CN107388604A - 一种太阳能换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能发电技术领域，公开了一种太阳能换热系统，包括至少一个传热管路、定日镜场以及储热组件。传热管路设置于吸热塔上，其最高点连通外界大气，内流通有传热工质，传热管路包括依次连通的集热器、第一传热管路、第一换热器与第二传热管路，集热器设置于吸热塔塔身的顶部，第一换热器设置于吸热塔塔身的下部，塔身顶部第一传热管路上设置有传热驱动泵。定日镜场与所述吸热塔配合设置，用于将太阳辐射反射汇聚于集热器。储热组件连通于传热管路的第一换热器。本发明中，传热管路的设置，使得传热工质在塔身下部经过第一换热器换热后，能够通过虹吸效应自行循环至塔身顶部的集热器，无需配备高扬程高压泵，降低了能耗。

Description

一种太阳能换热系统
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，尤其涉及一种太阳能换热系统。
背景技术
随着社会的发展与进步，人们对清洁能源的需求愈发的迫切，太阳能换热系统作为一种利用清洁的太阳能发电的装置得到了越来越广泛的应用。现有的太阳能换热系统，包括槽式、塔式、碟式等多种，因为塔式集热效率最高所以应用最为广泛。其中塔式换热系统以吸热塔为辐射中心，围绕吸热塔的几何形状辐射状排布定日镜场将低密度的太阳辐射会聚于吸热塔塔顶的集热器，再由集热器将高密度的辐射能转化为热能并通过传热工质传输到地面进行换热发电；定日镜场由多个定日镜布置而成，定日镜绕双轴旋转实现对太阳的三维跟踪，并将阳光反射到集热器上。
现有技术中，由于吸热塔结构较高，常达100余米以上高度，需要在塔身底部配备高扬程的高压泵，使得传热工质在塔身底部换热冷却后，能够循环回涌至塔身顶部的集热器内进行重复吸热，从而提高了传热工质的流动能耗，增加了整体设备的成本，降低了太阳能的利用效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传热工质的流动能耗较低的太阳能换热系统。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种太阳能换热系统，包括：
至少一个传热管路，所述传热管路设置于吸热塔上，所述传热管路的最高点连通外界大气，所述传热管路内流通有传热工质，所述传热管路包括依次连通的集热器、第一传热管路、第一换热器与第二传热管路，所述集热器设置于吸热塔塔身的顶部，所述第一换热器设置于吸热塔塔身的下部，所述塔身顶部第一传热管路上设置有传热驱动泵，所述传热驱动泵用于为所述传热管路内的所述传热工质提供压差，使得第一传热管路内所述传热工质的压强大于第二传热管路内所述传热工质的压强，从而驱动所述传热工质流动；
定日镜场，与所述吸热塔配合设置，用于将太阳辐射反射汇聚于集热器；
储热组件，连通于所述传热管路的第一换热器，所述传热工质将集热器转化的热量通过第一换热器传递给所述储热组件，所述储热组件用于汇聚所述传热管路内的所述传热工质的热量。
作为优选，所述集热器内设置有盛放腔，所述盛放腔通过第一传热管路与第一换热器的热源入口相连通，所述盛放腔通过第二传热管路与第一换热器的热源出口相连通，所述储热组件连通于所述传热管路的第一换热器的加热入口以及加热出口。
作为优选，本发明的太阳能换热系统还包括与第二传热管路相连通的气体保护装置，所述气体保护装置设置于所述传热管路上方，所述气体保护装置内设置有储气腔，所述储气腔内储存有惰性气体，所述惰性气体用于使得所述传热工质与大气相隔离。
作为优选，所述气体保护装置上设置有分别与所述储气腔相连通的第一储气管路、第二储气管路和第三储气管路；所述第一储气管路连通于第二传热管路，所述第二储气管路连通于外界大气，所述第三储气管路上设置有注气阀门。具体使用时，通过第三储气管路向储气腔内注入惰性气体，惰性气体有效将传热管路内的传热工质与外界大气相隔离，对传热工质起到保护的作用。
作为优选，所述传热管路设置有多个，所述储热组件分别连通于多个所述传热管路的第一换热器的加热入口以及加热出口。
作为优选，所述吸热塔与所述定日镜场一一配合设置有多个，多个所述传热管路设置于多个所述吸热塔上。上述多个吸热塔与定日镜场设置，有效降低了吸热塔塔身的高度，提高了太阳能利用效率，从而降低了传热管路的高度，提高了传热管路的可靠性与安全性。
作为优选，所述传热工质为熔融盐工质。
