CN218570126U - 一种基于清洁能源利用的组合发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种基于清洁能源利用的组合发电装置，属于清洁能源发电装置技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种基于清洁能源利用的组合发电装置结构的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：包括太阳能收集模块、二氧化碳做功模块、发电模块和控制模块，太阳能收集模块包括太阳能板，太阳能板的受光面设置有聚光透镜，太阳能板的背面通过胶水粘接有热水袋，热水袋的两端分别开有热水输出口以及冷水输入口；二氧化碳做功模块包括保温水箱、蒸发吸热器、二氧化碳贮气罐和二氧化碳贮能罐，保温水箱的内部设置有栅格状的二氧化碳换热器；保温水箱的第一循环端通过第一循环管道分别与热水袋的热水输出口、冷水输入口相连；本实用新型应用于发电装置。

Description

一种基于清洁能源利用的组合发电装置

技术领域

本实用新型一种基于清洁能源利用的组合发电装置，属于清洁能源发电装置技术领域。

背景技术

近年来随着社会经济不断发展，在出现能源危机以及节能环保概念的背景下，逐步提出了以光伏风力发电为代表的一系列清洁能源转化方案，从目前的使用效果来看，这些清洁能源利用方案均有其不可克服的缺陷，针对能源使用存在很大的不确定性，如光伏发电受时间及天气因素影响较大，风力发电会受地势角度及气候等因素影响，均会导致能量转化不持续、不及时。

针对上述缺陷，目前也在探索新清洁能源可持续的利用方案，例如二氧化碳热泵热水器的使用，其特点是在水侧以较大温升换热过程中，仍然保持较高的热力效率，额定运行温度一般可达到60℃，出水温度可达90℃，目前纯电动汽车上使用的热泵空调都是用二氧化碳制冷剂做工质使空气能制热，因此二氧化碳热泵热水器兼具采暖应用功能；另外目前市面上提供的光伏产品仅利用光电效应将太阳能转化成电能，对过程中产生的热量未能加以很好利用，采用透镜折射聚光太阳能热发电技术中，通过透镜聚光的太阳能发电系统聚光倍数只有数十倍，导致加热的水蒸气温度不高，光伏系统的发电效率较低。

因此针对上述缺陷，有必要改进研发一种基于清洁能源的组合发电系统，在保证能源可持续转化与高效发电的前提下，需要对相应的发电装置结构进行改进。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于清洁能源利用的组合发电装置结构的改进。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于清洁能源利用的组合发电装置，包括太阳能收集模块、二氧化碳做功模块、发电模块和控制模块，所述太阳能收集模块包括太阳能板，所述太阳能板的受光面设置有聚光透镜，所述太阳能板的背面通过胶水粘接有热水袋，所述热水袋的两端分别开有热水输出口以及冷水输入口；

