CN108413626A - 一种太阳能集热发电装置和一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能集热发电装置和一种新型太阳能‑地热能联合集热发电系统，属于热泵技术领域。所述太阳能集热发电装置由内腔，热电发生器，储热水层，相变层，储冷水层，外壳，玻璃孔和V形镜面组成。所述新型太阳能‑地热能联合集热发电系统包括所述太阳能集热发电装置，循环水泵，精馏塔，冷凝器，第一换热器，第一节流阀，氨水循环泵，第二节流阀，吸收塔，第二换热器，蒸发器，地热排管和用户端。本发明提出的本发明提出的太阳能集热发电装置加工难度低，管道易于清理；所述联合集热发电系统减少了供热供冷的中间环节，提高能量的转化和利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统，尤其涉及一种太阳能集热发电装置，属于热泵技术领域。
背景技术
随着工业经济的快速发展，能源的低效利用已经成为制约经济发展的重要因素。对太阳能和地热能进行充分回收并利用，既可提高能源利用率，降低能源消耗量，有助于缓解能源紧缺的困境，又可降低污染物排放，创造较高的生态经济效益。在实际的室内供热发电系统中，用户的需求受季节影响十分明显，冬季主要需要供热，夏季主要需要供冷。现有的清洁能源应用方案中，面对不同的需求，往往采用同一种采集热能的方式，甚至先将能量统一转换为电能；需要进行供热或供冷时再分别进行转换。这一定程度上降低了能量采集与利用的效率。
另一方面，对太阳能的采集与转化，也有很大的改进空间。传统方案往往采用显热蓄热的途径来适应太阳能的不均匀性和不稳定性。具体来说，在太阳能集热器内设置热水储罐。一方面，显热蓄热的蓄热能力较低，且随着水温升高，散失的热量较多；另一方面，热水储罐需要的体积一般比较庞大，占用的空间较多，成本较高，且难以与建筑物一体化。
相比之下，相变储热的储热密度是显热储热的5～10倍甚至更高。相变蓄热是利用物质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中，都要吸收或放出相变潜热的原理来进行能量储存的技术。利用相变材料相变时，单位质量(体积)潜热的蓄热量非常大，因此能把热能贮存起来加以利用，其储能比显热储热高一个数量级，而且放热温度恒定。
相变材料的应用，在太阳能能源储能系统中已有不少利用，比如蓄能型太阳能振荡热管，无水箱型太阳能热泵系统等，该类系统往往要求相变材料一次冲灌成型，加工工艺要求较高，制造较为繁琐，成本较高，且管内结垢较难清理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
针对清洁能源利用率较低、现有太阳能储能系统工艺要求高以及不易清理的问题，本发明提出了一种太阳能集热发电装置和一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统和。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明首先提出一种太阳能集热发电装置，所述装置由内腔，热电发生器，储热水层，相变层，储冷水层和外壳组成，所述系统还包括玻璃孔腔和V形镜面；
所述内腔形状为圆柱体壳层，所述储热水层、相变层、储冷水层、外壳由内到外依次包覆在内腔外侧；所述外壳采用绝缘材料；
所述储热水层包括热水空间和导热层，所述热水空间用于储存热水，所述导热层位于与相变层相接的面内；所述储冷水层包括冷水空间和隔热层，所述冷水空间用于储存冷水，所述隔热层分别位于与相变层和与外壳相接的面内；
所述热电发生器包括热端和冷端，所述热端位于储热水层内，所述冷端位于储冷水层内；所述玻璃孔腔为封闭的槽形，与柱状外壳平行；由横截面看，所述玻璃孔腔由外到内依次贯穿储冷水层、相变层和储热水层，一侧与外壳平滑连接，另一侧与内腔表面平滑连接，腔内为真空；所述V型镜面包括一对镜面，附着于外壳上，分别位于玻璃孔腔的两侧。
如前所述的一种太阳能集热发电装置，进一步地，所述内腔内部由人工黑体填充。
如前所述的一种太阳能集热发电装置，进一步地，所述V型镜面可以随接收的光照强度自行变换张角大小。
如前所述的一种太阳能集热发电装置，进一步地，所述相变层内填充的相变材料可根据系统所需热水温度进行选择。
本发明还提出一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统，所述系统包括太阳能集热发电装置，循环水泵，精馏塔，冷凝器，第一换热器，第一节流阀，氨水循环泵，第二节流阀，吸收塔，第二换热器，蒸发器，地热排管和用户端；
