CN203100223U

CN203100223U - 一种基于脉动热管的太阳能热电联产系统

Info

Publication number: CN203100223U
Application number: CN2012206948288U
Authority: CN
Inventors: 牛志愿; 张伟; 徐进良; 吕泽
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2022-12-14

Abstract

本实用新型公开了属于太阳能利用领域的一种基于脉动热管的太阳能热电联产系统。该系统主要由太阳能集热器通过吸热板与脉动热管发电系统连接、脉动热管发电系统再与供热系统连接，在吸热板背面加装隔热层后，将整个联产系统安装在外壳内。该系统单个模块小，适于满足家庭等小功率用户对热水及电能的需求；该系统可以进行并联或串联，从而满足大功率用户对热水及电能的需求，可以布置在城乡楼房屋顶，或建设专门的太阳能热电联产场站，本实用新型结构简单，可靠性高；系统中没有将热能转化为机械能的高成本设备，设计建设成本可显著降低；无转动机械部件，运行可靠性高，摩擦损失较小，经济性和效率将显著提高；可同时提供热能和电能；绿色无污染。

Description

一种基于脉动热管的太阳能热电联产系统

技术领域

本实用新型属于太阳能利用设备领域，特别涉及一种基于脉动热管的太阳能热电联产系统。

背景技术

能源和环境问题是21世纪人类面临的最严重的问题之一。化石燃料面临逐渐枯竭的局面，燃烧化石燃料又会给环境带来巨大的压力。随着全球气候变暖，自然灾害频发，臭氧层空洞扩大等现象的出现，人们逐渐认识到治理污染，保护环境的重要性。节能与环保是21世纪人类面临的严峻挑战。

我国能源消费以燃煤为主，且煤炭所含的硫等有害成分很高。中国处在持续发展的关键阶段，开发新能源具有重大的意义：可以节约大量化石燃料，有利于我国降低二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物的排放；有助于国家实现节能减排的目标；有利于改变中国以煤发电为主的结构；有助于电力工业实现可持续发展。

太阳能具有资源充足、分布广泛、安全、绿色等优点。太阳能发电运行成本低、发电过程不产生污染物。目前太阳能发电主要有太阳能光伏发电和太阳能光热发电。然而光伏发电建设成本高，运行效率低。光热发电技术是除风电以外最有经济竞争力的可再生能源发电技术。光热发电主要有塔式系统、槽式系统和碟式系统。三种光热发电系统只有槽式聚焦系统实现了商业化，其他两种处于示范阶段。且三种系统缺点也十分明显，它们的峰值效率均小于25%，槽式系统效率低，塔式和蝶式系统不够成熟而且成本较高。为此，提高三种光热发电系统的峰值效率，降低成本是太阳能利用领域的研究发展方向。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对塔式系统、槽式系统和碟式系统的三种光热发电系统中只有槽式聚焦系统实现了商业化，其他两种处于示范阶段。且三种系统缺点也十分明显，它们的峰值效率均小于25%，而且成本较高的不足，而提供一种基于脉动热管的太阳能热电联产系统，其特征在于，该基于脉动热管的太阳能热电联产系统主要由太阳能集热器1通过吸热板与脉动热管发电系统2连接、脉动热管发电系统2再与供热系统连接，在吸热板12背面加装隔热层后，将整个联产系统安装在外壳4内。

所述脉动热管发电系统由安装在吸热板上的发电单元放置在磁场装置中组成，发电系统盖板盖在发电单元上面，其中，脉动热管的通道截面为矩形，相邻通道的矩形截面大小不同，即分为宽通道121和窄通道122，且宽通道和窄通道交替布置在吸热板12上，布置在发电单元的宽通道121两端固定绝缘法兰223，外面包裹电绝缘管222；并与窄通道122相互连通组成一个密闭的脉动热管环路；在发电单元部分，矩形截面的宽通道121的两窄侧面上分别固定正电极221a和负电极221b；发电单元宽通道121的两宽侧面放在磁场装置23中。

