装在本发明的涡轮机上。为了得到所述产品，可以安装增压组件，安装到本发明的新的太阳能集热器上，使其具有更好的经济性和功率。
附图说明
图1是包括太阳能涡轮机或涡轮压缩机的太阳能集热器的结构示意图；
图2是涡轮压缩机的结构示意图。
图3是本发明的模型，其中压缩机为独立部件并安装；
图4是包括太阳能涡轮机或涡轮压缩机的太阳能集热器的径向主视图；
图5是换热器管道及其表面；
图6是包括太阳能涡轮机或涡轮压缩机的太阳能集热器的安装方式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明优选的方案做出说明。
如图1所示，太阳能涡轮机或涡轮压缩机的太阳能集热器结构由下述所有组件构成：集热器1，涡轮电机4，换热器管道：具有位于涡轮传感器的输出口的热气体出口上的空气进口24和管道出口17，其长度大约等于管道直径的6倍，最后是叶轮传感器形成的环形12，该传感器接收太阳辐射的最高温度；蓄热陶瓷涂层13；出口孔19的内表面上所用的气体，离开涡轮机4的马达和其中的管道冷却散热片21的气体出口孔19，该气体出口孔位于内表面，该冷却气体到达压缩机16的散热片22。
压缩机16压缩的空气并将其导向到管道的空气入口24，使得空气在抵达出口8的过程中被换热器加热，空气通过空气入口24进入压缩机16，从指向到集热器1的管道出口17出来，该集热器具有绝缘体23保护以隔离外界空气。压缩机16压缩的空气由(图5所示)热交换器管道40加热，依次通过换热器的空气入口24、管道出口17、热管壁20，抵达集热器1的入口。集热器1由抛物镜或日光反射装置反射的太阳辐射进行照射，从而决定发电机的功率，压缩机(16)与涡轮机(4)通过中间区域分开。该发电机10安装在连到涡轮机马达4与压缩机16、发电机10的轴9上。
通过操作驱动压缩机16和发电机10的涡轮电机4，压缩空气和照射抵达环形12和集热器1的排气管道。所有集热器1中，从外往里看具有绝缘体23和一个热绝缘粉末或陶瓷球形成一个绝缘层13起到缓冲器的作用，以避免从入口6内侧到集热器1到排气管道3的流量波动。
如图2所示，图2显示与图1相同的结构，在图2中涡轮机4和压缩机16均配备了涡轮压缩机：从压缩机16到进气口27，或定向到换热器并再次被加热抵达集热器1的输入。阳光辐射相继进入和离开涡轮机4的管道并对其进行加热。
绝缘的温度蓄能器绝缘层13积累外部温度并反过来构成了辐射的温度变化。所有动能从涡轮机4通过轴9传递到压缩机16，减速机26和发电机10。
如图3所示，集热器1在入口6接收来自外部压缩机的压缩空气空气通过换热器2并进入集热器1的管道，管道与其他附图一样为颈项锥形管道。集热器1在尾部还环形12具有设有散热片的排气管道3，排出涡轮机4的马达上的高温和高压气流。
出口8中的气体穿过热交换器5，热交换器5捕捉通过管道7，尤其在集热器1中的热循环中的热量以防止热损失。热交换器5通过集热器1的入口将热量输送至换热器2。涡轮机4的马达将动力施加在压缩机10和与其连接的起动离合器11上。
如图4所示，其中涡轮机4的马达的最内部在此视角下是不可见的。从此处可以看出，换热器2到集热器1的入口6和螺杆压缩机14、出口8、排气管7的路径内的热交换器5、传感器1内部和外部。
如图5所示，其中空气入口24显示了中心部分是对压缩机不可见的位置，孔的外面是离开表面管道出口17并使压缩空气输入图1的集热器1。对于管道18，从表面管道出口17可以看到外孔为输出管道将空气从图1的压缩机16运送至集热器1，同样可以理解出口孔19，通过热交换器管道40将气体从涡轮机马达4输送到出口8。
如图6所示，作为整个专利附图1或2的一部分。图6显示的组件36安装在装置中心，位于背面。太阳辐射38聚焦在反射器37，反射器37将辐射集中到装置中心的传感器1。也可以直接在装置的焦点位置安装传感器的所有部件和其它配件，图6所示仅为装置安装的一种可行方式。
在优选实施例中，可能面临两种情况(压缩机集成与抛物镜或塔台或者通过涡轮轴连接)：具有足够的高度安装太阳能塔台使其不被投影掩盖，或者小规模的，集热器集中抛物镜的辐射。
在第一种情况下需要具有一定的高度固定平台以支撑发电机、涡轮机和传感器。该传感器具有若干毫米的管道，管道的截面可以是正方形或圆形，管道所用材料是具有高的热传递率和高的耐热性，耐高温性，具有最低的膨胀率的合金，所有这些为了获得更好的传输太阳辐射，材料中充满循环流体，在本发明中流体是空气，管道形成圆锥状螺旋构象，每个后面相继形成，每转一圈直径降低，直到在联接到涡轮机的进气导管和其他电机的输出输入到传感器。在第一个圆上，也就是与压缩机连接的出口圆锥体具有一个倾斜传感器，径向位置定向到日光反射器使得太阳入射角的最高点与涡轮传感器连接的最后一个环。
