專利名稱：熱管式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國(guó)地域遼闊，人口眾多，能源短缺，開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能對(duì)國(guó)計(jì)民生具有重大意義。 熱管由于本身具有的眾多特點(diǎn)，使其在太陽(yáng)能的利用中具有極為廣泛的應(yīng)用前景。熱管依 靠自身內(nèi)部工作液體相變實(shí)現(xiàn)傳熱，有以下基本特性(1)很高的導(dǎo)熱性熱管內(nèi)部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻很小，與銀、 銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個(gè)量級(jí)的熱量[1]。(2)優(yōu)良的等溫性熱管內(nèi)腔的蒸汽處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽由蒸發(fā)段流向冷凝段 的壓力差很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。(3)熱二極管與熱開(kāi)關(guān)性能熱管可做成熱二極管或熱開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)熱流的單向傳遞， 因此，由輻照強(qiáng)度或者環(huán)境因素等導(dǎo)致熱管加熱段溫度低于冷凝端溫度時(shí)，熱量也不會(huì)散 失到環(huán)境中去。熱管作為高效傳熱元件，已經(jīng)在太陽(yáng)能高溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。1996年歐 盟啟動(dòng)了 DISS(Direct Solar Steam)項(xiàng)目，研制用于槽式太陽(yáng)能電站的直接產(chǎn)蒸汽系統(tǒng) (DirectSteam Generation, DSG)。DSG系統(tǒng)省去了導(dǎo)熱油回路，預(yù)計(jì)可使槽式太陽(yáng)能電站 成本降低26% [2]。直接用水作工質(zhì)產(chǎn)生蒸汽的DSG技術(shù)是槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電未來(lái)發(fā)展的 一個(gè)方向，具有效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但也存在因系統(tǒng)承壓帶來(lái)的不穩(wěn)定等問(wèn)題。在DSG 技術(shù)中采用熱管集熱器可有效地解決系統(tǒng)的承壓?jiǎn)栴}。采用熱管式真空集熱管的DSG系統(tǒng) 承壓?jiǎn)栴}只局限于熱管式真空集熱管的冷凝段。而冷凝段與夾套管間為焊接結(jié)構(gòu)，密封可 靠，整體支撐、固定也相對(duì)容易。即使其中一支熱管的冷凝段損壞，承壓系統(tǒng)仍處于密封狀 態(tài)，不會(huì)發(fā)生安全事故[3]。熱管除了應(yīng)用于槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)外，也已應(yīng)用于碟式系 統(tǒng)。采用熱管式太陽(yáng)能接收器的碟式太陽(yáng)能-斯特林機(jī)熱發(fā)電系統(tǒng)(Dish-Stirling)可克 服太陽(yáng)能接收器由于熱應(yīng)力導(dǎo)致壽命短的問(wèn)題。鈉熱管接收器通過(guò)工質(zhì)的汽化熱量供給斯 特林發(fā)電機(jī)的加熱管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便宜且容易裝配。第二代鈉熱管接收器由兩個(gè)同心圓柱體 構(gòu)成，圓柱體的兩端被兩個(gè)圓環(huán)密封，外圓柱體刻有溝槽，槽中埋有斯特林換熱器，內(nèi)圓柱 體為吸熱面。盡管熱管應(yīng)用于高溫太陽(yáng)能熱發(fā)電具有良好的前景，且高溫?zé)峁艿难芯恳矟u漸深 入，但目前熱管與太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電相結(jié)合的技術(shù)尚未有相關(guān)報(bào)道，也未發(fā)現(xiàn)相關(guān)專利。高溫太陽(yáng)能熱發(fā)電必須采用大面積、高聚焦比、復(fù)雜跟蹤的聚焦集熱方式，導(dǎo)致 整個(gè)系統(tǒng)的控制繁瑣、規(guī)模龐大、安裝和運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。而太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電可克服上述 缺點(diǎn)。太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電的可行性之一在于以有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)代替了傳統(tǒng)的水蒸氣朗 肯循環(huán)。有機(jī)工質(zhì)由于其低沸點(diǎn)特性，在低溫條件下可以獲得較高的蒸汽壓力，推動(dòng)渦 輪機(jī)做功，適合于低溫?zé)嵩醋龉Πl(fā)電。與水蒸汽工質(zhì)朗肯循環(huán)相比，有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)(OrganicRankine Cycle,0RC)的主要優(yōu)點(diǎn)在于它具有中低溫度運(yùn)行的良好性能。