所述太阳能集热器是板式太阳能集热器，由透明盖板、吸热板、隔热层组成。所述供热系统由储热水箱31、冷水进口32、热水出口33组成。

所述脉动热管环路的上部分直接浸在储热水箱31中，称为冷凝段，下部分与太阳能集热器部分的吸热板12固定，吸收太阳能集热器的热量，称为蒸发段，中间部分为绝热段；脉动热管环路的侧边设置抽真空接管24和工质注液接管25。

本实用新型有益效果是与现有太阳能利用技术相比具有以下优点：基于脉动热管的太阳能热电联产系统是一种直接热发电技术，与间接热发电技术相比，该系统不需要传统的将热能转化为机械能的高成本设备，可显著降低设计建设成本；无转动的机械设备，摩擦损失较小，运行可靠性高，经济性好，效率高；与太阳能技术相比，该系统既可以输出热能，又可以同时输出热能和电能，满足多种用户需求；相较于传统太阳能技术，该系统可以以热水或蒸汽不同形式输出热能，相对提高输出能量的品位；该系统单个模块小，适于满足家庭等小功率用户对热水及电能的需求；该系统可以进行并联或串联，从而增大输出热能或电能的功率，从而满足大功率用户对热水及电能的需求；该系统采用模块化的串并联，对场地要求低，可以布置在城乡楼房屋顶，或建设专门的太阳能热电联产场站。本实用新型结构简单，可靠性高；系统中没有将热能转化为机械能的高成本设备，设计建设成本可显著降低；无转动机械部件，运行可靠性高，摩擦损失较小，经济性和效率将显著提高；可同时提供热能和电能；绿色无污染。

附图说明

图1为基于脉动热管的太阳能热电联产系统示意图。

图2为AA剖面示意图。

图3为发电单元结构示意图。

图4为发电单元工作原理示意图。

图5为储热水箱后布置副水箱的系统示意框图。

图中标号说明

1 太阳能集热器；2 发电系统；3 供热系统；4 外壳；12 吸热板；121 宽通道；122 窄通道；22 发电单元；23 磁场装置； 221a 正电极；221b 负电极；222 电绝缘管；223 绝缘法兰；31 储热水箱；32 冷水进口；33 热水出口；24 抽真空接管；25 工质注液接管；25a 导电工质A注液管；25b 电绝缘工质B注液管。

具体实施方式

本实用新型提供一种基于脉动热管的太阳能热电联产系统。下面结合附图，对本实用新型做进一步的说明。

图1所示为基于脉动热管的太阳能热电联产系统示意图。图中，基于脉动热管的太阳能热电联产系统主要由太阳能集热器1通过吸热板与脉动热管发电系统2连接、脉动热管发电系统2再与供热系统连接，在吸热板12背面加装隔热层后，将整个联产系统安装在外壳4内。吸热板12背面布置隔热层，其作用是抑制吸热板12向周围环境散热。吸热板12上面布置有透明盖板。透明盖板透过太阳辐射，使其投射到吸热板12上；形成温室效应，阻止吸热板12在温度升高后向周围环境散热；保护吸热板12，使其不受灰尘及雨雪侵蚀；脉动热管的冷凝段浸在供热系统的储热水箱31中，将工质从蒸发段吸收的热释放到储热水箱31中，以向外提供热能。

图3所示发电单元结构示意图。脉动热管发电系统2由安装在吸热板12上的发电单元22放置在磁场装置23中组成，发电系统盖板盖在发电单元22上面，其中，脉动热管的通道截面为矩形，相邻通道的矩形截面大小不同（如图2所示），即分为宽通道121和窄通道122，且宽通道和窄通道交替布置在吸热板12上，布置在发电单元的宽通道121两端固定绝缘法兰223（如图3所示），外面包裹电绝缘管222；并与窄通道122相互连通组成一个密闭的脉动热管环路（如图1所示）；以使工质在脉动热管启动后能够单向流动。在发电单元部分，矩形截面的宽通道121的两窄侧面上分别固定正电极221a和负电极221b；发电单元宽通道121的两宽侧面放在磁场装置23中；磁场装置23为发电单元22提供磁场，且磁场方向与未布置电极的电绝缘管222的另外两方壁面垂直（如图4所示）。

