CN114838508A - 一种太阳能储热发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于发电技术领域，具体而言涉及一种太阳能储热发电系统，包括：太阳能集热器、第一端口、第二端口、循环泵、第一介质罐、第二介质罐、蒸汽涡轮机、缓冲罐、第一电磁阀、第二止回阀、第一电风扇、制冷剂、第一S型管、第一主管道、第二主管道、第三主管道、第四主管道、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第三止回阀、第四止回阀、第二电风扇、第二S型管和轴承。本发明提出的技术方案依靠可再生能源太阳能来实现发电运行，没有任何污染，而且无需消耗水，能够实现小型化至家用。

Description

一种太阳能储热发电系统

技术领域

本发明属于发电技术领域，具体而言涉及一种太阳能储热发电系统。

背景技术

能源关系到经济社会正常运行和发展，关系到生态环境。中国能源消费结构仍以煤炭为主(火力发电)，能源安全和环境问题日益严峻。每年一次性能源的消费比重均在70％以上，而太阳能、风能、等新能源发电系统由于受环境及光照的影响，利用率相对较低。当前中国发电系统还是以火力发电为主，每天消耗大量化石燃料，向环境中排放大量污染物，使得大气的污染日益严峻。利用可再生能源发电系统少之又少，特别是大中型系统。

传统火力发电系统，都采用通过矿物质燃烧使水变为高压过热蒸汽作为介质，迫使蒸汽发电机做功发电。锅炉-蒸汽轮机发电是利用高中压过热蒸汽(通常参数为3.82～16.7MPa，450～550℃)在汽轮机中作功转换成机械能，完成朗肯循环过程。传统火力发电系统的弊端，必须靠一次能源物质燃烧产生高温作为热源，此过程必然排放废气，污染环境。系统压力高，危险性高，制作成本高。

现有中国专利申请号为：CN200910252264.5公开了一种余热发电的太阳能聚光发电装置，包括多个太阳能聚光发电模组以及安装太阳能聚光发电模组的追日跟踪支架系统，太阳能聚光发电模组包括呈矩阵排列的多个太阳能聚光发电单元，太阳能聚光发电单元包括一聚光透镜，一聚光电池；聚光电池下方设置一温差发电装置，温差发电装置的高温面与聚光电池紧密贴合，温差发电装置的低温面与一集热器的吸热层紧密贴合；各聚光电池及各温差发电装置之间串联连接后向外输出电能。该聚光发电装置采用温差发电装置来利用余热进行发电，同时利用集热器对温差发电装置进行降温形成低温面，一方面实现了余热光电转化，另一方面实现了余热的热利用，提高了太阳能利用效率。但是没有提出一种太阳能储热发电系统。

又如中国申请号为CN201220071212.5公开了一种太阳能发电系统，其结构包括太阳能电池板、控制器、逆变器和蓄电池，太阳能电池板设置有两个，两个太阳能电池板的正端均与正电压输出插头连接，两个太阳能电池板的负端均与负电压输出插头连接，该实用新型输出功率高，可为大功率用电器提供电源，使用时，只需要将所有插头与对应的插座插接，再将用电器插到直流插座或者交流插座即可，具有结构简单、安装方便、使用寿命长和维护费用低的特点。但是同样没有提出一种太阳能发电系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种太阳能储热发电系统。

所述太阳能储热发电系统，包括：太阳能集热器、第一端口、第二端口、循环泵、第一介质罐、第二介质罐、蒸汽涡轮机、缓冲罐、第一电磁阀、第二止回阀、第一电风扇、制冷剂、第一S型管、第一主管道、第二主管道、第三主管道、第四主管道、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第三止回阀、第四止回阀、第二电风扇、第二S型管和轴承；太阳能集热器上分别设置有第一端口和第二端口，第一端口与第一主管道连通，第一主管道上设置有循环泵，循环泵的右端通过分支管道分别与第一电磁阀和第三电磁阀连通，第二端口与第二主管道连通，第二主管道通过分支管道分别与第一止回阀和第三止回阀连通；第一电磁阀、第一S型管和第一止回阀连通，第一S型管设置在第一介质罐内，第一介质罐外部固定有第一电风扇，第一介质罐的顶部通过第二止回阀与第三主管道连通；第三电磁阀、第二S型管和第三止回阀连通，第二S型管设置在第二介质罐内，第二介质罐外部固定有第二电风扇，第二介质罐的顶部通过第四止回阀与第三主管道连通；第三主管道与蒸汽涡轮机连通，蒸汽涡轮机的上端和缓冲罐通过管道连通，蒸汽涡轮机的右端通过带有螺旋扇叶状的轴承与发电机连接；缓冲罐与第四主管道连通，第四主管道通过一个分支管道依次连通第二电磁阀和第一介质罐顶部，第四主管道通过另一个分支管道依次连通第四电磁阀和第二介质罐顶部；第一介质罐和第二介质罐内装填有制冷剂。

