CN104296397A - 一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置 - Google Patents

一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置，包括集热装置、热交换器和热能转换利用装置，所述集热装置与热能转换利用装置通过热交换器连接；所述集热装置包括碟式反光镜、传热管道、集热器、太阳能轨迹跟踪器和支撑装置，所述支撑装置顶端设置太阳能轨迹跟踪器，所述传热管道的一端连接太阳能轨迹跟踪器，传热管道的另一端连接集热器，所述碟式反光镜的中心穿过传热管道固定在集热器和太阳能轨迹跟踪器之间，且所述集热器位于碟式反光镜的焦点处；本申请克服了阳光昼夜变化和天气变化的局限，用于发电、热能利用、热电联产、或者冷热电三联供，实现太阳能利用的高效、可控、可靠。

Description

一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置
技术领域
本发明涉及太阳能光热利用领域，尤其是一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置。
背景技术
随着全球能源危机的加剧，以及人类社会长期开采使用化石燃料所带来的环境污染、全球气候变暖等问题日趋严重，发展可再生能源已经成为世界上许多国家关切的问题。因此，开发太阳能热利用、太阳能电池、生物质能、风能、水能、波浪能、地热能、氢能、燃料电池等可再生能源和清洁能源，对于优化人类生活环境，改善世界能源现状，解决人类社会可持续发展具有重要的意义。
可再生能源中，太阳能的利用是重要的一部分，作为一种经济性、储量丰富、分布广泛的可再生能源被列入未来新能源开发的框架内。据统计，太阳辐射中到达地球陆地表面的辐射能大约为1.7×1013kw，相当于目前全世界一年内消耗的各种能源所产生的总能量的三万五千多倍。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对与人类历史而言，太阳不断供给地球能量的时间可以说是无限的，而且这种能源分布只取决于纬度和气候条件差异，也不属于任何一个国家或地区，是人类的共同财富，因而在缓解能源危机、实现社会经济持续发展方面具有重要意义。关于太阳能的利用，太阳能热水器是最为成熟的一个，并且应用范围广，很好起到了节约能源的作用，但是就世界能源形势来说，还不能起到重要作用；利用太阳能进行发电则是解决当今世界资源、环境等问题的有效途径之一。太阳能发电有直接光发电和间接光发电之分。前者直接利用太阳光进行发电，比如目前较为成熟和广泛应用的光伏发电或者光感应发电等；后者间接利用太阳能进行发电，目前最具发展前景并且技术较为成熟的就是太阳能热发电。太阳能热发电方式与光伏发电相比系统具有容量大、单位造价低、效率高的优点。太阳能热发电可以根据聚光方式分为槽式系统、塔式系统和碟式系统三大类。在这三种系统中，槽式技术最为成熟，商业化程度也最高；塔式系统热电站的太阳能利用率可以达到23％，但单位容量投资过大且降低造价很难，商业化程度不及槽式太阳能发电；碟式系统仍处于示范阶段，有实现商业化的可能和前景。
众所周知，太阳能是一种洁净的新能源和可再生能源，开发利用可节省大量的化石能源，利用范围广阔，环保和安全性都很高。但由于其地面利用时有间歇性和随机性，并且与气候条件有关。在传统的太阳能光热发电系统中，发电机组在阳光充足的日子早晨开机，下午停机，周而复始；阴雨、雪、沙尘天停机，年发电设备利用小时不足2500小时；无法实现连续稳定地发电和供热。由于频繁开停机，发电设备的寿命消耗大于连续运行机组；机组发电效率低于同容量、参数的连续运行机组。而且，在寒冷地区在集热场停止运行时需要额外的设施对导热工质和储热工质进行防冻保护。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置，利用传热流体将热能收集并传输给安装在地面的热能利用装置，克服了热利用设备必须在焦点悬空安装的限制和缺陷，并且可以集成储热装置和备用锅炉，克服了阳光昼夜变化和天气变化的局限，用于发电、热能利用、热电联产、或者冷热电三联供，实现太阳能利用的高效、可控、可靠。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置，包括集热装置、热交换器和热能转换利用装置，所述集热装置与热能转换利用装置通过热交换器连接；所述集热装置包括碟式反光镜、传热管道、集热器、太阳能轨迹跟踪器和支撑装置，所述支撑装置顶端设置太阳能轨迹跟踪器，所述传热管道的一端连接太阳能轨迹跟踪器，传热管道的另一端连接集热器，所述碟式反光镜的中心穿过传热管道固定在集热器和太阳能轨迹跟踪器之间，且所述集热器位于碟式反光镜的焦点处；所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置还包括储热装置和备用锅炉，所述储热装置、备用锅炉均通过三通阀分别连接至热能转换利用装置；
所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置包括多个集热装置，且多个集热装置串联连接至热能转换利用装置；
所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置包括多个集热装置，且多个集热装置并联连接至热能转换利用装置；
所述热能转换利用装置为有机工质蒸发器，所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置还包括依次与有机工质蒸发器串联的汽轮机、发电机、余热换热器和循环泵；
所述热能转换利用装置为发生器，所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置还包括依次与发生器串联的冷凝器、第一节流阀、蒸发器、吸收器、第二节流阀和热交换器；