作为优选，所述储热组件通过第一加热管路连通于第一换热器的加热出口，通过第二加热管路连通于第一换热器的加热入口，所述第一换热器、第一加热管路、所述储热组件以及第二加热管路依次连通构成闭合的储热管路，所述储热管路内流通有储热工质，所述储热工质用于储存所述传热工质所转化的热量。上述储热组件与第一换热器的连接设置，提高了对传热工质热量的吸收和转化的效率，安全可靠。
作为优选，所述储热组件包括第一储热腔、第二储热腔以及第二换热器；所述第一储热腔通过第一加热管路连通于第一换热器的加热出口，所述第二储热腔通过第二加热管路连通于第一换热器的加热入口；所述第二换热器的热源入口通过第一储热管路连通于第一储热腔，所述第二换热器的热源出口通过第二储热管路连通于第二储热腔。上述第一储热腔、第二储热腔的设置，使得一个储热组件可以对应多个吸热塔的第一换热器进行热量收集，对热能进行集中化处理，提高了热能的利用效率。
作为优选，所述第一储热腔包括第一储热泵，所述第二储热腔包括第二储热泵，所述第一储热管路连通于第一储热腔的第一储热泵，所述第二加热管路连通于第二储热腔的第二储热泵。
作为优选，所述第一储热泵和所述第二储热泵上分别设置有变速器。变速器的设置，可以具体控制第一储热泵和第二储热泵对储热工质的泵出速度，提高了对天气及外部环境的适应性。
作为优选，本发明的太阳能换热系统还包括发电组件，所述发电组件包括汽轮机、冷凝器、回流泵以及发电机；所述汽轮机连通于第二换热器的加热出口，所述回流泵连通于第二换热器的加热入口，所述第二换热器、汽轮机、冷凝器以及回流泵依次连通构成闭合的发电管路；所述发电管路内流通有发电工质，所述发电工质用于驱动所述汽轮机动作，所述发电机配合安装于所述汽轮机上，由所述汽轮机驱动发电。
作为优选，发电工质为水工质。
本发明的有益效果：集热器、第一传热管路、第一换热器与第二传热管路构成的闭合传热管路，在传热管路连通外界大气、传热驱动泵提供压差的情况下，产生了虹吸管路的效果，使得传热工质能够在传热管路内循环流动，无需在塔身下部配备高扬程高压泵，降低了能耗，减少了整体设备的成本，传热驱动泵的设置，以较小的泵力，保证了传热工质流速的稳定，能耗较小，从而能够在夜间以低流速保证系统的持续运行，做到夜间不停机，避免了昼夜之间频繁开机与停机的操作，节省了人力，提高了发电效率。
附图说明
图1是本发明实施方式所述太阳能换热系统中一个集热器与储热组件、发电组件相配合的示意图。
图中：
1、集热器；2、第一换热器；3、传热驱动泵；
4、气体保护装置；41、第一储气管路；42、第二储气管路；43、第三储气管路；44、注气阀门；
5、第一储热腔；51、第一储热泵；
6、第二储热腔；61、第二储热泵；
7、第二换热器；8、变速器；9、汽轮机；10、冷凝器；11、回流泵；12、发电机；
101、第一传热管路；102、第二传热管路；
201、第一加热管路；202、第二加热管路；
301、第一储热管路；302、第二储热管路。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
普通的换热器主要包括四个接口，分别为热源入口、热源出口、加热入口以及加热出口，高热量的流体从热源入口流入，从热源出口流出，待加热的流体从加热入口流入，从加热出口流出，在换热器内，高热量的流体与待加热的流体相互隔离，仅发生热量的交换。
如图1所示，本发明提供了一种太阳能换热系统，包括至少一个传热管路、定日镜场以及储热组件。其中，传热管路设置于吸热塔上，传热管路的最高点连通外界大气，传热管路内流通有传热工质，传热管路包括依次连通的集热器1、第一传热管路101、第一换热器2与第二传热管路102，集热器1设置于吸热塔塔身的顶部，第一换热器2设置于吸热塔塔身的下部(在本实施例中设置于塔身的底部)，吸热塔塔身顶部第一传热管路101上设置有传热驱动泵3，传热驱动泵3用于为传热管路内的传热工质提供压差，使得第一传热管路101内传热工质的压强大于第二传热管路102内所述传热工质的压强，从而驱动所述传热工质流动。其中，定日镜场与吸热塔配合设置，用于将太阳辐射反射汇聚于集热器1。其中，储热组件连通于传热管路的第一换热器2，传热工质将集热器1转化的热量通过第一换热器2传递给储热组件，储热组件用于最终汇聚传热管路内的传热工质的热量。
在传热管路最高点连通外界大气的同时，传热驱动泵3的设置，为传热管路内的传热工质提供循环流动提供压差，使得第一传热管路101内传热工质的压强大于第二传热管路102内所述传热工质的压强，从而使得传热管路产生了虹吸管路的效果，使得传热工质能够在传热管路内循环流动。
