CN108444112A - 一种热电联产装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种热电联产装置，包括：集热器、热空气管道、发电机、储水箱、热交换器、冷空气管道和风机；其中，所述热空气管道的一端与所述集热器连接，另外一端与热交换器的输入端连接；发电机与所述热空气管道并联；冷空气管道的一端与热交换器的输出端连接，另一端与集热器连接，风机设置于冷空气管道上；热交换器设置于储水箱内。本发明实施例通过采取该技术方案，解决了现有技术中通过水媒的易结冰，易结水垢，设备笨重等缺陷，并且解决了太阳能发电设备规模大，不利于家用的问题。

Description

一种热电联产装置

技术领域

本发明涉及热能收集和转换领域，尤其涉及一种热电联产装置。

背景技术

太阳能是一种清洁能源。目前最常见的太阳能利用方式是太阳能热水器和太阳能发电。

现有的太阳能热水器主要分为平板型和真空管式太阳能热水器，其中平板型保吸热面积大，热性能稳定，故障少，但是其保温性能差，容易冻坏，坏掉之后需要更换整个集热板，所以不易于更换、维修；真空管式太阳能热水器体积庞大、玻璃管易碎，管中容易堆积水垢。此外，这两种技术都是采用水为热交换媒介，水的重量大，且在低温状态下容易结冰，冻坏设备。

现有的太阳能发电装置分为太阳能光伏发电和太阳能光热发电。其中光伏发电装置能量转换过程简单，组件结构简单，无机械磨损，但是其占地面积大，转换效率低，制作成本高。而太阳能光热发电装置，成本低，但是其规模巨大，机械磨损大，使用寿命短。

发明内容

针对上述太阳能热水器和太阳能发电装置的一个或多个缺陷，本发明实施例目的在于提供一种热能的利用装置，能够至少解决上述一个或多个缺陷。

本发明实施例提供了一种热电联产装置，既能提供生活用水，还能提供至少部分家庭用电，亦能解决部分取暖问题。

本发明实施例提供了一种热电联产装置，包括：

集热器，用于收集热量源的热量；

热空气管道，用于传输被所述集热器加热的热空气；

发电机，使用所述热空气发电；

储水箱，用于储藏水；

热交换器，用于接收热空气并加热储水箱中的水；

冷空气管道，用于传输经过热交换之后变冷的冷空气；

风机，用于推动所述冷空气的流动；

其中，所述热空气管道的一端与所述集热器连接，另外一端与发电机的输入端连接；热空气经过发电机之后，输入到热交换器，所述热交换器位于储水箱中，热空气与储水箱中的水经过热交换变成冷空气，通过冷空气管道回流到集热器处加热。

可选的，所述发电机，包括：密封壳体，位于所述密封壳体内的气轮、转轴、永磁体和线圈；其中所述气轮一端连接热空气管道，另一端连接转轴，转轴上设置有永磁体，永磁体位于所述线圈内。

可选的，所述气轮为中空圆环柱体，其包括两个圆环面，其中一个圆环面连接热空气管，使热空气进入气轮内，另一个圆环面连接转轴，带动转轴旋转。

可选的，所述气轮的曲面上，均匀设置有多个出气孔，所述出气孔用于喷射进入气轮的热空气，以带动气轮旋转。

可选的，所述出气孔为三棱柱中的一个矩形面。

可选的，所述矩形面与气轮的轴向剖面垂直。

可选的，所述密封壳体包括进气通道和出气通道，所述热空气管道从所述进气通道穿过，所述出气通道连接于所述热交换器。

可选的，所述进气通道和出气通道与外界的连接处，设有密封件。

可选的，所述装置还包括：取暖热空气管道和取暖冷空气管道；其中，所述取暖热空气管道与热空气管道连接，所述取暖冷空气管道与所述冷空气管道连接。

可选的，所述取暖热空气管道和取暖冷空气管道上分别设置有阀门。

本发明实施例提供了一种热电联产装置，包括：集热器，用于收集热量源的热量；热空气管道，用于传输被所述集热器加热的热空气；发电机，使用所述热空气发电；储水箱，用于储藏水；热交换器，用于接收热空气并加热储水箱中的水；冷空气管道，用于传输经过热交换之后变冷的冷空气；风机，用于推动所述冷空气的流动；其中，所述热空气管道的一端与所述集热器连接，另外一端与发电机的输入端连接；热空气经过发电机之后，输入到热交换器，所述热交换器位于储水箱中，热空气与储水箱中的水经过热交换变成冷空气，通过冷空气管道回流到集热器处加热。本发明实施例通过采取该技术方案，解决了现有技术中通过水媒的易结冰，易结水垢，设备笨重等缺陷，并且解决了太阳能发电设备规模大，不利于家用的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供热电联产装置的结构框图。

