CN218850652U - 一种新型集热温差能转换系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型集热温差能转换系统，包括光伏光热集成单元以及温差发电单元，所述光伏光热集成单元包括太阳能光伏面板以及集热器；集热器两端分别设置有热水出水管和进水管；所述温差发电单元包括有机朗肯循环组件，有机朗肯循环组件包括蒸发器以及冷凝器，所述蒸发器内设有热源水箱，冷凝器内设有冷源水箱，所述热源水箱两端通过连接管与集热器两端连通；冷源水箱两端分别与城市自然水管和进水管相连通，所述冷源水箱两端还联通有外界冷源组件。本实用新型将太阳能集热技术与温差能发电技术相结合，利用太阳能产热结合温差发电技术将热能转化成电能，并又将自然水以及外界冷源分别利用作为冷却介质，大大提高了本系统能量转换效率。

Description

一种新型集热温差能转换系统

技术领域

本实用新型属于换能技术领域，涉及温差能转换系统，尤其是一种新型集热温差能转换系统。

背景技术

温差热发电作为一种利用工业余热、废热、太阳能、地热能、海洋能等能源，通过循环工质驱动透平发电的技术，兼有不消耗煤炭、燃油等紧缺能源，低排放，节能环保等一系列优点；现有技术中的温差发电机发电方法应用场合有限，需要外界不断持续补充冷的流动介质，在不能接受到外界补充的冷的流动介质的场合，即无外界冷源的场合则无法适用。例如在某些温差发电机需要移动的场合，温差发电机无法通过管道与自来水或井水相通，且热源必须单独供给使用，使得温差发电机效率降低或者无法正常运行；因此急需一种可以利用外界冷源以及太阳能，且还能连通自来水，适用于单独建筑物使用、能量转换效率高的温差换热系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种新型集热温差能转换系统，该系统将太阳能集热技术与温差能发电技术相结合，利用太阳能产热再利用温差发电技术将热能转化成电能，并且又将自然水以及外界冷源分别利用作为冷却介质，不妨碍用户使用水的同时，还可以实现发电的目的；且循环发电使用时还能将富余的热能进行室内供暖使用。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种新型集热温差能转换系统，包括光伏光热集成单元以及温差发电单元，所述温差发电单元的电能输出端通过无线模块与云端能源配置端相连；所述光伏光热集成单元包括太阳能光伏面板以及集热器；其中集热器两端包括进水端和出水端，所述进水端通过进水管与城市自然水管相连通，所述出水端通过热水出水管与热水用户端相连通；所述温差发电单元包括发电机以及有机朗肯循环组件，所述有机朗肯循环组件与发电机相连，通过发电机输出电能，所述有机朗肯循环组件包括蒸发器以及冷凝器，所述蒸发器内设置有为蒸发器提供热源的热源水箱，所述冷凝器内设置有为冷凝器提供冷源的冷源水箱，所述热源水箱两端分别设置有热源进水管和热源出水管，所述热源进水管与集热器一端的热水出水管连通，热源出水管与集热器另一端的进水管连通，且热源进水管上还设置有热水泵；所述冷源水箱两端分别与自然水管和进水管相连通，所述冷凝器的冷源通过城市自然水管内的自然水给予，所述冷源水箱两端还连通有外界冷源组件，为冷源水箱提供另一个冷源。

而且，所述自然水管、进水管以及热水出水管上均设置有电磁阀开关。

而且，所述外界冷源组件包括自然水管支管，所述自然水管支管设置在建筑物的北侧墙体处，所述自然水管支管两端分别为进水口管和冷水回水管，所述进水口管通过三通管与集热器一端的进水管相连通，所述冷水回水管也通过三通管与自来水管相连通，且所述进水口管上设置有冷水泵，冷水回水管上设置有电磁阀开关，打开电磁阀开关，启动冷水泵，实现冷原液循环。

而且，所述有机朗肯循环组件还包括涡轮机、工作流体泵以及工质流体循环管道，其中，涡轮机、蒸发器、工作流体泵、冷凝器依次通过所述工质流体循环管道相连，构成封闭的工质流体的循环通道。

而且，所述工质流体为循环工质，该循环工质为正十一烷。

而且，所述涡轮机与冷凝器之间的工质流体循环管道处还通过连接管与散热器相连通。

而且，所述太阳能光伏面板的电能输出端分别与温差发电单元的热水泵、冷水泵、工作流体泵、涡轮机以及电磁阀开关相连，为其提供电能，使的温差发电单元形成一个完整的独立的发电系统。

本实用新型的优点和积极效果是：

将太阳能集热技术与温差能发电技术相结合，利用太阳能产热再利用温差发电技术将热能转化成电能，并且又将自然水以及外界冷源分别利用作为冷却介质，不妨碍用户使用水的同时，还可以实现发电的目的；且循环发电使用时还能将富于的热能进行室内供暖使用。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型使用热水工作状态图；

