CN107905862A - 太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统 - Google Patents
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Abstract
太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，包括有机朗肯发电系统、太阳能采集系统、熔盐储热系统，有机朗肯发电系统包括蒸发器（1）、双涡圈变截面涡旋膨胀机（2）、发电机（3）、冷凝器（5）、储液箱（6）、循环泵（7）、控制器（8）、储液管（9）、控制阀（13、14）；储液管（9）与蒸发器（1）相连，通过控制阀门（13、14）控制热工质蒸汽进入双涡圈变截面涡旋膨胀机（2），双涡圈变截面涡旋膨胀机（2）与发电机（3）相连；有机朗肯循环中吸热后的高压蒸汽通过压力温度传热器（11、12）分别控制；集热碟（4）通过翅板式换热器与熔盐罐（10）相连，熔盐罐（10）通过控制阀门（15、16）控制熔盐注入蒸发器（1）。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能利用技术领域，具体是涉及太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统。
背景技术
太阳能作为一种新能源，以其清洁无污染和资源丰富的优势被认为是具有巨大发展潜力的可再生资源，尤其对于偏远山区等不能采用传统的发电系统发电的地区太阳能发电不受地理环境的限制。太阳能的高效利用被视为是缓解目前能源短缺和环境破坏的有效途径，利用太阳能发电已成为未来发展趋势。
在现有技术中的太阳能发电系统的结构，大都采用专利CN 204578407 U所示的结构。该结构是利用太阳能加热工质直接造成温差，通过温差发电片发电，无需发动机。当温差在10℃以上时，即可发电，最高温差可承受200℃。然而专利CN 204578407 U所示的结构，也存在如下的一些缺点：1）太阳能电池转化效率一般在15%左右，想再提高转化效率已十分困难。2）发电效率不高，不能将太阳能最大化的转化成电能。3）该系统的成本较高，且结构相对比较复杂，不适宜全面推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统。
本发明是太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，包括有机朗肯发电系统、太阳能采集系统、熔盐储热系统，有机朗肯发电系统包括蒸发器1、双涡圈变截面涡旋膨胀机2、发电机3、冷凝器5、储液箱6、循环泵7、控制器8、储液管9、第一控制阀13、第二控制阀14；太阳能采集系统包括集热碟4、与集热碟4和储液管9相连的换热器；熔盐储热系统包括集热碟4、熔盐罐10、第三控制阀15、第四控制阀16；太阳能集热碟4与储液管9通过翅板式换热器相连，储液管9与蒸发器1相连，通过第一控制阀门13和第二控制阀门14控制热工质蒸汽进入双涡圈变截面涡旋膨胀机2，双涡圈变截面涡旋膨胀机2与发电机3相连；有机朗肯循环中吸热后的高压蒸汽通过第一压力温度传热器11和第二压力温度传热器12分别控制；集热碟4通过翅板式换热器与熔盐罐10相连，熔盐罐10通过第三控制阀门15和第四控制阀门16控制熔盐注入蒸发器1。
本发明的有益效果是：1、本发明的发电系统使用太阳能直接作为蒸发器的热源，太阳能的利用率大幅提升，减小了能源的浪费；2、本发明所使用的熔盐储热系统，解决了以往的太阳能发电系统夜间不能发电的难题，使整个发电系统效率大大提高，持续能力大大提升。3、本发明的发电系统，采用变截面双涡圈的涡旋膨胀机，该系统具有结构简单、体积小、重量轻、成本低的优势。4. 该发电系统是基于一种双涡圈变截面涡旋膨胀机有机朗肯循环来进行发电的。双涡圈膨胀机具有较大的排气量且容积相对小一些，结合熔盐储能原理提高发电效率，从而有效的利用太阳能资源，并提高现有能源的利用效率。以上发电系统可以灵活应用到各种场合，由于该系统具有结构简单、使用灵活、噪声低和发电效率高的特点，是中、小型发电系统、太阳能利用和工业余热回收的发展方向。