所述二氧化碳做功模块包括保温水箱、蒸发吸热器、二氧化碳贮气罐和二氧化碳贮能罐，所述保温水箱的内部设置有栅格状的二氧化碳换热器；

所述保温水箱的第一循环端通过第一循环管道分别与热水袋的热水输出口以及冷水输入口相连；

所述发电模块的驱动端设置有涡轮机；

所述蒸发吸热器具体为栅格状，在蒸发吸热器上还设置有冷凝器，所述冷凝器的一端还设置有风扇；

所述保温水箱的第二循环端通过第二循环管道分别与蒸发吸热器的两端相连，在第二循环管道上还设置有第一压缩机，安装在保温水箱内部的第二循环管道上还设置有热交换冷凝器；

所述保温水箱的第三循环端通过第三循环管道依次连接二氧化碳贮能罐、涡轮机、冷凝器、第二压缩机、二氧化碳换热器后形成循环闭环；

所述二氧化碳贮气罐还通过送气管道与二氧化碳换热器相连；

所述二氧化碳贮能罐的外侧还设置有加热器；

所述控制模块通过导线分别与发电模块、太阳能板、第一压缩机、第二压缩机、加热器、风扇相连。

所述发电模块具体为磁悬浮发电机。

所述第一循环管道、第三循环管道和送气管道上均设置有电磁开关阀、电磁调压阀、电磁单向阀，各电磁阀的控制端均通过导线与控制模块相连。

所述热水袋上还设置有加水阀门，所述热水袋的热水输出口上还设置有热水阀门。

所述二氧化碳贮能罐上还设置有气压安全阀、气压表、温度传感器，在二氧化碳贮能罐内存储有二氧化碳工质气体。

所述二氧化碳贮气罐上设置有充二氧化碳制冷剂孔和气压表，在二氧化碳贮气罐内存储有二氧化碳制冷剂。

所述聚光透镜具体为椭圆箱体结构，所述聚光透镜具体通过胶水封装在太阳能板周围的表面；

所述聚光透镜具体为菲涅尔聚光透镜。

所述太阳能板的背面还设置有太阳追踪器，所述太阳追踪器的控制端通过导线与控制模块相连。

所述控制模块的电源输入端还连接有蓄电池。

本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型针对目前清洁能源发电存在的缺陷，提供一种综合利用太阳能、二氧化碳热泵热水器做功为一体的发电装置，具体采用太阳能板上设置的透镜收集光和热能给热水袋里的水或冷冻液加热，结合二氧化碳热泵热水器保温水箱里的水或冷冻液温度互补提高下，使二氧化碳热泵热水器里的保温水箱所设置的二氧化碳换热器里的二氧化碳工质液气体全部气化，再在设置的加热器加热下使二氧化碳工质气体成为超临界工质气体膨胀作功，去推动小型涡轮机链接的磁悬浮发电机发电，再叠加太阳能板的发电，从而实现高效发电，并将产生的剩余电能存储于蓄电池中，整个装置结构简单，封装体积小，可以将其安装应用在家庭、学校和边远山区，而且还可作为纯电动汽车的发电和充电装置，使用方便。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的电路结构示意图；

图中：1为发电模块、2为控制模块、3为太阳能板、4为热水袋、5为保温水箱、6为冷凝器、7为二氧化碳贮气罐、8为二氧化碳贮能罐、9为二氧化碳换热器、10为涡轮机、11为蒸发吸热器、12为第一压缩机、13为第二压缩机、14为加热器、20为聚光透镜、21为风扇、30为太阳追踪器、40为蓄电池；

101为第一循环管道、102为第二循环管道、103为第三循环管道。

具体实施方式

本实用新型主要提供一种基于清洁能源利用的组合发电装置，通过在CO2工质的二氧化碳热泵热水器里设置二氧化碳换热器，结合在太阳能板背面黏贴热水袋，采用菲涅尔聚光太阳能聚光热，在32℃就能使CO2工质完全气化，使CO2工质气体成为超临界CO2工质气体，推动预设的涡轮机，再由涡轮机带动磁悬浮发电机发电，利用超临界CO2工质气体做功使磁悬浮发电机发电效率成倍的增长。

如图1所示，本实用新型首先对太阳能板3的结构进行改造，具体将太阳能板光伏面上放置在椭圆箱体流线形式塑料PMMA菲涅尔聚光透镜上，并用耐高温胶水沿太阳能板的边缘黏贴封闭，随即椭圆箱体流线形式塑料PMMA菲涅尔聚光透镜和太阳能板组合成为高效的光伏发电板，其中塑料PMMA菲涅尔聚光透镜的焦距设计尺寸需要与太阳能板尺寸相适应匹配，再在太阳能板背面使用耐高温胶水黏贴太阳能热水袋，由此组合成太阳能板热水器；其中太阳能板热水器端的第一循环管道101上设置有用于开关水循环的电磁开关阀，实际使用时还可另外设置出一段注水管道，通过在管道上设置进水阀开关，控制冷水注入。

如图1所示，本实用新型其次在二氧化碳热泵热水器中还设置有第三循环管道103，该条管道上设置有二氧化碳贮能罐、二氧化碳工质气体、小型涡轮机、散热冷凝器、第二压缩机等部件，并与保温水箱里的二氧化碳换热器直接连通，其中二氧化碳贮气罐7、二氧化碳换热器9通过单向阀连通，在二氧化碳贮能罐8上还设置有电磁调压阀、气压传感器、温度传感器、气压安全阀和加热器14，在冷凝器6的外部设置有散热风扇21，其中蒸发吸热器11外侧背面设置的冷凝器6为背靠背连接，两者之间不连通，在第二压缩机13上设置有单向阀，在二氧化碳贮气罐7上还设置有气压表、二氧化碳制冷剂孔以及单向阀。