所述热能转换利用装置为有机工质蒸发器，所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置还包括依次与有机工质蒸发器串联的汽轮机、发电机、余热换热器和循环泵；
所述热能转换利用装置为发生器，所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置还包括依次与发生器串联的冷凝器、第一节流阀、蒸发器、吸收器、第二节流阀和热交换器；
所述储热装置为储热罐，所述储热罐的储热介质采用石蜡或熔融盐。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、  最大限度的利用太阳能资源，降低了污染物排放，减少了化石燃料的消耗。太阳能为可再生能源，作为热能利用装置的热源，促进了新能源的利用，对低碳社会、可持续发展起了关键作用。
2、  碟式太阳能集热系统中，反光镜焦点处不再悬挂传统的斯特林发动机，而只挂有集热器，并通过传热管道与传热流体，将热量离线并集中收集到安装在地面的储热装置与热能利用装置，克服了热利用设备必须在焦点悬空安装的限制和缺陷，使得碟式太阳能集热装置的设计更加简易，紧凑，又能高效地收集太阳能，不易流失。
3、  该系统集成储热装置和备用锅炉，当太阳能辐射条件差时，可连续、稳定地运行，克服了阳光昼夜变化和天气变化的局限性，运行合理，简化系统，降低投资。
4、可根据供电功率、供电温度、流量等要求，选择碟式太阳能集热装置的串并联方式。
附图说明
图1为本发明采用串联方式的一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用的装置的原理图；
图2为本发明采用并联方式的一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用的装置的原理图；
图 3 为本发明采用串联方式的一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中用于有机郎肯循环热电联产的原理图；
图 4 为本发明采用串联方式的一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中用于吸收式制冷装置的原理图；
图 5 为本发明采用并联方式的一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中用于有机郎肯循环热电联产的原理图；
图 6 为本发明采用并联方式的一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中用于吸收式制冷装置的原理图；
图 7 为发明一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用的装置的功能原理总图。
其中：1为碟式反光镜，2为集热器，3为太阳能轨迹跟踪器，4为支撑装置，5为传热管道，6为三通阀，7为储热装置，8为备用锅炉，9为热能转换利用装置，10为循环泵，11为发生器，12为冷凝器，13为蒸发器；14为吸收器，15为热交换器，16为有机工质蒸发器，17为汽轮机，18为发电机，19为余热换热器，20为第一节流阀，21为第二节流阀。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
图1-图2所示，一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置，包括集热装置、热交换器15和热能转换利用装置9，集热装置与热能转换利用装置9通过热交换器15连接；集热装置包括碟式反光镜1、传热管道5、集热器2、太阳能轨迹跟踪器3和支撑装置4，支撑装置4顶端设置太阳能轨迹跟踪器3，传热管道5的一端连接太阳能轨迹跟踪器3，传热管道5的另一端连接集热器2，所述碟式反光镜1的中心穿过传热管道5固定在集热器2和太阳能轨迹跟踪器3之间；所述将碟式太阳能集热器2的热能进行离线和集中利用装置还包括储热装置7和备用锅炉8，所述储热装置7、备用锅炉8均通过三通阀6分别连接至热能转换利用装置9。碟式反光镜1通过太阳能轨迹跟踪器3把太阳辐射聚焦在位于碟式反光镜1焦点处的集热器2表面，由传热流体导热油吸收所有的热量。导热热油沿着传热管道5，从碟式反射镜的中心开口处引出，传输并统一收集到安装在地面的热能转换利用装置9。该系统还集成储热装置7和备用锅炉8，可随时将收集到的热能储存起来，提高热利用率并且节能。
将碟式太阳能集热器2的热能进行离线和集中利用装置包括多个集热装置，且多个集热装置串联或者并联连接至热能转换利用装置9；
当太阳辐射条件差时，可启用备用锅炉8加热传热流体，克服了太阳光昼夜变化和天气变化的局限。
图7所示为热能转换利用装置9可以用于发电、热能利用、热电联产或者冷热电三联供的功能原理图。
如图3、图5所示，如需供热发电，将有机工质蒸发器16作为热能转换利用装置9，有机工质在有机工质蒸发器16中将收集的太阳能吸收并蒸发，蒸汽达到额定参数后进入汽轮机17做功，驱动发电机18发电，汽轮机17的排气经余热换热器19放热，可为热用户提供热量，再由循环泵10返回到有机工质蒸发器16中，完成整个热力循环，图3所示为串联方式原理图，图5所示为并联方式原理图。
图4、图6所示，如需供冷，将吸收式制冷系统中的发生器11作为热能转换利用装置9，低沸点制冷剂在发生器11中吸收太阳能集热器2收集的热能，从溶液中蒸发出来，进入冷凝器12中冷凝成液体，经第一节流阀20降压到蒸发压力进入蒸发器13，在发生器11中经发生过程剩余的溶液（高沸点的吸收剂以及少量未蒸发的制冷剂）经热交换器15和第二节流阀21降到蒸发压力后进入吸收器14中，与从蒸发器13出来的低压制冷剂蒸汽相混合，并吸收低压制冷剂蒸汽，并恢复到原来的浓度，再由循环泵10升压后送入发生器11中继续循环，图4为串联方式原理图，图6所示为并联方式原理图。
该系统还可以根据供电功率、供电温度、流量等要求，使碟式太阳能集热装置采用串联或并联方式混合连接。