附图说明
图1是本发明太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，图2为本发明曲轴转角为0°时涡旋齿的啮合情况，图3为本发明曲轴转角为90°时涡旋齿的啮合情况，图4为本发明曲轴转角为180°时涡旋齿的啮合情况，图5为本发明曲轴转角为270°时涡旋齿的啮合情况，图6为本发明曲轴转角为360°时涡旋齿的啮合情况，图7是本发明变截面双涡圈涡旋膨胀机剖面结构图；附图标记及对应名称为：蒸发器1，动涡旋盘2，发电机3，太阳能集热碟4，冷凝器5，储液箱6，循环泵7，控制器8，储液管9，熔盐罐10，压力传感器11，温度传感器12，第一控制阀13，第二控制阀14，第三控制阀15，第四控制阀16，静涡旋盘17，第一密封条18，第二密封条19，动涡旋盘20，小曲拐21，支架体22，平衡铁23，中间轴24。
具体实施方式
如图1、图7所示，本发明是太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，包括有机朗肯发电系统、太阳能采集系统、熔盐储热系统，有机朗肯发电系统包括蒸发器1、双涡圈变截面涡旋膨胀机2、发电机3、冷凝器5、储液箱6、循环泵7、控制器8、储液管9、第一控制阀13、第二控制阀14；太阳能采集系统包括集热碟4、与集热碟4和储液管9相连的换热器；熔盐储热系统包括集热碟4、熔盐罐10、第三控制阀15、第四控制阀16；太阳能集热碟4与储液管9通过翅板式换热器相连，储液管9与蒸发器1相连，通过第一控制阀门13和第二控制阀门14控制热工质蒸汽进入双涡圈变截面涡旋膨胀机2，双涡圈变截面涡旋膨胀机2与发电机3相连；有机朗肯循环中吸热后的高压蒸汽通过第一压力温度传热器11和第二压力温度传热器12分别控制；集热碟4通过翅板式换热器与熔盐罐10相连，熔盐罐10通过第三控制阀门15和第四控制阀门16控制熔盐注入蒸发器1。
如图1、图2所示，双涡圈变截面涡旋膨胀机2的动涡旋盘20与静涡旋盘17互相配合，动、静涡旋盘齿顶的分别设置有能实现润滑和密封的作用的第一密封条18、第二密封条19，动涡旋盘20悬浮在支架体22和静涡旋盘17之间，小曲拐21的两侧分别嵌入在动涡旋盘20和支架体22上，在中间轴24处设置有能实现整个轴系的动平衡的平衡铁23，两个双涡圈涡旋膨胀机连接在中间轴24的左右，发电机通过卡扣的形式与膨胀机连接，左右两个双涡圈涡旋膨胀机共同工作来实现发电；小曲拐21中的摩擦副相对运动形式为旋转式。
以上所述的太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，熔盐储热系统中的熔盐由60%的硝酸钠和40%的硝酸钾混合而成，熔盐储能的传热介质是采用硝酸钠原料。
如图1所示，所述的太阳能集热碟4的抛物面聚光镜表面设有高反射率的合金膜。
如图1所示，所述的控制器8的内部由冷凝器5、储液箱9和循环泵7组成，在控制器8的顶部位置上安装温度传感器12。
如图1所示，所述的蒸发器1的右端出口位置安装压力传感器11, 在蒸发器的正下方位置上连接装有硝酸盐的熔盐罐。
如图1所示，以上所述的控制阀13-16均为电控阀。
如图1、图7所示，所述的动涡旋盘20与静涡旋盘17的组装方式采用对称结构，在两个涡旋盘中间连接一发电机3。
如图1所示，太阳能集热碟4聚集太阳能升温，加热循环进入储液管9的热工质，加热后的有机工质在集热碟4中吸收热源热量后，在蒸发器1中成为高压蒸汽，通过控制阀门13和14分别进入双涡圈变截面涡旋膨胀机2的左右两个吸气腔中，实现工热转换，带动发电机3进行发电。热工质在经过双涡圈变截面涡旋膨胀机2后，并通过流量泵6的动力来实现热源工质的循环；有机朗肯循环中吸热后的高压蒸汽通过压力温度传热器11和压力温度传热器12分别控制，温度达到上限则发出警报，温度过低则说明可能存在泄漏等问题。高压蒸汽在双涡圈涡旋膨胀机中膨胀做功带动发电机3输出电力，自身变成低压蒸汽后通过双涡圈膨胀机排气腔循环回冷凝器5中在冷凝器5中与冷却介质换热，从而凝结放热成为低压液体，回到储液箱6最后经循环泵7加压成为高压液态后返回到集热碟，再次与热工质进行热交换，从而继续新的循环。