进一步的，所述太阳能集热器内部设置多个真空集热管，真空集热管设置于连箱两侧，连箱两侧分别设置有一排连接槽孔。

进一步的，所述真空集热管由真空集热外管、真空集热内管、环形固定架、集束套、集束头和套管组成，所述真空集热内管套接于所述真空集热外管内，所述真空集热外管内部尾部设置有所述环形固定架，所述环形固定架上设置有三个与所述真空集热内管外径相对应且用于插入所述真空集热内管的孔，所述真空集热内管开口端的外壁与集束套内孔之间密封连接，集束套外套接有集束头，集束头右端口套接有套管。

进一步的，所述集束套与所述集束头之间设置有第一密封圈。

进一步的，所述真空集热内管开口端的外壁与所述集束套内孔之间通过第二密封圈连接。

进一步的，所述集束头与所述套管之间通过第三密封圈密封连接。

进一步的，所述真空集热内管表面设置有太阳能吸热膜。

进一步的，所述缓冲罐旁设置冷凝机。

进一步的，所述制冷剂为四氟乙烷。

进一步的，所述第一介质罐和所述第二介质罐为不锈钢罐。

与现有技术相比，本发明具有益效果如下：

1，本发明所述的太阳能储热发电系统依靠可再生能源太阳能来实现发电运行，没有任何污染，而且无需消耗水，能够实现小型化至家用。

2，本发明介质制冷剂循环为无动力、无燃烧循环，依靠第一介质罐与第二介质罐功能转换来保持蒸汽涡轮机进出口压差，同时结合缓冲罐使用保持压差运行，保证了系统稳定发电。

3，本发明在真空集热外管内设置了多个真空集热内管，集热面积更大，采热效率更长，加热速度更快，具有热效率高、生产成本低的优点。

4，本发明的集束头和环形固定架均是由耐热材料制成，耐用度高不易损坏。通过设置的第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈，防止循环的热水发生泄漏。

附图说明

图1为本发明所述太阳能储热发电系统的结构连接示意图；

图2为图1中第一S型管的结构连接示意图；

图3为图1中沿A-A'方向的真空集热管轴向剖面示意图；

图4为图3中沿B-B'方向的真空集热管剖面示意图；

附图标记说明：1-太阳能集热器；101-第一端口；102-第二端口；103-真空集热管；104-连箱，2-循环泵，3-第一介质罐，4-第二介质罐，5-蒸汽涡轮机，6-冷凝机，7-发电机，8-缓冲罐，9-第一电磁阀，10-第一止回阀，11-第二止回阀，12-第一电风扇，13-制冷剂，14-第一S型管，15-第一主管道，16-第二主管道，17-第三主管道，18-第四主管道，19-第二电磁阀，20-第三电磁阀，21-第四电磁阀，22-第三止回阀，23-第四止回阀，24-第二电风扇，25-第二S型管，26-轴承，27-真空集热外管，28-环形固定架，29-真空集热内管，30-集束套，31-第一密封圈，32-第二密封圈，33-集束头，34-第三密封圈，35-套管，36-太阳能吸收膜。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

如图1-3所示，所述太阳能储热发电系统，包括：太阳能集热器1、第一端口101、第二端口102、循环泵2、第一介质罐3、第二介质罐4、蒸汽涡轮机5、缓冲罐8、第一电磁阀9、第二止回阀11、第一电风扇12、制冷剂13、第一S型管14、第一主管道15、第二主管道16、第三主管道17、第四主管道18、第二电磁阀19、第三电磁阀20、第四电磁阀21、第三止回阀22、第四止回阀23、第二电风扇24、第二S型管25和轴承26；

太阳能集热器1上分别设置有第一端口101和第二端口102，第一端口101与第一主管道15连通，第一主管道15上设置有循环泵2，循环泵2的右端通过分支管道分别与第一电磁阀9和第三电磁阀20连通，第二端口102与第二主管道16连通，第二主管道16通过分支管道分别与第一止回阀10和第三止回阀22连通；

第一电磁阀9、第一S型管14和第一止回阀10连通，第一S型管14设置在第一介质罐3内，第一介质罐3外部固定有第一电风扇12，第一介质罐3的顶部通过第二止回阀11与第三主管道17连通；