所述太阳能集热发电装置的输出管道经过循环水泵与精馏塔接回所述太阳能集热发电装置的输入管道；所述精馏塔有两条输出管道，其中一条输出管道连接冷凝器，经过第二节流阀后，依次连接第二换热器、蒸发器，再经过第二换热器，连接吸收塔的一条输入管道；吸收塔的输出管道连接氨水循环泵，连接第一换热器的输入管道，第一换热器的输出管道连接精馏塔的输入管道，形成一条回路；
所述精馏塔的另一条输出管道首先依次经过第一换热器和第一节流阀，然后连接吸收塔的另一条输入管道；吸收塔的输出管道连接氨水循环泵，连接第一换热器的输入管道，第一换热器的输出管道连接精馏塔的输入管道，形成另一条回路。
如前所述的一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统，进一步地，夏季时，所述地热排管的输出管道经过冷凝器和吸收塔，然后连接所述地热排管的输入管道，形成回路；所述用户端经过蒸发器。
如前所述的一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统，进一步地，冬季时，所述用户端的输出端经过冷凝器和吸收塔，然后连接所述用户端的输入端，形成回路；所述地热排管经过蒸发器。
如前所述的一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统，进一步地，所述系统采用热水作为热源，氨水混合工质作为循环工质。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.在太阳能集热发电方面，本发明采用相变材料进行蓄热，与传统显热蓄热方式相比，本发明所用的相变材料蓄热密度大，蓄热体积小，放热稳定，可大大提高供热的稳定性。与其它采用相变材料进行蓄热的集热发电系统相比，本发明在热交换部件的部分形状规则，结构简单，因此具有加工难度低，管道易于清理的优点。
2.现阶段太阳能集热器大多仅能提供有用的热水，太阳能利用率并不高，为提高太阳能的利用率，本发明提出的新的太阳能集热发电装置，一方面提供了本系统工业、生活所需要的热水，并实现热水自储存，另一方面也实现了对外发电的目标。
3.本发明提出的集热发电系统面对不同季节的不同供能需求，采用不同的集热管路，能够直接将太阳能和地热能转换到对应的供热或供冷回路，减少了中间环节，提高能量的转化和利用效率。
附图说明
图1是太阳能集热发电装置剖面图；
图2是太阳能集热发电装置立体图。
图3(a)是制冷工况流程图；
图3(b)是供热工况流程图；
图例：101-外壳，102-储冷水层，103-相变层，104-储热水层，105-内腔，106-玻璃孔腔，107-V形镜面，108-热电发生器；
1-太阳能集热发电装置，2-循环水泵，3-精馏塔，4-冷凝器，5-第一换热器，6-第一节流阀，7-氨水循环泵，8-第二节流阀，9-吸收塔，10-第二换热器，11-蒸发器，12-地热排管，13、14-用户端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1结合图2所示，是本发明提出的太阳能集热发电装置，所述装置由内腔105，热电发生器108，储热水层104，相变层103，储冷水层102和外壳101组成，所述系统还包括玻璃孔腔106和V形镜面107；
所述内腔105形状为圆柱体壳层，所述储热水层104、相变层103、储冷水层102、外壳101由内到外依次包覆在内腔105外侧；所述外壳101采用绝缘材料；
所述储热水层104包括热水空间和导热层，所述热水空间用于储存热水，所述导热层位于与相变层相接的面内；所述储冷水层102包括冷水空间和隔热层，所述冷水空间用于储存冷水，所述隔热层分别位于与相变层103和与外壳101相接的面内；
所述热电发生器108包括热端和冷端，所述热端位于储热水层104内，所述冷端位于储冷水层102内；所述玻璃孔腔106为封闭的槽形，与柱状外壳101平行；由横截面看，所述玻璃孔腔106由外到内依次贯穿储冷水层102、相变层103和储热水层104，一侧与外壳101平滑连接，另一侧与内腔105表面平滑连接，腔内为真空；所述V型镜面107包括一对镜面，附着于外壳101上，分别位于玻璃孔腔106的两侧。
所述内腔105内部由人工黑体填充。所述相变层103填充的相变材料可根据系统所需热水温度进行选择。
其工作过程如下所述：太阳光被V形镜面107反射，通过玻璃孔腔106进入太阳能集热发电装置1的内腔105，内腔105吸收热量，将热量传递给储热水层104，产生系统所需热水；太阳能集热发电装置1的热电发生器108的热端位于储热水层104内，冷端位于储冷水层102内，由于外壳101绝缘，储冷水层102与相变层103间壁绝热，故储冷水层102温度保持较低温度，故热电发生器冷热两端产生温差，使电子发生转移，从而发电。
