CN105952596B - 一种太阳能光热低温蒸汽动力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能光热低温蒸汽动力发电装置，该装置包括壳体、蒸汽发生装置及发电装置，所述壳体顶部设有透镜，所述蒸汽发生装置和发电装置位于透镜下方，所述蒸汽发生装置用于接收透过透镜的光，蒸汽发生装置内装有低沸点工质，用于驱动发电装置。本发明可实现太阳能低温发电，大幅度提高太阳能综合转换效率的目的。

Description

一种太阳能光热低温蒸汽动力发电装置

技术领域

本发明涉及新能源装置，尤其涉及一种太阳能光热低温蒸汽动力发电装置及方法。

背景技术

目前作为人类社会能源供应主体的煤、石油和天然气等化石能源产生大量二氧化碳和有害物质排放,而且面临着消耗殆尽的局面,已经无法满足环境保护和可持续发展的要求。太阳能以其储量巨大,安全清洁的优势将成为未来最有可能大规模应用的新能源之一。目前,太阳能发电技术主要有两个发展方向光伏发电和光热发电。太阳能光热发电领域一个分支就是太阳能低温发电，主要是利用150℃以下的太阳能辐射热。太阳能低温发电技术主要集中在有机介质的研究和选择、参数的优化、关键部件的研制和新型系统的研制方面。相对于中高温发电，太阳能低温发电系统具有成本低、系统简单、可靠性高等优点，具有较高的研究价值。

分布式发电具有投资少、占地小、建设周期短、节能、环保等特点，对于高峰期电力负荷比集中供电更经济、有效，故分布式发电可作为集中供电的有益补充。《能源发展“十二五”规划》中明确提出，要大力发展分布式能源。按照自用为主、富余上网、因地制宜、有序推进的原则，积极发展分布式能源，实现分布式能源与集中供能系统协调发展。本发明为在完善太阳能发电技术创新和产业体系的同时，为分布式发电技术提供新的发展思路和方法，可为商业区和居民供电，特别是在一些太阳能资源丰富而常规能源匮乏的边远地区，需要热电联合利用时，采用太阳能光热低温发电技术可以很好体现其优越性。

发明内容

发明目的：为了实现太阳能低温发电，大幅度提高太阳能综合转换效率，本发明提供一种太阳能光热低温蒸汽动力发电装置。

技术方案：一种太阳能光热低温蒸汽动力发电装置，包括壳体、蒸汽发生装置及发电装置，所述壳体顶部设有透镜，所述蒸汽发生装置和发电装置位于透镜下方，所述蒸汽发生装置可接收透过透镜的光，所述蒸汽发生装置内装有低沸点工质，用于驱动发电装置。

进一步地，所述蒸汽发生装置包括平板集热器和蒸汽发生器，所述发电装置包括涡轮动力装置、第一铷磁铁、第二铷磁铁和感应导线，所述蒸汽发生装置与所述透镜同轴布置，所述平板集热器镶嵌在所述蜗轮动力装置的上表面中心，所述涡轮动力装置内部为空腔，所述蒸汽发生器的上部与涡轮动力装置的底部相连通，并与蜗轮动力装置通过轴承连接，所述第一铷磁铁固定在所述涡轮动力装置上表面，第二铷磁铁位于所述蒸汽发生器下方，并与蒸汽发生器通过轴承连接，第一铷磁铁与第二铷磁铁的磁极对应布置，所述感应导线垂直于磁场水平放置。

进一步地，所述平板集热器表面镀一层黑铬镀层。

进一步地，所述蒸汽发生器和蜗轮动力装置为铝合金材料。

进一步地，还包括冷凝装置，可以冷凝回收循环利用工质。

工作原理：太阳光垂直通过透镜产生会聚作用，汇聚的太阳光铺射在平板集热器表面使平板集热器吸热升温，平板集热器将吸收的热量传递给反应器中的液态工质，液态工质迅速蒸发并通过涡轮空腔沿翅片出口排出。大量蒸汽沿涡轮翅片快速排出，在反作用力的效应下产生沿翅片切向方向推动力。四个方向的翅片同时发生推动作用，使涡轮动力装置开始沿蒸汽发生器转动。涡轮动力装置上表面负载的第一铷磁铁随之同速旋转，并和第二铷磁铁共同作用产生切割导线运动的磁场。水平布置的导线中产生感应电动势，两端接有用电器可发生工作，完成太阳能蒸汽动力发电的工作。