如图1所示，在夜间，集热碟4无法吸收热量给热工质加热，就需要储存的热能来维持，此时可以将熔盐罐10内的硝酸盐，通过控制阀门15和16注入蒸发器1里，使太阳能蒸发器操作温度提高到450-500℃，这样就使得发电效率提高到40%，可以使储热效率提高2.5倍，从而减小蓄热容器的体积。熔盐储能技术的一个重要作用就是为太阳能面板提供补充。如果启动太阳能热发电装置，就可以充分利用其存储的热量发电。
图2为曲轴转角为0°时涡旋齿的啮合情况。图3为曲轴转角为90°时涡旋齿的啮合情况。图4为曲轴转角为180°时涡旋齿的啮合情况。图5为曲轴转角为270°时涡旋齿的啮合情况。图6为曲轴转角为360°时涡旋齿的啮合情况。动、静涡旋从基圆处发生共形成两条涡旋齿，它们自身相差180°。气体通过涡盘外缘的吸气口进入吸气腔，经过一系列月牙形容积腔的压缩后由静涡盘中心部位的排气口排出。随着曲轴的转动封闭腔向中心移动，体积减小，腔内压力逐渐增大，从而实现了气体压缩过程。从图2至图6中看出，曲轴旋转一周时共出现四个吸气过程、四个膨胀过程和四个排气过程，且相邻吸气、膨胀、排气过程在时间上均差相位角，对应的相邻吸气角和排气角在时间上也差相位角；同一时刻吸气、膨胀和排气过程同时存在，且所有膨胀腔腔内的压力均不相同。且在膨胀机工作过程中同时存在着两种膨胀过程：（1）动涡旋外壁与静涡旋内壁之间的膨胀；（2）静涡旋外壁与动涡盘内壁之间的膨胀，这两种膨胀过程交替出现，并不断被重复，从而实现了膨胀机的正常工作。
图7为变截面双涡圈涡旋膨胀机剖面结构图，动涡旋盘20与静涡旋盘17互相配合，动、静涡旋盘齿顶的密封条18、19实现润滑和密封的作用，动涡旋盘20悬浮在支架体22和静涡旋盘17之间，小曲拐21两侧分别嵌入在动涡旋盘20和支架体22上，使得动涡旋盘20在工作中只能公转平动，不能自转。动、静涡旋盘上的涡旋齿相互之间实现啮合，实现了气体的逐步膨胀。平衡铁23实现整个轴系的动平衡，两个双涡圈涡旋膨胀机连接在中间轴24的左右，发电机通过卡扣的形式与膨胀机连接，左右两个双涡圈涡旋膨胀机共同工作来实现发电。采用变截面双涡圈涡旋齿的型线，很大程度上增加了发电量，降低了动、静涡旋盘之间的相对运动线速度，而且还改善了动涡旋盘的热动力学和加工特性。小曲拐防自转机构21中的摩擦副相对运动形式为旋转式，很大程度上降低了摩擦损耗。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：该发电系统由双涡圈变截面涡旋膨胀机有机朗肯循环发电系统来实现热源工质的转换。该系统的热源可以来源于两个方面，一方面为太阳能，利用太阳能给集热碟（4）的热量给工质水加热，加热后的热水进入双涡圈变截面涡旋膨胀机（2），通过控制阀门来调节流量的大小，并通过循环泵（7）来实现热源工质的循环；另一方面为太阳能高温储能技术中的熔盐储能来直接作为热源。熔盐储能技术是利用硝酸钠等原料作为传热介质，与太阳能光热发电系统结合，使光热发电系统具备储能和夜间发电能力，可满足电网调峰需要。由于有机物工质在常压下蒸发温度较低，且蒸发潜热小，该系统可以吸收较少的热量后实现气化，利用这种有机物工质的朗肯循环就可以吸收小流量、低温度的低品位热源的能量来实现发电。