本发明中，集热器1、第一传热管路101、第一换热器2与第二传热管路102构成的闭合传热管路，在传热管路连通外界大气，传热驱动泵3提供压差的情况下，产生了虹吸管路的效果，使得传热工质能够在传热管路内循环流动，无需在塔身下部配备高扬程高压泵，降低了能耗，减少了整体设备的成本，传热驱动泵3的设置，以较小的泵力，保证了传热工质流速的稳定，能耗较小，从而能够在夜间以低流速保证系统的持续运行，做到夜间不停机，避免了昼夜之间频繁开机与停机的操作，节省了人力，提高了发电效率。
具体的，集热器1内设置有盛放腔，盛放腔通过第一传热管路101与第一换热器2的热源入口相连通，盛放腔通过第二传热管路102与第一换热器2的热源出口相连通，储热组件连通于传热管路的第一换热器2的加热入口以及加热出口。
更为具体的，在本实施例中，传热管路设置有多个，储热组件分别连通于多个传热管路的第一换热器2的加热入口以及加热出口。
本发明的太阳能换热系统还包括有气体保护装置4，气体保护装置4内设置有储气腔，气体保护装置4设置于传热管路上方，储气腔内储存有惰性气体。气体保护装置4上设置有与储气腔相连通的第一储气管路41、第二储气管路42和第三储气管路43。第一储气管路41连通于第二传热管路102，第二储气管路42连通于外界大气，第三储气管路43上设置有注气阀门44。具体使用时，通过第三储气管路43向储气腔内注入惰性气体，惰性气体有效将传热管路内的传热工质与外界大气相隔离，对传热工质起到保护的作用。
吸热塔与定日镜场一一配合设置有多个，多个传热管路设置于多个所述吸热塔上。在实际安装时，可以是一个传热管路安装于一个吸热塔上，也可以是几个传热管路安装于一个吸热塔上。具体的，在本实施例中，吸热塔、定日镜场和传热管路分别设置有四个，一一配合安装。上述多个吸热塔与定日镜场设置，有效降低了吸热塔塔身的高度，提高了太阳能利用效率，从而降低了传热管路的高度，提高了传热管路的可靠性与安全性。
储热组件通过第一加热管路201连通于第一换热器2的加热出口，通过第二加热管路202连通于第一换热器2的加热入口。第一换热器2、第一加热管路201、储热组件以及第二加热管路202依次连通构成闭合的储热管路，储热管路内流通有储热工质，储热工质用于储存吸热塔的传热工质所转化的热量。具体储热工质可以是传热工质相同的流体工质，也可以是其它能够实现本发明中其具体作用的工质。上述储热组件与第一换热器2的连接设置，提高了对传热工质热量的吸收和转化的效率，安全可靠。
具体的，储热组件包括第一储热腔5、第二储热腔6以及第二换热器7。第一储热腔5通过第一加热管路201连通于第一换热器2的加热出口，第二储热腔6通过第二加热管路202连通于第一换热器2的加热入口。第二换热器7的热源入口通过第一储热管路301连通于第一储热腔5，第二换热器7的热源出口通过第二储热管路302连通于第二储热腔6。第一储热腔5包括第一储热泵51，第二储热腔6包括第二储热泵61。第一储热管路301连通于第一储热泵51，第二加热管路202连通于第二储热泵61。第一储热泵51用于将第一储热腔5内的高温储热工质导出利用，第二储热泵61用于将第二储热腔6内的低温储热工质导向第一换热器2加热。上述第一储热腔5、第二储热腔6的设置，使得一个储热组件可以对应多个吸热塔的第一换热器2进行热量收集，对热能进行集中化处理，提高了热能的利用效率。
更为具体的，第一储热泵51和第二储热泵61上分别设置有变速器8。变速器8的设置，可以具体控制第一储热泵51和第二储热泵61对储热工质的泵出速度，提高了对天气及外部环境的适应性。
本发明的太阳能换热系统还包括发电组件。发电组件包括汽轮机9、冷凝器10、回流泵11以及发电机12。汽轮机9连通于第二换热器7的加热出口，回流泵11连通于第二换热器7的加热入口，所述第二换热器7、汽轮机9、冷凝器10以及回流泵11依次连通构成闭合的发电管路。发电管路内流通有发电工质，发电工质用于驱动所述汽轮机9动作，发电机12配合安装于所述汽轮机9上，由汽轮机9驱动实现发电。具体的，发电工质为水工质，水工质在经过第二换热器7后变为水蒸汽，水蒸汽驱动汽轮机9动作，最终驱动发电机12发电，利用完毕的水蒸汽经冷凝器10液化后流向第二换热器7继续作业。
本实施例中，第一换热器2、第二换热器7为本领域中常规选用的换热器设备，其具体规格型号的选用以及满足本发明的功能为目的，其具体结构和使用方法在此不再赘述。传热驱动泵3、第一储热泵51、第二储热泵61、回流泵11为本领域中常规选用的泵设备，其具体规格型号的选用以及满足本发明的功能为目的，其具体结构和使用方法在此不再赘述。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能换热系统，其特征在于，包括：