图3为本实用新型未使用热水工作状态图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种新型集热温差能转换系统，包括光伏光热集成单元1以及温差发电单元，所述温差发电单元的电能输出端通过无线模块与云端能源配置端相连，为用户提供主要电能来源；所述光伏光热集成单元包括太阳能光伏面板1-1以及集热器1-2；所述集热器采用真空集热器，其中集热器两端包括进水端和出水端，所述进水端通过进水管1-4与城市自然水管6相连通，所述出水端通过热水出水管1-3与热水用户端相连通；其中，所述城市自然水管、进水管以及热水出水管上分别设置有电磁阀A6-1、电磁阀B1-6和热水输出阀1-5；

所述温差发电单元包括发电机5以及有机朗肯循环组件，所述有机朗肯循环组件与发电机相连，通过发电机输出电能，所述有机朗肯循环组件包括蒸发器2以及冷凝器7，所述蒸发器内设置有为蒸发器提供热源的热源水箱，所述冷凝器内设置有为冷凝器提供冷源的冷源水箱，所述热源水箱两端分别设置有热源进水管2-2和热源出水管2-3，所述热源进水管与集热器一端的热水出水管连通，热源出水管与集热器另一端的进水管连通，且热源进水管上还设置有热水泵2-1；所述冷源水箱两端分别与自然水管和进水管相连通，所述冷凝器的冷源通过城市自然水管内的自来水给予，所述冷源水箱两端还连通有外界冷源组件，为冷源水箱提供另一个冷源；

所述外界冷源组件包括自然水管支管，所述自然水管支管设置在建筑物的北侧墙体9-3处，由于建筑物的北侧墙体常年没有日照，因此相对于建筑物的南侧墙体以及屋顶的温度较低，使得置于建筑物的北侧墙体处的自然水管支管内的水吸收外界温度达到制冷效果，从而保证进入冷源水箱的水为冷却水，所述自然水管支管两端分别为进水口管9-5和冷水回水管9-1，所述进水口管通过三通管与集热器一端的进水管相连通，所述冷水回水管也通过三通管与自来水管相连通，且所述进水口管上设置有冷水泵9-4，冷水回水管上设置有电磁阀C9-2，打开电磁阀C、启动冷水泵，可实现一个循环冷源；

所述有机朗肯循环组件还包括涡轮机4、工作流体泵11以及工质流体循环管道3，其中，涡轮机、蒸发器、工作流体泵、冷凝器依次通过所述工质流体循环管道相连，构成封闭的工质流体的循环通道；

所述工作流体泵用于对所述工质流体加压，使工质流体进入蒸发器内，通过热源水箱产生的热源加热蒸发器内的工质流体并使其蒸发，蒸发后的工质流体在涡轮机内绝热膨胀，推动涡轮机的叶片转动而达到发电的目的，发电后的工质流体被导入冷凝器，并将其热量传给低温热源(冷源水箱产生的冷源)，因而冷却并再恢复成液态，然后经工作流体泵送入蒸发器，形成一个封闭内循环；

所述工质流体为循环工质，在本实用新型具体实施中，所述循环工质为正十一烷，该正十一烷比传统使用的循环工质发电效率更高；

进一步，为了使得热能可以充分使用，在所述涡轮机与冷凝器之间的工质流体循环管道处还通过连接管与用户端散热器10相连通；

上述温差发电单元所包括的涡轮机、工作流体泵、冷水泵、热水泵以及电磁阀开关均通过线路与光伏光热集成单元的太阳能光伏面板的电能输出端相连，所述光伏光热集成单元的太阳能光伏面板为上述元件提供电能；使的温差发电单元形成一个完整的独立的发电系统；

本系统工作原理及循环工质说明：

工作原理：

正十一烷温差能热电转换主要依靠热力循环系统完成，包括外循环系统和内循环系统；其中，本系统采用的是混合式有机朗肯循环；

内循环：太阳能集热器送来的热水在蒸发器中加热正十一烷工质使之气化以驱动汽轮机转动发电，工质蒸汽在通过冷凝器时液化，液态工质通过工质泵送往蒸发器；

外循环：送往集热器的冷水(自来水)兼做冷却水，在使工质降温冷凝的同时给冷水预热，以提高热效率；再送往集热器加热至85-95℃，然后在蒸发器中使循环工质气化，蒸发器排水的温度肯定大于正十一烷沸点(176℃)，该热水将存入储水箱，供居民生活使用。

本实用新型创新点：

1、循环工质的选择：动力循环工质的选择需要考虑到工质的安全性(包括毒性、易燃易爆性、腐蚀性等)、环保性、稳定性(根据热源温度等条件来选择合适的工质)、工质的临界参数、市场价格等。有机循环工质可以反复循环使用，综合考虑认为正十一烷能获得较高的热效率，且凝结压力与蒸发压力都较为合适

2、封闭式循环系统：封闭式循环系统系利用低沸点的正十一烷工作流体作为工质；其主要组件包括蒸发器、冷凝器、涡轮机、工作流体泵以及发电机，因为工作流体系在封闭系统中循环，故称为封闭式循环系统；