Claims (8)

1.一种将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置，其特征在于：包括集热装置、热交换器和热能转换利用装置，所述集热装置与热能转换利用装置通过热交换器连接；所述集热装置包括碟式反光镜、传热管道、集热器、太阳能轨迹跟踪器和支撑装置，所述支撑装置顶端设置太阳能轨迹跟踪器，所述传热管道的一端连接太阳能轨迹跟踪器，传热管道的另一端连接集热器，所述碟式反光镜的中心穿过传热管道固定在集热器和太阳能轨迹跟踪器之间，且所述集热器位于碟式反光镜的焦点处；所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置还包括储热装置和备用锅炉，所述储热装置、备用锅炉均通过三通阀分别连接至热能转换利用装置。
2.根据权利要求1所述的将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置，其特征在于：所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置包括多个集热装置，且多个集热装置串联连接至热能转换利用装置。
3.根据权利要求1所述的将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置，其特征在于：所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置包括多个集热装置，且多个集热装置并联连接至热能转换利用装置。
4.根据权利要求2所述的将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置，其特征在于：所述热能转换利用装置为有机工质蒸发器，所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置还包括依次与有机工质蒸发器串联的汽轮机、发电机、余热换热器和循环泵。
5.根据权利要求2所述的将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置，其特征在于：所述热能转换利用装置为发生器，所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置还包括依次与发生器串联的冷凝器、第一节流阀、蒸发器、吸收器、第二节流阀和热交换器。
6.根据权利要求3所述的将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置，其特征在于：所述热能转换利用装置为有机工质蒸发器，所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置还包括依次与有机工质蒸发器串联的汽轮机、发电机、余热换热器和循环泵。
7.根据权利要求3所述的将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置，其特征在于：所述热能转换利用装置为发生器，所述将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置还包括依次与发生器串联的冷凝器、第一节流阀、蒸发器、吸收器、第二节流阀和热交换器。
8.根据权利要求1所述的将碟式太阳能集热器的热能进行离线和集中利用装置，其特征在于：所述储热装置为储热罐，所述储热罐的储热介质采用石蜡或熔融盐。
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