所述太阳能集热器是板式太阳能集热器，由透明盖板、吸热板、隔热层组成。平板式太阳能集热器的吸热板12上涂有选择性吸收涂层，以利于对太阳辐射的吸收。吸热板12将太阳能转化为热能，热能在蒸发段被脉动热管的两种工质吸收。

所述供热系统由储热水箱31、冷水进口32、热水出口33组成（如图1所示）。

其中抽真空接管24是用来给脉动热管抽真空的，防止不凝结气体对脉动热管传热的影响。抽真空结束后，将抽真空接管24上的阀门关闭，保证密封效果。工质注液接管25分为导电工质A注液管25a和电绝缘工质B注液管25b，用于对脉动热管注液。通过交替开启和关闭导电工质A注液管25a和电绝缘工质B注液管25b上的阀门，交替充注导电工质A和电绝缘工质B；充液完成后关闭导电工质A注液管25a和电绝缘工质B注液管25b上的阀门，保证密封效果。导电工质A（如汞）与电绝缘工质B（如水）不相溶，电绝缘工质B的沸点相对较低，在蒸发段可以被太阳能转化的热能蒸发，以推动两种工质流动，实现脉动热管的自激流动；根据法拉第电磁感应定律，当导电工质A流经外加磁场装置23内的发电单元22的电绝缘管223时，会在正电极221a、负电极221b间产生电压（电流），而向外供应电能，根据右手定则可判断其电压（电流）方向。绝热段的每个宽通道121的发电部分都布置一个发电单元22，各个发电单元22相对独立，可以将这些发电单元22通过串联或者并联方式连接（如图5所示），以提高供电电压或供电电流。而在冷凝段冷凝，实现热量从蒸发段到冷凝段的传递。

Claims

1.一种基于脉动热管的太阳能热电联产系统，其特征在于，该基于脉动热管的太阳能热电联产系统主要由太阳能集热器（1）通过吸热板与脉动热管发电系统（2）连接、脉动热管发电系统（2）再与供热系统（3）连接，在吸热板背面加装隔热层后，将整个联产系统安装在外壳内。

2.根据权利要求1所述基于脉动热管的太阳能热电联产系统，其特征在于，所述脉动热管发电系统由安装在吸热板上的发电单元放置在磁场装置中组成，发电系统盖板盖在发电单元上面，其中，脉动热管的通道截面为矩形，相邻通道的矩形截面大小不同，即分为宽通道（121）和窄通道（122），且宽通道和窄通道交替布置在吸热板（12）上，布置在发电单元（22的宽通道（121）两端固定绝缘法兰（223），外面包裹电绝缘管（222）；并与窄通道（122）相互连通组成一个密闭的脉动热管环路；在发电单元部分，矩形截面的宽通道（121）的两窄侧面上分别固定正电极（221a）和负电极（221b）；发电单元宽通道（121）的两宽侧面放在磁场装置中。

3.根据权利要求1所述基于脉动热管的太阳能热电联产系统，其特征在于，所述太阳能集热器是板式太阳能集热器，由透明盖板、吸热板、隔热层组成。

4.根据权利要求1所述基于脉动热管的太阳能热电联产系统，其特征在于，所述供热系统由储热水箱（31）、冷水进口（32）、热水出口（33）组成。

5.根据权利要求2所述基于脉动热管的太阳能热电联产系统，其特征在于，所述脉动热管环路的上部分直接浸在储热水箱（31）中，称为冷凝段，下部分与太阳能集热器部分的吸热板（12）固定，吸收太阳能集热器的热量，称为蒸发段，中间部分为绝热段；脉动热管环路的侧边设置抽真空接管（24）和工质注液接管（25）。