第三电磁阀20、第二S型管25和第三止回阀22连通，第二S型管25设置在第二介质罐4内，第二介质罐4外部固定有第二电风扇24，第二介质罐4的顶部通过第四止回阀23与第三主管道17连通；

第三主管道17与蒸汽涡轮机5连通，蒸汽涡轮机5的上端和缓冲罐8通过管道连通，蒸汽涡轮机5的右端通过带有螺旋扇叶状的轴承26与发电机7连接；

缓冲罐8与第四主管道18连通，第四主管道18通过一个分支管道依次连通第二电磁阀19和第一介质罐3顶部，第四主管道18通过另一个分支管道依次连通第四电磁阀21和第二介质罐4顶部；

第一介质罐3和第二介质罐4内装填有制冷剂13。

进一步的，所述太阳能集热器1内部设置多个真空集热管103，真空集热管103设置于连箱104两侧，连箱104两侧分别设置有一排连接槽孔(图中未示出)，用于固定真空集热管103。

进一步的，所述真空集热管103由真空集热外管27、真空集热内管29、环形固定架28、集束套30、集束头33和套管35组成，所述真空集热内管29套接于所述真空集热外管27内，所述真空集热外管27内部尾部设置有所述环形固定架28，所述环形固定架28上设置有三个与所述真空集热内管29外径相对应且用于插入所述真空集热内管29的孔，用于插入真空集热内管29，所述真空集热内管29开口端的外壁与集束套30内孔之间密封连接，集束套30外套接有集束头33，集束头33右端口套接有套管35。

进一步的，所述集束套30与所述集束头33之间设置有第一密封圈31。

进一步的，所述真空集热内管29开口端的外壁与所述集束套30内孔之间通过第二密封圈32连接。

进一步的，所述集束头33与所述套管35之间通过第三密封圈34密封连接。

进一步的，如图4所示，所述真空集热内管29表面设置有太阳能吸热膜36。

进一步的，所述缓冲罐8旁设置冷凝机6，冷凝机6能够给流入缓冲罐8的管道内制冷剂13进行降温。

进一步的，所述制冷剂13为四氟乙烷，又称作R134a。

进一步的，所述第一介质罐3和所述第二介质罐4为不锈钢罐。

以下简要介绍本发明所述太阳能储热发电系统工作原理：

所述太阳能储热发电系统涉及两个主要过程，分别为升压过程和降压过程。

(1)升压过程：通过太阳能热水给予第一介质罐3加温升压，第一介质罐3罐内介质制冷剂13吸热持续升压，直至第一介质罐3罐内介质制冷剂13接近气化完毕，气化升压过程中，迫使蒸汽涡轮机5运转带动发电机7，输出电能。

(2)降压过程：蒸汽涡轮机7出口乏汽经过冷凝机6，降温液化后，进入第二介质罐4内，等待第一介质罐3内部介质制冷剂13接近气化升压尾声时，转换至第二介质罐4为升压罐，第一介质罐3上的第一电风扇12启动工作，给予降温降压，回收由冷凝机6降温液化的介质制冷剂，如此反复，通过第一介质罐3和第二介质罐4的升压与降压的功能互换，保持蒸汽涡轮机5的运转和发电机7的发电工作。

(3)在第一介质罐3和第二介质罐4的功能互换时，存在压差盲区，通过缓冲罐8，继续保持足够的低压回流，保证了所述太阳能储热发电系持续运行。

下面再结合具体实施例，说明上述的升压与降压两种情况：

第一种情况，当第一介质罐3位高压罐，第二介质罐4为低压罐时的运行过程。太阳能集热器1产生的热水(70℃)通过循环水泵2、第一电磁阀进入第一介质罐3，第一介质罐3内部介质制冷剂13吸收热量气化后快速升压，高压气体通过第二止回阀11进入蒸汽涡轮机5做功运转，带动发电机7发电输出，蒸汽涡轮机5乏汽进入冷凝机6降温，降温液化经过缓冲罐8，通过第四电磁阀21存入第二介质罐4，此时启动第二电风扇24继续降温，保持低压状态。

第二种情况，当第二介质罐4位高压罐，第一介质罐3为低压罐时的运行过程。太阳能集热器1产生的热水(70℃)通过循环水泵2、第三电磁阀进入第二介质罐4，第二介质罐4内部介质制冷剂13吸收热量气化后快速升压，高压气体通过第四止回阀23进入蒸汽涡轮机5做功运转，带动发电机7发电输出。蒸汽涡轮机5乏汽进入冷凝机6降温，降温液化经过缓冲罐8，通过第二电磁阀19存入第一介质罐3，此时启动第一电风扇12继续降温，保持低压状态。

