CN104612918A - 常压型太阳能热电联产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种常压型太阳能热电联产系统，包括太阳能集热供热系统和太阳能集热发电子系统，所述太阳能集热供热系统和太阳能集热发电子系统共用一个太阳能集热器、主控机和内装蒸发器式热水器，所述太阳能集热供热系统还包括水泵和热水温度计，所述太阳能集热发电子系统还包括有膨胀机，冷凝器，工质泵，发电机，蒸发器和冷凝温度计。本项发明提出的常压型太阳能热电联产运行系统，可消除太阳能利用时段和季节的影响，达到全年运行的模式，这样年利用率获得极大提高；同时在冬季即使无法获得需要的热水温度，但是由于季节冷热温差的大致相当，仍可利用系统的发电功能来运行，由此会极大地增加年产能率，使太阳能全年的利用率达到最大化。

Description

常压型太阳能热电联产系统
技术领域
本发明属于制冷空调及热泵技术领域，尤其涉及一种太阳能热电联产系统。
背景技术
目前我国各类太阳能热水器的生产已经技术成熟，并且使用广泛。作为热水供应系统，是极其方便清洁的使用方式。但是此种太阳能利用系统方式的缺陷是:系统只能提供热水形式，不能充分利用太阳能的长时效多季节使用，即在无热水需求的时段和季节，此太阳能利用系统将处于闲置状态；造成设备资源和太阳能量的极大浪费,且系统产能形式单一。
基于以上技术状况可以看出,现有的太阳能热水系统存在的一些问题，主要是在使用时段和季节方面存在不充分性。由于系统产能的单一性缺陷，致使用户再无热水需求时段和季节，系统将基本处于停滞运行状态；甚至受季节性影响，冬季时集热器内热水温度较低时，系统的能量聚集时间长，产热量急剧下降，严重地降低了系统的产能量，以至于达到无法使用的结果。由此可以看出系统的年利用率和年产能率极低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种常压型太阳能热电联产系统，克服现有技术中太阳能热水器不能充分利用太阳能资源的问题。
本发明的技术方案是：一种常压型太阳能热电联产系统，包括太阳能集热供热系统和太阳能集热发电子系统，所述太阳能集热供热系统和太阳能集热发电子系统共用一个太阳能集热器、主控机和内装蒸发器式热水器，所述太阳能集热供热系统还包括水泵和热水温度计，主控机根据热水温度计信号指示启动水泵将水输送到太阳能集热器，经过太阳能集热器加热的水进入内装蒸发器式热水器，向用户供应热水；所述太阳能集热发电子系统还包括有膨胀机，冷凝器，工质泵，发电机，蒸发器和冷凝温度计，主控机根据冷凝温度计的指示，启动工质泵和冷凝器开始运行，工质泵将发电介质输送到内装蒸发器式热水器中的蒸发器中，发电介质在蒸发器中吸收内装蒸发器式热水器中的热水热量，气化为较高压力和温度的气体，之后进入膨胀机，并在其内膨胀转化的机械功输出给发电机，发电机将产生电力输出；膨胀后的较低温压气态发电工质进入冷凝器被冷凝成为低温液态，并由工质泵提升压力后输再送到内装蒸发器式热水器中继续加热，由此完成发电循环过程。
所述内装蒸发器式热水器内设有浮子阀维持水位平衡。
所述热水温度计和冷凝温度计设有上限值和下限值。
本发明的有益效果是：本项发明提出的常压型太阳能热电联产运行系统，其特点是可实现太阳能长时效多季节的使用，并具备热能和电能两种产能形式，极大地丰富了太阳能利用系统效果和产能量，可同时达到供热和供电的双重效果，且保持了系统的清洁方便的运行方式；同时循环介质的相变换热，将极大地减少内装蒸发器式热水器和换热器面积，降低对集热器温度的要求；发电功能将可减轻碳排放量和环境污染。
本发明的常压型太阳能热电联产运行系统可消除太阳能利用时段和季节的影响，达到全年运行的模式，这样年利用率获得极大提高；同时在冬季即使无法获得需要的热水温度，但是由于不同季节冷热温差的大致相当，仍可利用系统的发电功能来运行，由此会极大地增加年产能率，使太阳能全年的利用率达到最大化。
本发明系统中的内装蒸发器式热水器系一种承压型设备，其内部的蒸发器的循环热载体为一种低沸点介质。由此可实现循环介质的相变蒸发，可产生较高压力和温度的气态流体。利用此种热/压流体的膨胀特性，可利用膨胀机实现机械能的转换，并带动发电机产生发电效果，电量碳排放得以消除，实现清洁供电的效果。在需要供热时，可转化循环介质的膨胀过程为换热过程，通过换热能输出热能，实现清洁供热的效果。本发明可使原有单一供热型功能的太阳能系统变更为供热/供电型双功能型系统，增加了全时段全季节使用的效果，可充分利用太阳能资源，同时实现节省矿物能源和保护环境的功效。
附图说明
图1是本发明常压型太阳能热电联产系统示意图；