这将使得第一个环外部的径向传感器达到很高的温度，并随着每个环增加，在最终的输出位置温度高达1200℃。
当涡轮传感器连接的涡轮压缩机或增压发动机，如本发明所述：太阳辐射加热空气流，压缩空气管道连接传感器输入，本发明隐含包括了压缩机涡轮机与任何涡轮压缩机结合的情况。
空气直接进入支撑装置的塔台的出口，原则上由于其是中空的，热气、净化空气产生和提升温差，空气流通冷却所有组件。
涡轮电机的出口处，在空气通过管道后，该管道将压缩气流从压缩机到传感器，为了利用废热空气，通过换热器使用空气、流体油，盐等用于存放或生产，从而在该位置产生热能。在没有阳光的时间，或由蒸汽产生氢气，使用由太阳能高峰期利用太阳提供的能源产生的电力。太阳辐射由阳光反射装置聚焦到，尤其是安装在塔台上的，可以分别聚焦的位置。
在另一优选实施例中，使用相同的部件用于塔台的安装。这些部件是小尺寸的，可以安装到抛物镜，其中传感器位于聚焦焦点位置从而提升小型涡轮机和发电机的直流或交流输出。在所给定的大小下，抛物镜的直径，能够产生高于15Kw的能量，尽管其它大小也是可行的，当所需电力超过15kW时更适合的设施优选为电力塔台。

Claims (3)

1.包括太阳能涡轮机或涡轮压缩机的太阳能集热器，其特征在于：
-接收太阳辐射：具有径向为圆锥形管道的集热器(1)，管道内部为圆形或方形，径向管道入口的第一个环形比接下来的更大，每圈环形之间没有间隙，最后的环形(12)与供给涡轮机(4)和连接空气压力压缩机(16)的入口(6)的排气管道(3)连接；
-通过连接径向锥形结构的集热器(1)，覆盖周围和到集热器(1)的管道(18)的绝缘层(23)进行保护，绝缘层(23)和陶瓷层之间为管道(18)，陶瓷层(13)为固体、粉末，用于存储热量；
-将集热器(1)的各种喷嘴(30)通过管道注入气体以产生热量，并为来自于压缩机(16)的周围的空气提供热量；
-包括一个涡轮机(4)，由集热器(1)通过太阳辐射或其他类型的燃料提供热量，涡轮机(4)，与集热器(1)相适应，独立于通过轴(9)连接的压缩机(16)和发电机(10)；
-装有换热器的涡轮机，该换热器分离压缩机(16)的涡轮机(4)，换热器具有两个与热交换器管道(40)连接的表面，其中管道出口(17)、管道的空气入口(24)，连接到管道其它两个表面和孔盲区(20)，该孔盲区(20)封闭空气压缩机(16)并使通过管道空气入口(24)和管道出口(17)的管道(18)不接触涡轮机(4)的区域；
-压缩机(16)与涡轮机(4)通过中间区域分开，在涡轮机的表面区域和气体向管道(18)的外部出口传输的出口孔(19)，该区域封闭压缩机(16)，加热内壁(20)和从热交换器管道(40)的空气入口(24)传输到管道出口(17)的穿过热交换器管道(40)的空气；
-中间区域具有联通和通过形成管道(31)的腔室之间的轴(9)的中心通道，除了因为具有散热片(22)的压缩机(16)发送外部室温空气到涡轮机(4)的叶片冷却和空气涡轮机外部，在此位置气体混合物去向出口(8)；
-涡轮机的中心轴线穿过中间区域，其中所述压缩机(16)除了发送压缩空气到热交换器管道(40)的空气入口(24)外，还从结合到压缩机(16)中心部分的散热片(22)发送未压缩空气到涡轮机的散热片(21)。
2.根据权利要求1的包括太阳能涡轮机或涡轮压缩机的太阳能集热器，其特征在于圆锥形的太阳能集热器(1)受到安装在塔台上的抛物镜或日光反射装置照射，
具有涡轮机功能的涡轮压缩机，结合与权利要求1相同特征的换热器：通过接入收集集热器(1)的管道通过空气压缩机(16)到涡轮机(4)的管道(18)，和排气管道(3)的输出通过穿过换热器的空气入口(24)到出口(8)将空气压力和高温带给涡轮机(4)，减速机(26)采用通过提供动能的发电机(10)和收集集热器(1)的管道的扭曲和轴(9)增加和减少扭矩，同样具有蓄能器隔离温度。
3.根据权利要求1的包括太阳能涡轮机或涡轮压缩机的太阳能集热器，其特征在于设有内置压缩机的集热器(1)和涡轮机(4)通过抵达集热器(1)的气流驱动，该气流在集热器(1)加热，通过压缩机(16)穿过集热器(1)的空气压力入口(6)、穿过在输入和输出位置的环形(12)具有涡轮机(4)的换热器(2)，出口(8)为热交换器(5)，该热交换器由从涡轮机(4)穿过管道传输热流体到换热器(2)的散热入口的气流加热。
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