本实施例中，V形镜面21可以随接收的光照强度自行变换张角大小。可在所述V型镜面上分别布置两个光角度感应器，其追踪最强光照角度并发送信号给控制单元，控制单元将发送脉冲信号给步进电机，驱动所述V型镜面按设定的方向转动打破固定角度。
天气晴朗时，太阳光照充足，储热水层104温度较高，将其热量传递给相变层103；阴雨天时，太阳光照较弱，储热水层104温度较低，相变层103将其储存的热量传递给储热水层104。
如图3(a)、图3(b)所示，本发明所述的新型太阳能-地热能联合集热发电系统，包括太阳能集热发电装置1，循环水泵2，精馏塔3，冷凝器4，第一换热器5，第一节流阀6，氨水循环泵7，第二节流阀8，吸收塔9，第二换热器10，蒸发器11，地热排管12和用户端13、14。
所述太阳能集热发电装置1的输出管道经过循环水泵2与精馏塔3接回所述太阳能集热发电装置1的输入管道；所述精馏塔3有两条输出管道，其中一条输出管道连接冷凝器4，经过第二节流阀8后，依次连接第二换热器10、蒸发器11，再经过第二换热器10，连接吸收塔9的一条输入管道；吸收塔9的输出管道连接氨水循环泵7，连接第一换热器5的输入管道，第一换热器5的输出管道连接精馏塔3的输入管道，形成一条回路。
精馏塔3的另一条输出管道首先依次经过第一换热器5和第一节流阀6，然后连接吸收塔9的另一条输入管道；吸收塔9的输出管道连接氨水循环泵7，连接第一换热器5的输入管道，第一换热器5的输出管道连接精馏塔3的输入管道，形成另一条回路。
夏季时，地热排管12的输出管道经过冷凝器4和吸收塔9，然后连接所述地热排管12的输入管道，形成回路；用户端经过蒸发器11。冬季时，用户端13、14的输出端经过冷凝器4和吸收塔9，然后连接所述用户端13、14的输入端，形成回路；地热排管12经过蒸发器11。
太阳能集热发电装置1产生热水作为高温热源；夏季将浅层地热作为中温热源，用户端13、14作为低温热源；在冬季将用户端13、14作为中温热源，浅层地热作为低温热源。
夏季工况时(如图3(a)所示)：通过太阳能集热发电装置1产生热水，加热精馏塔3的塔釜再沸器。精馏产生浓氨水蒸汽经过塔顶的冷凝器4被地热排管12中的地下水冷却后，经过第二节流阀8与出蒸发器11的氨蒸汽换热后进入蒸发器11。液氨在蒸发器11中蒸发，向用户端13、14提供冷量；氨蒸汽进入吸收塔9，被从精馏塔3塔釜出来的贫液吸收，再通过氨水循环泵7的升压进入第一换热器5，与从精馏塔3塔釜出来的贫液换热后进入精馏塔3。地热排管12中的地下循环水先后经塔顶的冷凝器4和吸收塔9，将系统排放的热量转移到地下。
冬季工况时(如图3(b)所示)：精馏产生的浓氨水蒸气在冷凝器4中被用户端13、14冷却为液体，进入蒸发器11蒸发，将冷量传递给地热排管12中的地下循环水，而热水先后通过塔顶的冷凝器4和吸收塔9，向作为中温热源的用户端13、14供热。
综上所述，本系统采用热水作为热源，氨水混合工质作为循环工质，通过氨水的循环，将低温热源的热量转移到中温热阱，达到冬夏联供的目的。本系统充分结合冬季、夏季不同工况时，太阳能与地热能热源不同的特性，高效节能，且系统中氨水浓度可顺应不同的工况需要进行调节，进一步降低能耗。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种太阳能集热发电装置，所述装置由内腔(105)，热电发生器(108)，储热水层(104)，相变层(103)，储冷水层(102)和外壳(101)组成，其特征在于，所述系统还包括玻璃孔腔(106)和V形镜面(107)；
所述内腔(105)形状为圆柱体壳层，所述储热水层(104)、相变层(103)、储冷水层(102)、外壳(101)由内到外依次包覆在内腔(105)外侧；所述外壳(101)采用绝缘材料；
所述储热水层(104)包括热水空间和导热层，所述热水空间用于储存热水，所述导热层位于与相变层相接的面内；所述储冷水层(102)包括冷水空间和隔热层，所述冷水空间用于储存冷水，所述隔热层分别位于与相变层(103)和与外壳(101)相接的面内；
所述热电发生器(108)包括热端和冷端，所述热端位于储热水层(104)内，所述冷端位于储冷水层(102)内；所述玻璃孔腔(106)为封闭的槽形，与柱状外壳(101)平行；所述玻璃孔腔(106)由外到内依次贯穿储冷水层(102)、相变层(103)和储热水层(104)，一侧与外壳(101)平滑连接，另一侧与内腔(105)表面平滑连接，腔内为真空；所述V型镜面(107)包括一对镜面，附着于外壳(101)上，分别位于玻璃孔腔(106)的两侧。