如图1所示，本实用新型在二氧化碳热泵热水器中还设置有第二循环管道102，该条管道上设置有第一压缩机12、蒸发吸热器11，并在设置在保温水箱5内部的一段管道上设置有热交换冷凝器，其中第一循环管道101和第二循环管道102互不连通，虽然两者都经过保温水箱5，但第一循环管道101里的水或冷冻液保温都是直接注入保温水箱5，而第二循环管道102里是二氧化碳工质气体经过保温水箱5中冷凝器进行热交换后向保温水箱5里的水或冷冻液传热，两者进行热交换并且热量互补使保温水箱5内部的水或冷冻液热量和温度提高。

如图2所示，本实用新型设置控制模块2的控制电路结构为，控制模块2的三项交流电端口连接发电模块1，控制器模块2的两相交流电端口分别连接太阳追踪器30、第一压缩机12、第二压缩机13、加热器14、风扇21，控制模块2的两相直流电端口分别连接太阳能板3、电磁调压阀、电磁开关阀、蓄电池40，控制模块2的两相信号控制端口分别连接气压表和温度传感器。

进一步的，本实用新型在使用时，首先采用菲尼尔透镜20聚光收集太阳光和热能，用于增加设置的太阳能板的发电效率，同时传递给太阳能板3背面设置的热水袋4吸热加温，再传给在二氧化碳热泵热水器保温水箱5里的水或冷冻液热量和温度，具体的是将太阳能板改造成高效太阳能发电板和太阳能板热水器。

本实用新型另外在二氧化碳热泵热水器的保温水箱5里设置二氧化碳换热器9，太阳能板热水器里的水或冷冻液和保温水箱5里的水或冷冻液是相通的，使两个热水器里的水或冷冻液的温度可以互补提高，从而使保温水箱5里的二氧化碳换热器9温度提高，进而使二氧化碳做工质的液气体温度提高。

进一步的，本实用新型的加热做功过程为：首先二氧化碳热泵热水器经过蒸发吸热器11将外部的空气能热量搬运给CO₂液气体经过第一压缩机12升温升压后，利用保温水箱5里设置的热交换器冷凝器交换热量给保温水箱5里的水或冷冻液输入热量加温，然后再经过蒸发吸热器11将外部的空气能热量搬运给CO₂液气体经过第一压缩机12升温升压后，循环往复的不断给保温水箱里的热交换器冷凝器交换热量，持续给保温水箱里的水或冷冻液输入热量加温，通过不断的CO₂工质等压压缩机升压加热，使水或冷冻液温度不断的提高；

同时，再通过太阳光照射的非尼尔透镜20聚光使太阳能热水袋热水器和二氧化碳热泵热水器温度互补，提高水或冷冻液的热量温度，经预装保温水箱5里的二氧化碳换热器9交换热量给二氧化碳工质，从而使保温水箱5里CO₂工质换热器里的二氧化碳工质温度提高，进一步的使CO₂工质液气体达到32℃以上，使CO₂工质液气体全部气化成为超临界CO₂工质气体，再在加热器14的加热下使CO₂工质气体在高温高压高效膨胀，去推动涡轮机10，进而使涡轮机10连接的磁悬浮发电机发电，最后将作功后的工质乏气回收进入散热冷凝器6内冷却，恢复到初始状态，再进入第二压缩机13形成闭环，压缩进入第二个热力循环周期，整个循环过程都是由工质CO₂来完成，配合太阳光照射的非尼尔透镜聚光太阳能板的高效发电，不仅能使清洁能源利用的组合发电装置发电效率增加，而且还能额外提供家庭用热水。

本实用新型使用的磁悬浮发电机工作原理是：采用磁悬浮技术理论、将电机线圈悬浮于一定的空间，在没有任何机械摩擦阻力以及在CO₂工质气体作用下，使电机转动并切割磁力线发出交流电，微气体起动、高效发电、运行平稳、使用安全。

为提高控制与监控效果，本实用新型还可以在二氧化碳贮能罐8上设置有电磁调压阀、气压安全阀和气压表及温度传感器，其中电磁调压阀用于判断二氧化碳贮能罐8内部的气压及温度，当气压过大到N个大气压，或温度超过N度时电磁调压阀就自行关小，使二氧化碳贮能罐8里的二氧化碳的气压和温度降下来，如果二氧化碳贮能罐8里的二氧化碳气压过低到3个大气压或温度低于32度时，电磁调压阀就自行开大，从而提升二氧化碳贮能罐8里的二氧化碳的气压和温度，上述控制过程都由控制模块2统一监测和控制实现，其中气压安全阀的安全气压一般定在N个大气压作为安全气压。