图2为本发明实施例提供热电联产装置中的发电机的结构框图。

图3a为本发明实施例提供热电联产装置中的发电机的气轮的示意图。

图3b为本发明实施例提供热电联产装置中的发电机的气轮的剖面图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/ 或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/ 或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

图1为本发明实施例提供的热电联产装置的整体框图。所述的热电联产装置包括：

集热器101，在一个实施例中，所述集热器为以扁平的密闭腔体，所述腔体的采光面被透光性能好的玻璃覆盖，优选的，所述玻璃为真空玻璃且隔热性能好，所述采光面也可以使用其他合适的材料覆盖，如阳光板或者树脂板；所述腔体的四周及底部由水泥或者耐高温的金属材料制成，腔体内部涂抹吸收光能性能好的材料，可以更好的吸收太阳能量，腔体的外部包裹保温材料，所述集热器用于收集热量源的热量，加热腔体内的空气，形成热空气。需要说明的是，虽然该实施例中集热器收集太阳能，但是可以理解的是，本发明并不限于太阳能，利用不同的集热器，可以实现不同热源的能量收集，比如地热、核能等等所有的热源，均可以用对应的集热器采集并应用到本发明中。

热空气管道102，用于传输经由集热器加热之后的热空气，所述管道可以为不锈钢管或者其他耐高温高压的材料。

发电机103，用于利用所述热空气发电，解决部分生活用电。

储水箱104，用于储存生活用水，所述储水箱外边包括保温层，所述储水箱可以置于室内。

热交换器105，所述热交换器105位于储水箱104内部，热交换器105的输入端与热空气管道102连接，使热空气进入热交换器105，并通过热交换器105将热量传递给储水箱104中的水，形成生活用热水，所述热交换器105可以是任何形式的热交换器，在一个实施例中所述热交换器为盘管换热器，热空气在盘管中流动，通过盘管将储水箱中的水加热；通过热水管116将储水箱104中的热水输送给用户，当储水箱104中的水减少，通过补水管115进行补水。

冷空气管道106，用于输送热交换之后变冷的空气，其一端与热交换器105的输出端连接，另外一端与风机107连接。

所述风机107，用于促进管道内的空气循环或者向管道中补入空气，所述风机向集热器101的方向吹风，使冷空气回流到集热器101中。

在一个实施例中，所述热空气管道上还开有取暖热空气管道108，所述取暖热空气管道108将热风输送到用户房间中的散热器（未示出）中或者直接通过散流器散入用户房间中，之后通过取暖冷空气管道109将房间中的变冷的空气引入冷空气管道106中，通过风机107回到集热器101中加热循环到热空气管道102中。

在一个实施例中，如图1所述，所述发电机103与所述热空气管道102并联，并在发电热空气输入管道和发电热空气输出管道上分别设置有阀门111和112，在发电热空气输入管道和发电热空气输出管道之间的热空气管道102上也设置有阀门110，取暖热空气管道108和取暖冷空气管道109上分别设置阀门113和114，这样该系统的三个功能可以相互独立开启或者结合使用。举例来说，如果将阀门110、112、113和114都关闭，仅开放阀门111，此时实现独立发电功能，在该实施例之中，阀门112可以是三向阀门，分别对应开启、关闭和连通外界，当独立发电时，发电剩余的热空气可以通过阀门112联通外界，释放到大气中；如果将阀门110开启，阀门111、112、113和114均关闭，则实现独立热水功能；如果将阀门111和112开启，阀门113和114关闭，则无论阀门110是否开启均可以实现发电和热水联产功能，区别在于如果关闭阀门110，则所有的热空气都必须经过发电机103，此时的发电效率更高，如果开启阀门110，会有部分热空气未经过发电机，直接参与热水，此时热水的效率更高。用户可以通过控制阀门的开启关闭，灵活实现不同的功能组合，充分的利用热能。

如图2所述为本发明一个实施例中发电机103的结构框图。如图2所示，所述发电机103包括密封壳体201，在密封壳体201中设置有气轮202，所述气轮202为中空的圆环柱体，可以在热空气的带动下旋转；转轴204，设置于气轮202的中心轴线上，随着气轮202的旋转而转动，转轴204的另一端伸出密封壳体201，转轴204与密封壳体的接触部分设置有密封件，转轴204伸出密封壳体201的一端设置有轴承208，通过该轴承208与发电组件205连接，带动发电组件205发电，所述发电组件205的一个实现方式为永磁体和金属线圈，通过永磁体或者线圈的旋转切割磁力线在线圈中产生电流；在本发明中不限定发电组件的具体结构，任何发电组件均可通过一定的连接关系与转轴204连接，通过204的动力发电；所述气轮202的另一侧中心轴连接有中空的转轴209，所述中空转转轴209的另一端通过进气口206伸出所述密封壳体201，所述中空转轴209与所述密封壳体201的连接处设置有密封件，所述中空转轴209伸出密封壳体的一端通过轴承210与热空气管道102连接，在一个优选的实施例中，所述热空气管道102和中空转轴209的连接处还包括密封件；通过中空转轴209，将热空气输入气轮202内部，出气口207将发电之后的热空气送回到热空气管道102中，以便热空气管道102将热空气送到取暖热空气管道108或者热交换器105中，优选的，所述出气口207和热空气管道102的连接处也包括密封件。气轮202的圆柱曲面上，设置有多个喷气孔203，当热空气进入气轮202中时，热空气会从喷气孔203中喷射出，所述喷射所产生的反作用力推动气轮202旋转，进而带动转轴204旋转发电，在一个实施例中，使用风机所产生的空气动力克服气轮发电机的机械阻力，进而使空气受热膨胀所产生的能量来发电。