变截面双涡圈涡旋膨胀机作为此系统的关键部件的特点是：两头各装一个双涡圈涡旋盘，中间连接发电机，高压蒸汽分别从两端中间的两个进气口进入吸气腔，通过工质膨胀推动主轴旋转从而使发电机工作。温度和压力降低后的膨胀工质从排气孔排出，此过程连续进行从而使得主轴连续旋转实现持续发电。同时钢球启动力矩小，比之传统的十字环，不易卡死。等截面涡旋膨胀机的膨胀比相对较小一些，若要增大膨胀比，则需要增加渐开线的圈数，进而会导致涡旋盘整体温度过高，整机尺寸较大。因此，相比之下，采用变截面双涡圈涡旋膨胀机就可以采用很少的涡旋圈数就可以实现较高的膨胀比。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，包括有机朗肯发电系统、太阳能采集系统、熔盐储热系统，其特征在于有机朗肯发电系统包括蒸发器（1）、双涡圈变截面涡旋膨胀机（2）、发电机（3）、冷凝器（5）、储液箱（6）、循环泵（7）、控制器（8）、储液管（9）、第一控制阀（13）、第二控制阀（14）；太阳能采集系统包括集热碟（4）、与集热碟（4）和储液管（9）相连的换热器；熔盐储热系统包括集热碟（4）、熔盐罐（10）、第三控制阀（15）、第四控制阀（16）；太阳能集热碟（4）与储液管（9）通过翅板式换热器相连，储液管（9）与蒸发器（1）相连，通过第一控制阀门（13）和第二控制阀门（14）控制热工质蒸汽进入双涡圈变截面涡旋膨胀机（2），双涡圈变截面涡旋膨胀机（2）与发电机（3）相连；有机朗肯循环中吸热后的高压蒸汽通过第一压力温度传热器（11）和第二压力温度传热器（12）分别控制；集热碟（4）通过翅板式换热器与熔盐罐（10）相连，熔盐罐（10）通过第三控制阀门（15）和第四控制阀门（16）控制熔盐注入蒸发器（1）。
2.根据权利要求1所述的太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，其特征在于：双涡圈变截面涡旋膨胀机（2）的动涡旋盘（20）与静涡旋盘（17）互相配合，动、静涡旋盘齿顶的分别设置有能实现润滑和密封的作用的第一密封条（18）、第二密封条（19），动涡旋盘（20）悬浮在支架体（22）和静涡旋盘（17）之间，小曲拐（21）的两侧分别嵌入在动涡旋盘（20）和支架体（22）上，在中间轴（24）处设置有能实现整个轴系的动平衡的平衡铁（23），两个双涡圈涡旋膨胀机连接在中间轴（24）的左右，发电机通过卡扣的形式与膨胀机连接，左右两个双涡圈涡旋膨胀机共同工作来实现发电；小曲拐（21）中的摩擦副相对运动形式为旋转式。
3.根据权利要求1所述的太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，其特征在于：熔盐储热系统中的熔盐由60%的硝酸钠和40%的硝酸钾混合而成，熔盐储能的传热介质是采用硝酸钠原料。
4.根据权利要求1所述的太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，其特征在于：所述的太阳能集热碟（4）的抛物面聚光镜表面设有高反射率的合金膜。
5.根据权利要求1所述的太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，其特征在于：所述的控制器（8）的内部由冷凝器（5）、储液箱（9）和循环泵（7）组成，在控制器（8）的顶部位置上安装温度传感器（12）。
6.根据权利要求1所述的太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，其特征在于：所述的蒸发器（1）的右端出口位置安装压力传感器（11）, 在蒸发器的正下方位置上连接装有硝酸盐的熔盐罐。
7.根据权利要求1所述的太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，其特征在于：所述的控制阀（13-16）均为电控阀。
8.根据权利要求1所述的太阳能蝶式涡旋昼夜发电系统，其特征在于：所述的动涡旋盘（20）与静涡旋盘（17）的组装方式采用对称结构，在两个涡旋盘中间连接一发电机（3）。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2017-11-24 CN CN201711190884.1A patent/CN107905862A/zh active Pending
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