本实用新型在阴天、下雨或晚上使用时，可以把太阳能热水器的电磁开关阀自动关掉，以利保持二氧化碳热泵热水器单独运转起到保温或保持升温，从而不影响二氧化碳气体成为超临界二氧化碳气体，然后推动涡轮机链接的磁悬浮发电机持续发电，这里都由控制模块2来自动协调控制电磁开关阀。

本实用新型使用的二氧化碳热泵热水器即采用二氧化碳作为制冷剂的热泵热水器系统，同样在改装的二氧化碳换热器也使用二氧化碳作为制冷剂。

关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种基于清洁能源利用的组合发电装置，包括太阳能收集模块、二氧化碳做功模块、发电模块（1）和控制模块（2），其特征在于：所述太阳能收集模块包括太阳能板（3），所述太阳能板（3）的受光面设置有聚光透镜（20），所述太阳能板（3）的背面通过胶水粘接有热水袋（4），所述热水袋（4）的两端分别开有热水输出口以及冷水输入口；

所述二氧化碳做功模块包括保温水箱（5）、蒸发吸热器（11）、二氧化碳贮气罐（7）和二氧化碳贮能罐（8），所述保温水箱（5）的内部设置有栅格状的二氧化碳换热器（9）；

所述保温水箱（5）的第一循环端通过第一循环管道（101）分别与热水袋（4）的热水输出口以及冷水输入口相连；

所述发电模块（1）的驱动端设置有涡轮机（10）；

所述蒸发吸热器（11）具体为栅格状，在蒸发吸热器（11）上还设置有冷凝器（6），所述冷凝器（6）的一端还设置有风扇（21）；

所述保温水箱（5）的第二循环端通过第二循环管道（102）分别与蒸发吸热器（11）的两端相连，在第二循环管道（102）上还设置有第一压缩机（12），安装在保温水箱（5）内部的第二循环管道（102）上还设置有热交换冷凝器；

所述保温水箱（5）的第三循环端通过第三循环管道（103）依次连接二氧化碳贮能罐（8）、涡轮机（10）、冷凝器（6）、第二压缩机（13）、二氧化碳换热器（9）后形成循环闭环；

所述二氧化碳贮气罐（7）还通过送气管道与二氧化碳换热器（9）相连；

所述二氧化碳贮能罐（8）的外侧还设置有加热器（14）；

所述控制模块（2）通过导线分别与发电模块（1）、太阳能板（3）、第一压缩机（12）、第二压缩机（13）、加热器（14）、风扇（21）相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于清洁能源利用的组合发电装置，其特征在于：所述发电模块（1）具体为磁悬浮发电机。

3.根据权利要求2所述的一种基于清洁能源利用的组合发电装置，其特征在于：所述第一循环管道（101）、第三循环管道（103）和送气管道上均设置有电磁开关阀、电磁调压阀、电磁单向阀，各电磁阀的控制端均通过导线与控制模块（2）相连。

4.根据权利要求3所述的一种基于清洁能源利用的组合发电装置，其特征在于：所述热水袋（4）上还设置有加水阀门，所述热水袋（4）的热水输出口上还设置有热水阀门。

5.根据权利要求4所述的一种基于清洁能源利用的组合发电装置，其特征在于：所述二氧化碳贮能罐（8）上还设置有气压安全阀、气压表、温度传感器，在二氧化碳贮能罐（8）内存储有二氧化碳工质气体。

6.根据权利要求5所述的一种基于清洁能源利用的组合发电装置，其特征在于：所述二氧化碳贮气罐（7）上设置有充二氧化碳制冷剂孔和气压表，在二氧化碳贮气罐（7）内存储有二氧化碳制冷剂。

7.根据权利要求1所述的一种基于清洁能源利用的组合发电装置，其特征在于：所述聚光透镜（20）具体为椭圆箱体结构，所述聚光透镜（20）具体通过胶水封装在太阳能板（3）周围的表面；

所述聚光透镜（20）具体为菲涅尔聚光透镜。

8.根据权利要求1所述的一种基于清洁能源利用的组合发电装置，其特征在于：所述太阳能板（3）的背面还设置有太阳追踪器（30），所述太阳追踪器（30）的控制端通过导线与控制模块（2）相连。

9.根据权利要求1所述的一种基于清洁能源利用的组合发电装置，其特征在于：所述控制模块（2）的电源输入端还连接有蓄电池（40）。

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