在一个实施例中，所述发电组件205也可以位于所述密封壳体201内部，此时只需将发出的电引出密封壳体外即可；在不需要利用发电之后的热空气的情况下，也可以不设置密封壳体，密封壳体的作用为收集发电剩余的热空气，以便后续做其他功能使用，如果不设置密封壳体，该发电机可以单独用来发电。所述气轮202也可以不带其他部件，而仅仅带一些连接件，用于连接转轴和中空转轴，方便更换转轴和中空转轴，便于维修或者适配更多其他零件；所述气轮的运转原理相当于一种新型的发动机，其内部有流体通过，并从喷气孔喷出都可以驱动其旋转并对外输出动能。如将一定压力的水输入，就是一台新式水轮机组，用于水利发电。如将高温高压的燃烧气体或液体输入，就是一台新式的内燃机，可用于车辆、船舶等领域，原理相同，此处不再赘述。

如图3a所述为本发明一个实施例中的气轮的结构，气轮202为中空的圆环柱体，所述圆环柱体的内环分别连接热空气管道102和转轴204，在所述圆环柱体的曲面上，设置有多个喷气孔203（图中仅示意性的画出1个）。如图所示，所述出气孔为三棱柱中的一个矩形面；在一个实施例中，所述矩形面与气轮的轴向剖面垂直。

如图3b所述，为发电机103的气轮202的剖面图，该图中示例性的展示了4个喷气孔203。

喷气孔203的形状不限于上述实施例中的形状，任何可以产生反作用力或者推动气轮旋转的形状均可以应用到本发明中。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。

本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC（即A和B和C）。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。

还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。

可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种热电联产装置，其特征在于，包括：

集热器，用于收集热量源的热量，并对集热器内的空气进行加热，生成热空气；

热空气管道，用于传输被所述热空气；

发电机，使用所述热空气发电；

储水箱，用于存储水；

热交换器，用于接收热空气并加热储水箱中的水；

冷空气管道，用于传输经过热交换之后变冷的冷空气；

风机，用于推动所述冷空气的流动；

其中，所述热空气管道的一端与所述集热器连接，另外一端与热交换器的输入端连接；发电机与所述热空气管道并联；冷空气管道的一端与热交换器的输出端连接，另一端与集热器连接，风机设置于冷空气管道上；热交换器设置于储水箱内。

2.如权利要求1所述的热电联产装置，其特征在于，所述发电机，包括：

密封壳体，以及位于所述密封壳体内的气轮；

其中所述气轮一端通过中空转轴连接热空气管道，另一端连接转轴，转轴的另一端连接发电组件。

3.如权利要求2所述的热电联产装置，其特征在于：

所述气轮为中空圆环柱体，其包括两个圆环面，其中一个圆环面连接热空气管，另一个圆环面连接转轴。

4.如权利要求3所述的热电联产装置，其特征在于：

所述气轮的曲面上，均匀设置有多个喷气孔，所述出气孔用于喷射进入气轮的热空气，以带动气轮旋转。

5.如权利要求4所述的热电联产装置，其特征在于：

所述喷气孔为三棱柱中的一个矩形面。

6.如权利要求5所述的热电联产装置，其特征在于：

所述矩形面与气轮的轴向剖面垂直。

7.如权利要求3所述的热电联产装置，其特征在于：

所述密封壳体包括进气口和出气口，所述进气口用于输入所述热空气，所述出气口用于输出从气轮中喷射出的热空气。

8.如权利要求7所述的热电联产装置，其特征在于：

所述进气通道和出气通道与外界的连接处，设有密封件。

9.如权利要求1所述的热电联产装置，其特征在于，所述装置还包括：

取暖热空气管道和取暖冷空气管道；

其中，所述取暖热空气管道与热空气管道连接，所述取暖冷空气管道与所述冷空气管道连接。

10.如权利要求9所述的热电联产装置，其特征在于：

所述取暖热空气管道和取暖冷空气管道上分别设置有阀门。