3、光伏光热集成单元：

光伏光热集成单元主要由光伏与光热两个部分组成，光伏部分采用技术成熟的太阳能光伏面板，通过控制系统为本系统的各类泵、阀元件提供电能，主要包括光伏电池、蓄电池、逆变器和控制器等构件；光热部分主要为集热器，将太阳能转换为热能，同时使用热循环机制，冷却太阳电池，提高光电转换效率，更高效地利用太阳能，利用本系统可以降低安装和能源成本，并降低电网的峰值能源需求，且有助于成本节约，从而提高能量的利用效率；

本实用新型可以作为摩天大楼、大型商业综合体、CBD等高层建筑的有效能源；本实用新型还有相当好的拓展性，现实中的太阳能、光伏发电和温水热量是广泛存在的，本实用新型将太阳能和光伏发电集成技术与温差发电技术相结合，利用太阳能产热和温差发电技术将热能转化成电能再集成光伏发电产电，并为整个建筑独立供电，形成一种节能、环保、安全可靠的新能源，以缓解当前电力资源短缺的压力；应用本实用新型的基本原理和技术对这些能量进行二次利用，节约相当可观的能源，为节能减排做出贡献；

本系统具有节能、环保、成本较低、工作稳定和应用场景丰富等特点，拥有良好的应用前景；

本系统将太阳能集热技术与温差能发电技术相结合，利用太阳能产热再利用温差发电技术将热能转化成电能，并且又将自然水以及外界冷源分别利用作为冷却介质，不妨碍用户使用水的同时还可以实现发电的目的；且循环发电使用时还能将富余的热能进行室内供暖使用。

本实用新型具体工作情况分析如下：

当用户使用热水时，热水输出阀打开，电磁阀A和B开启，电磁阀C关闭，自来水直接流经冷凝器水箱到集热器，起到预热的作用；具体见图2；

当用户停止使用热水时，热水输出阀关闭，冷水泵启动，电磁阀C开启，电磁阀A和B关闭，由大面积冷源使气态工质在冷凝器里冷凝，保证持续发电。热水泵B和工质泵C是在白天持续工作的，晚上不工作，以节省电力；具体见图3。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种新型集热温差能转换系统，其特征在于：包括光伏光热集成单元以及温差发电单元，所述温差发电单元的电能输出端通过无线模块与云端能源配置端相连；所述光伏光热集成单元包括太阳能光伏面板以及集热器；其中集热器两端包括进水端和出水端，所述进水端通过进水管与城市自然水管相连通，所述出水端通过热水出水管与热水用户端相连通；所述温差发电单元包括发电机以及有机朗肯循环组件，所述有机朗肯循环组件与发电机相连，通过发电机输出电能，所述有机朗肯循环组件包括蒸发器以及冷凝器，所述蒸发器内设置有为蒸发器提供热源的热源水箱，所述冷凝器内设置有为冷凝器提供冷源的冷源水箱，所述热源水箱两端分别设置有热源进水管和热源出水管，所述热源进水管与集热器一端的热水出水管连通，热源出水管与集热器另一端的进水管连通，且热源进水管上还设置有热水泵；所述冷源水箱两端分别与自然水管和进水管相连通，所述冷凝器的冷源通过城市自然水管内的自然水给予，所述冷源水箱两端还连通有外界冷源组件，为冷源水箱提供另一个冷源。

2.根据权利要求1所述的新型集热温差能转换系统，其特征在于：所述自然水管、进水管以及热水出水管上均设置有电磁阀开关。

3.根据权利要求1所述的新型集热温差能转换系统，其特征在于：所述外界冷源组件包括自然水管支管，所述自然水管支管设置在建筑物的北侧墙体处，所述自然水管支管两端分别为进水口管和冷水回水管，所述进水口管通过三通管与集热器一端的进水管相连通，所述冷水回水管也通过三通管与自来水管相连通，且所述进水口管上设置有冷水泵，冷水回水管上设置有电磁阀开关，打开电磁阀开关，启动冷水泵，实现冷原液循环。

4.根据权利要求1所述的新型集热温差能转换系统，其特征在于：所述有机朗肯循环组件还包括涡轮机、工作流体泵以及工质流体循环管道，其中，涡轮机、蒸发器、工作流体泵、冷凝器依次通过所述工质流体循环管道相连，构成封闭的工质流体的循环通道。

5.根据权利要求4所述的新型集热温差能转换系统，其特征在于：所述工质流体为循环工质，该循环工质为正十一烷。

6.根据权利要求4所述的新型集热温差能转换系统，其特征在于：所述涡轮机与冷凝器之间的工质流体循环管道处还通过连接管与散热器相连通。

7.根据权利要求1所述的新型集热温差能转换系统，其特征在于：所述太阳能光伏面板的电能输出端分别与温差发电单元的热水泵、冷水泵、工作流体泵、涡轮机以及电磁阀开关相连，为其提供电能，使的温差发电单元形成一个完整的独立的发电系统。

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