其中：1、太阳能集热器；2、气体膨胀机；3、冷凝器；4、工质泵；5、发电机；6、热水泵；7、内装蒸发器式热水器；8、蒸发器；9、浮子阀；10、冷凝温度计；11、主控机；12、热水温度计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明常压型太阳能热电联产系统系在常用的太阳能热水器系统中增设了冷凝器。因此系统承担供热和发电的运行功能，在用户需要热水时，系统将自动切断发电循环子系统，全力确保用户供热量；当用户供热量满足或者停止需求时，系统将自动启动发电系统，实施发电模式运行。具体的技术方案如下：
太阳能集热发电子系统设备组成有：太阳能集热器1(共用)，气体膨胀机2，冷凝器3，工质泵4，发电机5，内装蒸发器式热水器7(共用)，蒸发器8，主控机11(共用)，热水温度计12；
太阳能集热供热系统设备组成有：太阳能集热器1(共用)，内装蒸发器式热水器7(共用)，浮子阀9，热水泵6，冷凝温度计10，主控机11(共用)。
当太阳能达到可使用的强度后，供热模式首先开始运行。系统主控机11将根据热水温度计12的上限达标指示信号启动热水泵6，将水输送到太阳能集热器1，经过太阳能集热器1加热的水进入内装蒸发器式热水器7，直至达到冷凝温度计10的设定上限值后，系统达到并保持向用户供应热水的状态，并由浮子阀9确保内装蒸发器式热水器7的水位达到平衡。当用户停止供热需求时，系统仍将维持供热模式运行，系统主控机11将根据冷凝温度计10的上限达标指示，同时启动工质泵4和冷凝器3开始运行，工质泵4将发电介质输送到内装蒸发器式热水器7中的蒸发器8中，发电介质在蒸发器8中吸收内装蒸发器式热水器7中的热水热量，气化为较高压力和温度的气体，之后进入膨胀机2，并在其内膨胀转化的机械功输出给发电机5，发电机将产生电力输出；膨胀后的较低温压气态发电工质进入冷凝器3被冷凝成为低温液态，并由工质泵4提升压力后输再送到内装蒸发器式热水器7中继续加热，由此完成发电循环过程；系统主控机11在接收到冷凝温度计10的下限达标指示信号后，停止工质泵4和冷凝器3，发电系统停止工作；当系统主控机11接收到热水温度计12的下限达标指示信号后，停止热水泵6，供热系统停止工作。
实施例
某太阳能热电系统在天津地区实施运行，其太阳能强烈照射和弱照射时段数值及其相应的聚集量见表1；系统需产热水量200l/d，温度为50摄氏度；系统选用循环工质为R134a，其在内装蒸发器式热水器和冷凝器夏季、冬季和春秋季的工作温度及其热力参数见表2。
表1：初始条件及计算表
表2：循环介质物性表
表3：太阳能热电联产系统计算表
计算例题显示，该系统在确保年供热能力的基础上，将可获得177kW的电能，这是系统全时段全季节工作的结果。
以上参照附图和实施例，对本发明进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的普通技术人员应能理解，在实际应用中，本发明中各部件的设置方式均可能发生某些改变，而其他人员在其启示下也可能做出多种形式的相似设计。需要指出的是，只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变及其相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种常压型太阳能热电联产系统，包括太阳能集热供热系统，其特征在于，还包括有太阳能集热发电子系统，所述太阳能集热供热系统和太阳能集热发电子系统共用一个太阳能集热器、主控机和内装蒸发器式热水器，所述太阳能集热供热系统还包括水泵和热水温度计，主控机根据热水温度计信号指示启动水泵将水输送到太阳能集热器，经过太阳能集热器加热的水进入内装蒸发器式热水器，向用户供应热水；所述太阳能集热发电子系统还包括有膨胀机，冷凝器，工质泵，发电机，蒸发器和冷凝温度计，主控机根据冷凝温度计的指示，启动工质泵和冷凝器开始运行，工质泵将发电介质输送到内装蒸发器式热水器中的蒸发器中，发电介质在蒸发器中吸收内装蒸发器式热水器中的热水热量，气化为较高压力和温度的气体，之后进入膨胀机，并在其内膨胀转化的机械功输出给发电机，发电机将产生电力输出；膨胀后的较低温压气态发电工质进入冷凝器被冷凝成为低温液态，并由工质泵提升压力后输再送到内装蒸发器式热水器中继续加热，由此完成发电循环过程。
2.根据权利要求1所述常压型太阳能热电联产系统，其特征在于，所述内装蒸发器式热水器内设有浮子阀维持水位平衡。
3.根据权利要求1所述常压型太阳能热电联产系统，其特征在于，所述热水温度计和冷凝温度计设有上限值和下限值。
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