2.如权利要求1所述的一种太阳能集热发电装置，其特征在于，所述内腔(105)内部由人工黑体填充。
3.如权利要求1所述的一种太阳能集热发电装置，其特征在于，所述V型镜面(107)可以随接收的光照强度自行变换张角大小。
4.如权利要求1所述的一种太阳能集热发电装置，其特征在于，所述相变层(17)内填充的相变材料可根据系统所需热水温度进行选择。
5.一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统，其特征在于，所述系统包括太阳能集热发电装置(1)，循环水泵(2)，精馏塔(3)，冷凝器(4)，第一换热器(5)，第一节流阀(6)，氨水循环泵(7)，第二节流阀(8)，吸收塔(9)，第二换热器(10)，蒸发器(11)，地热排管(12)和用户端(13,14)；
所述太阳能集热发电装置(1)的输出管道经过循环水泵(2)与精馏塔(3)接回所述太阳能集热发电装置(1)的输入管道；所述精馏塔(3)有两条输出管道，其中一条输出管道连接冷凝器(4)，经过第二节流阀(8)后，依次连接第二换热器(10)、蒸发器(11)，再经过第二换热器(10)，连接吸收塔(9)的一条输入管道；吸收塔(9)的输出管道连接氨水循环泵(7)，连接第一换热器(5)的输入管道，第一换热器(5)的输出管道连接精馏塔(3)的输入管道，形成一条回路；
所述精馏塔(3)的另一条输出管道首先依次经过第一换热器(5)和第一节流阀(6)，然后连接吸收塔(9)的另一条输入管道；吸收塔(9)的输出管道连接氨水循环泵(7)，连接第一换热器(5)的输入管道，第一换热器(5)的输出管道连接精馏塔(3)的输入管道，形成另一条回路。
6.如权利要求5所述的一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统，其特征在于，夏季时，所述地热排管(12)的输出管道经过冷凝器(4)和吸收塔(9)，然后连接所述地热排管(12)的输入管道，形成回路；所述用户端(13,14)经过蒸发器(11)。
7.如权利要求5所述的一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统，其特征在于，冬季时，所述用户端(13,14)的输出端经过冷凝器(4)和吸收塔(9)，然后连接所述用户端(13,14)的输入端，形成回路；所述地热排管(12)经过蒸发器(11)。
8.如权利要求5所述的一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统，其特征在于，所述系统采用热水作为热源，氨水混合工质作为循环工质。
9.如权利要求5所述的一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统，其特征在于，所述太阳能集热发电装置(1)为权利要求1-4任意一项所述的太阳能集热发电装置。
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| CN201810446030.3A CN108413626A (zh) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | 一种太阳能集热发电装置和一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统 |
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| CN201810446030.3A CN108413626A (zh) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | 一种太阳能集热发电装置和一种新型太阳能-地热能联合集热发电系统 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113137770A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-20 | 新疆大学 | 一种基于黑体腔的聚光发电集热一体化装置 |
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2018
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