有益效果：本发明采用太阳能作为驱动热源联合新型能源磁能，使用低沸点材料作为循环动力工质，实现了太阳能低温发电，大幅度提高太阳能综合转换效率的目的，为太阳能能量转化和太阳能发电提供新的方法和思路，有望得到广泛应用。本发明为在完善太阳能发电技术创新和产业体系的同时，为分布式发电技术提供新的发展思路和方法，可为商业区和居民供电，特别是在一些太阳能资源丰富而常规能源匮乏的边远地区，需要热电联合利用时，本发明可以很好体现其优越性。

附图说明

图1为本发明的正视图；

图2为本发明的立体图；

图3为本发明的俯视图；

图4为蒸汽发生装置和发电装置的组合图；

图5为蜗轮动力装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作更进一步的说明。

如图1、图2和图3所示，太阳能光热低温蒸汽动力发电装置包括壳体1、蒸汽发生装置2、发电装置3及冷凝装置11，所述壳体1顶部设有菲涅尔透镜4，所述蒸汽发生装置2和发电装置3位于菲涅尔透镜4下方，所述蒸汽发生装置2可接收透过透镜4的光，所述蒸汽发生装置2内装有沸点低于100摄氏度的低沸点工质，可选择材料种类广泛，如乙醇、戊烷、丙酮等。蒸汽发生装置2蒸发低沸点工质，用于驱动发电装置3。

菲涅尔透镜4采用平板形点聚焦菲涅尔透镜聚集太阳能，可以达到较好的聚焦效果，也可以使用本领域中其他具有聚焦效果的透镜。

如图4所示，蒸汽发生装置2包括平板集热器5和蒸汽发生器6。发电装置3包括涡轮动力装置7、第一铷磁铁8、第二铷磁铁9和感应导线10(见图1或2或3)。蒸汽发生器6与菲涅尔透镜4同轴布置，涡轮动力装置7固定在所述蒸汽发生器6上表面，平板集热器5镶嵌在涡轮动力装置7的上表面中心，与涡轮动力装置7共同形成加热小室。平板集热器5的布置可均匀吸收全部聚集太阳能，平板集热器5表面加工镀一层黑铬镀层效果更好。黑铬镀层不仅具有高选择性，而且耐温、耐湿性能良好，是一种综合性能极佳的选择性吸收涂层。平板集热器5的吸收率α＝0.93～0.97，发射率ε＝0.07～0.14。第一铷磁铁8固定在涡轮动力装置7顶部，与蒸汽发生器6同心布置，可随涡轮动力装置7同速旋转，该第一铷磁铁8为八角环状，且中间圆环的直径大于所述平板集热器5的外径，使得平板集热器5不被第一铷磁铁8遮挡，充分接收太阳光；所述第二铷磁铁9为环状，位于蒸汽发生器6正下方，并与蒸汽发生器6通过轴承连接。第一铷磁铁8与第二铷磁铁9的磁极对应布置，产生稳定磁场，感应导线10垂直于磁场水平布置，外接用电装置19(见图1或2或3)。蒸汽发生器6优选采用铝合金材料，不与铷磁铁发生作用，不会影响磁场作用，同时不会被工质腐蚀。涡轮动力装置7优选采用铝合金材料，不会影响磁场作用，且质量较轻有利于旋转速度的提升。

如图5所示，涡轮动力装置7的内部为空腔，四周安装有四个翅片20，翅片20尾部为出气口，蒸发的蒸汽流经空腔通过翅片20出气口快速排出并带动涡轮动力装置7转动，涡轮动力装置7带动第一铷磁铁8旋转产生切割感应导线10的磁场，通过电磁感应效应产生感应电流。

如图1或图2所示，冷凝装置11包括冷凝挡板12、冷凝壁面13、回流管14及储蓄罐15，所述冷凝挡板12位于壳体1内蒸汽发生装置2的上方但不遮挡菲涅尔透镜4，在光路外倾斜布置；所述冷凝壁面13位于壳体1内壁；所述冷凝壁面13底面通有回流管14；所述回流管14连接储蓄罐15。高温蒸汽受热上升，在冷凝挡板12和冷凝壁面13冷凝成液滴，在重力作用下滴落到下壁面，通过底部的回流管14道流入储蓄罐15。所述储蓄罐15通过输送管道16与所述蒸汽发生器6底部相连，输送管道16上设有流量调节阀17，蒸汽发生器6上部安装水位感应装置，通过调节流量阀17，使工质水位基本保持不变。为充分收集冷凝后的工质，在冷凝壁面底部设有引流板18，引流板18倾斜布置并与冷凝壁面13相连，可将冷凝后的液滴聚集到回流管14附近；所述冷凝挡板12和冷凝壁面13做憎水处理，可使蒸汽迅速凝结并滴落，冷凝挡板12设置在光路外，不会影响太阳能的传播；所述储蓄罐15为不锈钢材质，保证储存罐15的防爆裂，破损，老化，撞击能力。冷凝装置11可实现工质的循环工作。