至少一个传热管路，所述传热管路设置于吸热塔上，所述传热管路的最高点连通外界大气，所述传热管路内流通有传热工质，所述传热管路包括依次连通的集热器(1)、第一传热管路(101)、第一换热器(2)与第二传热管路(102)，所述集热器(1)设置于吸热塔塔身的顶部，所述第一换热器(2)设置于吸热塔塔身的下部，所述塔身顶部第一传热管路(101)上设置有传热驱动泵(3)，所述传热驱动泵(3)用于为所述传热管路内的所述传热工质提供压差，使得第一传热管路(101)内所述传热工质的压强大于第二传热管路(102)内所述传热工质的压强，从而驱动所述传热工质流动；
定日镜场，与所述吸热塔配合设置，用于将太阳辐射反射汇聚于集热器(1)；
储热组件，连通于所述传热管路的第一换热器(2)，所述传热工质将集热器(1)转化的热量通过第一换热器(2)传递给所述储热组件，所述储热组件用于汇聚所述传热管路内的所述传热工质的热量。
2.根据权利要求1所述的太阳能换热系统，其特征在于，所述集热器(1)内设置有盛放腔，所述盛放腔通过第一传热管路(101)与第一换热器(2)的热源入口相连通，所述盛放腔通过第二传热管路(102)与第一换热器(2)的热源出口相连通，所述储热组件连通于所述传热管路的第一换热器(2)的加热入口以及加热出口。
3.根据权利要求2所述的太阳能换热系统，其特征在于，还包括与第二传热管路(102)相连通的气体保护装置(4)，所述气体保护装置(4)设置于所述传热管路上方，所述气体保护装置(4)内设置有储气腔，所述储气腔内储存有惰性气体，所述惰性气体用于使得所述传热工质与大气相隔离。
4.根据权利要求3所述的太阳能换热系统，其特征在于，所述气体保护装置(4)上设置有分别与所述储气腔相连通的第一储气管路(41)、第二储气管路(42)和第三储气管路(43)；
所述第一储气管路(41)连通于第二传热管路(102)，所述第二储气管路(42)连通于外界大气，所述第三储气管路(43)上设置有注气阀门(44)。
5.根据权利要求2所述的太阳能换热系统，其特征在于，所述传热管路设置有多个，所述储热组件分别连通于多个所述传热管路的第一换热器(2)的加热入口以及加热出口。
6.根据权利要求2-5任一所述的太阳能换热系统，其特征在于，所述储热组件通过第一加热管路(201)连通于第一换热器(2)的加热出口，通过第二加热管路(202)连通于第一换热器(2)的加热入口，所述第一换热器(2)、第一加热管路(201)、所述储热组件以及第二加热管路(202)依次连通构成闭合的储热管路，所述储热管路内流通有储热工质，所述储热工质用于储存所述传热工质所传递的热量。
7.根据权利要求6所述的太阳能换热系统，其特征在于，所述储热组件包括第一储热腔(5)、第二储热腔(6)以及第二换热器(7)；
所述第一储热腔(5)通过第一加热管路(201)连通于第一换热器(2)的加热出口，所述第二储热腔(6)通过第二加热管路(202)连通于第一换热器(2)的加热入口；
所述第二换热器(7)的热源入口通过第一储热管路(301)连通于第一储热腔(5)，所述第二换热器(7)的热源出口通过第二储热管路(302)连通于第二储热腔(6)。
8.根据权利要求7所述的太阳能换热系统，其特征在于，所述第一储热腔(5)包括第一储热泵(51)，所述第二储热腔(6)包括第二储热泵(61)，所述第一储热管路(301)连通于第一储热腔(5)的第一储热泵(51)，所述第二加热管路(202)连通于第二储热腔(6)的第二储热泵(61)。
9.根据权利要求8所述的太阳能换热系统，其特征在于，所述第一储热泵(51)和所述第二储热泵(61)上分别设置有变速器(8)。
10.根据权利要求7所述的太阳能换热系统，其特征在于，还包括发电组件，所述发电组件包括汽轮机(9)、冷凝器(10)、回流泵(11)以及发电机(12)；
所述汽轮机(9)连通于第二换热器(7)的加热出口，所述回流泵(11)连通于第二换热器(7)的加热入口，所述第二换热器(7)、汽轮机(9)、冷凝器(10)以及回流泵(11)依次连通构成闭合的发电管路；
所述发电管路内流通有发电工质，所述发电工质用于驱动所述汽轮机(9)动作，所述发电机(12)配合安装于所述汽轮机(9)上，由所述汽轮机(9)驱动发电。
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