本发明采用的制冷剂13为低温蒸发介质，如R134a在-26.07℃便可完全吸热汽化，在环境温度中可冷凝液化，经过太阳能加热的热水给予介质R134a汽化升温加压，压力加至蒸汽涡轮机5进口，蒸汽涡轮机5出口设置冷凝机6，使介质R134a液化降温降压，在蒸汽涡轮机进出口之间形成＞1.0MPa的压差，迫使发电机7转动做功，下表1示出介质热物理参数。

表1

夏季运行时，利用70℃热水加热R134a使之汽化沸腾增压至约2.0MPa，该压力加在蒸汽涡轮机5入口，蒸汽涡轮机5出口经过冷凝机6使介质冷凝液化，压力降至约0.9MPa，在蒸汽涡轮机5进出口形成约1.1MPa的压差，迫使其转动做功使发电机7工作。

冬季运行时，利用50℃热水加热R134a使之汽化沸腾增压至约1.3MPa，该压力加在蒸汽涡轮机5入口，蒸汽涡轮机5出口经过冷凝机6使介质冷凝液化，压力降至0.2MPa。在蒸汽涡轮机5进出口形成1.1MPa的压差，迫使其转动做功发电。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能储热发电系统，其特征在于，包括：太阳能集热器、第一端口、第二端口、循环泵、第一介质罐、第二介质罐、蒸汽涡轮机、缓冲罐、第一电磁阀、第二止回阀、第一电风扇、制冷剂、第一S型管、第一主管道、第二主管道、第三主管道、第四主管道、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第三止回阀、第四止回阀、第二电风扇、第二S型管和轴承；太阳能集热器上分别设置有第一端口和第二端口，第一端口与第一主管道连通，第一主管道上设置有循环泵，循环泵的右端通过分支管道分别与第一电磁阀和第三电磁阀连通，第二端口与第二主管道连通，第二主管道通过分支管道分别与第一止回阀和第三止回阀连通；第一电磁阀、第一S型管和第一止回阀连通，第一S型管设置在第一介质罐内，第一介质罐外部固定有第一电风扇，第一介质罐的顶部通过第二止回阀与第三主管道连通；第三电磁阀、第二S型管和第三止回阀连通，第二S型管设置在第二介质罐内，第二介质罐外部固定有第二电风扇，第二介质罐的顶部通过第四止回阀与第三主管道连通；第三主管道与蒸汽涡轮机连通，蒸汽涡轮机的上端和缓冲罐通过管道连通，蒸汽涡轮机的右端通过带有螺旋扇叶状的轴承与发电机连接；缓冲罐与第四主管道连通，第四主管道通过一个分支管道依次连通第二电磁阀和第一介质罐顶部，第四主管道通过另一个分支管道依次连通第四电磁阀和第二介质罐顶部；第一介质罐和第二介质罐内装填有制冷剂。

2.根据权利要求1所述的太阳能储热发电系统，其特征在于，所述太阳能集热器内部设置多个真空集热管，真空集热管设置于连箱两侧，连箱两侧分别设置有一排连接槽孔。

3.根据权利要求2所述的太阳能储热发电系统，其特征在于，所述真空集热管由真空集热外管、真空集热内管、环形固定架、集束套、集束头和套管组成，所述真空集热内管套接于所述真空集热外管内，所述真空集热外管内部尾部设置有所述环形固定架，所述环形固定架上设置有三个与所述真空集热内管外径相对应且用于插入所述真空集热内管的孔，所述真空集热内管开口端的外壁与集束套内孔之间密封连接，集束套外套接有集束头，集束头右端口套接有套管。

4.根据权利要求3所述的太阳能储热发电系统，其特征在于，所述集束套与所述集束头之间设置有第一密封圈。

5.根据权利要求3所述的太阳能储热发电系统，其特征在于，所述真空集热内管开口端的外壁与所述集束套内孔之间通过第二密封圈连接。

6.根据权利要求3所述的太阳能储热发电系统，其特征在于，所述集束头与所述套管之间通过第三密封圈密封连接。

7.根据权利要求3所述的太阳能储热发电系统，其特征在于，所述真空集热内管表面设置有太阳能吸热膜。

8.根据权利要求1所述的太阳能储热发电系统，其特征在于，所述缓冲罐旁设置冷凝机。

9.根据权利要求1所述的太阳能储热发电系统，其特征在于，所述制冷剂为四氟乙烷。

10.根据权利要求1所述的太阳能储热发电系统，其特征在于，所述第一介质罐和所述第二介质罐为不锈钢罐。

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