开启流量调节阀17，在蒸汽发生器6中通入工质，调整工质水位至蒸汽发生器6顶部，太阳光垂直通过菲涅尔透镜4产生会聚作用，汇聚的太阳光铺射在平板集热器5表面使集热器吸热升温。平板集热器5将吸收的热量传递给蒸汽发生器6的液态工质，液态工质迅速蒸发并通过涡轮动力装置7沿翅片20出口排出。大量蒸汽沿涡轮翅片20快速排出，在反作用力的效应下产生沿翅片20切向方向推动力。四个方向的翅片20同时发生推动作用，使涡轮动力装置7开始沿蒸汽发生器转动。涡轮动力装置7上表面负载的第一铷磁铁8随之同速旋转，并和第二铷磁铁9共同作用产生切割感应导线10运动的磁场。水平布置的感应导线10中产生感应电动势，两端接有用电装置11可发生工作，完成太阳能蒸汽动力发电的工作。冷凝挡板12和冷凝壁面13将蒸汽发生器6和涡轮动力装置7四周封闭，使产生的蒸汽迅速凝结并在重力作用下滴落，通过引流板18的作用聚集到回流管14中通入储蓄罐15，进行下一个工作循环。

Claims (7)

1.一种太阳能光热低温蒸汽动力发电装置，其特征在于，包括壳体（1）、蒸汽发生装置（2）及发电装置（3），所述壳体（1）顶部设有透镜（4），所述蒸汽发生装置（2）和发电装置（3）位于透镜（4）下方，所述蒸汽发生装置（2）可接收透过透镜（4）的光，所述蒸汽发生装置（2）内装有低沸点工质，用于驱动发电装置（3），所述蒸汽发生装置（2）包括平板集热器（5）和蒸汽发生器（6），所述发电装置（3）包括涡轮动力装置（7）、第一铷磁铁（8）、第二铷磁铁（9）和感应导线（10），所述涡轮动力装置（7）内部为空腔，所述蒸汽发生器（6）的上部与涡轮动力装置（7）的底部相连通，并与蜗轮动力装置（7）通过轴承连接，所述第一铷磁铁（8）固定在所述涡轮动力装置（7）上表面，第二铷磁铁（9）位于所述蒸汽发生器（6）下方，并与蒸汽发生器（6）通过轴承连接，第一铷磁铁（8）与第二铷磁铁（9）的磁极对应布置，所述感应导线（10）垂直于磁场水平放置，所述蜗轮动力装置（7）的四周安装有四个翅片（20），所述翅片（20）尾部为出气口。

2.根据权利要求1所述的太阳能光热低温蒸汽动力发电装置，其特征在于，所述蒸汽发生装置（2）与所述透镜（4）同轴布置，所述平板集热器（5）镶嵌在所述蜗轮动力装置（7）的上表面中心。

3.根据权利要求1所述的太阳能光热低温蒸汽动力发电装置，其特征在于，所述第一铷磁铁（8）为八角环状，且中间圆环的直径大于所述平板集热器（5）的外径，所述第二铷磁铁（9）为环状。

4.根据权利要求2或3所述的太阳能光热低温蒸汽动力发电装置，其特征在于，所述平板集热器（5）表面镀一层黑铬镀层。

5.根据权利要求2或3所述的太阳能光热低温蒸汽动力发电装置，其特征在于，所述蒸汽发生器（6）和蜗轮动力装置（7）为铝合金材料。

6.根据权利要求1或2或3所述的太阳能光热低温蒸汽动力发电装置，其特征在于，所述透镜（4）为菲涅尔透镜。

7.根据权利要求1或2或3所述的太阳能光热低温蒸汽动力发电装置，其特征在于，还包括冷凝装置（11），所述冷凝装置（11）包括冷凝挡板（12）、冷凝壁面（13）、回流管（14）及储蓄罐（15），所述冷凝挡板（12）位于壳体（1）内蒸汽发生装置（6）的上方但不遮挡透镜（4）；所述冷凝壁面（13）位于壳体（1）内壁；所述冷凝壁面（13）底面通有回流管（14）；所述回流管（14）连接储蓄罐（15）；所述储蓄罐（15）通过输送管道（16）与所述蒸汽发生器（6）底部相连，输送管道（16）上设有流量调节阀（17）。