ORC適合 小規(guī)模發(fā)電站，在較低的環(huán)境溫度下效率比水蒸氣發(fā)電效率高，冬季夜里能夠防凍，且系統(tǒng) 內(nèi)部壓力易保持在大氣壓力之上，且適合半自動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行[4]。Gaia M通過(guò)實(shí)驗(yàn)指出ORC 循環(huán)可以有效地利用溫度在100°C附近的地?zé)豳Y源發(fā)電，渦輪式發(fā)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，基本無(wú)需 額外的人力投入[5]. G. H. Martinus等對(duì)目前實(shí)際運(yùn)行的ORC地?zé)犭姀S進(jìn)行分析，指出選擇 合適的循環(huán)工質(zhì)可以獲得最大的發(fā)電效率[6]。Enrico Barbier指出ORC循環(huán)是將低溫地 熱源轉(zhuǎn)換為電能最為經(jīng)濟(jì)且可靠的方式[7]。Takahisa Yamanoto等對(duì)ORC系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè) 計(jì)和測(cè)試，認(rèn)為ORC能夠應(yīng)用于低品味熱源且R123可以有效地提高ORC系統(tǒng)性能[8]。由于ORC循環(huán)要求的熱源溫度較低，100°C左右的熱源就可以維持ORC循環(huán)的正 常運(yùn)行。因此選用低倍率的太陽(yáng)聚焦集熱器就可以得到合適的熱源溫度。低聚光比復(fù)合 拋物面集熱器(Compound Parabolic Concentrator, CPC)無(wú)須自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)軌跡，可以模 塊化安裝，易于使用維護(hù)，在太陽(yáng)能中低溫聚焦領(lǐng)域具有極大的實(shí)用性和運(yùn)用潛力[9，10]。 Rabl在對(duì)幾種CPC集熱器評(píng)估中，指出帶有平板或圓柱吸收體的非真空固定CPC集熱器經(jīng) 濟(jì)性能良好；三年多的研究及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表明，在100-160°C的溫度范圍內(nèi)，非真空CPC集 熱器仍舊擁有很好的熱效率，而每年只需對(duì)集熱器傾斜角調(diào)整12-20次[11]。T. S. Saitoch 等通過(guò)實(shí)驗(yàn)把雙層玻璃蓋板的CPC與傳統(tǒng)平板集熱器，真空管集熱器進(jìn)行比較，指出CPC 集熱器的高溫(120°C以上)熱性能極佳，與真空管集熱器相比更適合太陽(yáng)能熱發(fā)電工程 [12]。T. S. Saitoch還介紹了一種新型的無(wú)跟蹤三維的CPC太陽(yáng)能集熱器(3-D CPC)，在 180-200°C的高運(yùn)行溫度范圍內(nèi)集熱效率大約為60%，運(yùn)用于小規(guī)模太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)非 常可行[13]。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)承壓能力差的問(wèn)題，解決太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng) 集熱器與ORC循環(huán)之間需要二次換熱介質(zhì)(如導(dǎo)熱油)與換熱設(shè)備的問(wèn)題，降低集熱器工 作溫度與有機(jī)工質(zhì)循環(huán)溫度兩者溫差，本實(shí)用新型提出了熱管式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫 熱發(fā)電系統(tǒng)。熱管吸熱段吸收太陽(yáng)能輻照，受熱的工作液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小壓差下流 向熱管冷凝段并放出熱量，ORC有機(jī)工質(zhì)流經(jīng)熱管冷凝段直接吸熱膨脹。整個(gè)換熱過(guò)程高 效可靠。具體的技術(shù)解決方案如下熱管式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)包括有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、蓄熱系 統(tǒng)、熱管集熱器系統(tǒng)3 ；有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括工質(zhì)蒸發(fā)套管12、汽輪機(jī)13、發(fā)電機(jī)14、 回?zé)崞?5、冷凝器16、回?zé)崞鞅?11、儲(chǔ)液罐泵112和六只閥門；其中汽輪機(jī)13的輸出端連 接著發(fā)電機(jī)14，汽輪機(jī)13的排氣口連通著回?zé)崞?5，回?zé)崞?5另一端口連通著連冷凝器 16，回?zé)崞?5通過(guò)閥門C173與閥門F176連通著儲(chǔ)液罐21 ；儲(chǔ)液罐21通過(guò)閥門A171連通 著汽輪機(jī)13的進(jìn)氣口，儲(chǔ)液罐21的另一端口連通著儲(chǔ)液罐泵112，儲(chǔ)液罐泵112的出口通 過(guò)閥門B172連接著閥門C173的出口 ；所述蓄熱系統(tǒng)包括儲(chǔ)液罐21、盤管22和相變材料23 ； 盤管22均布于儲(chǔ)液罐21內(nèi)，盤管22內(nèi)填充有相變材料23 ；所述熱管集熱器系統(tǒng)3由三個(gè)以上的熱管集熱器模塊組成，每個(gè)熱管集熱器模塊 包括熱管31、肋片32、選擇性吸收涂層33、雙層玻璃真空管34及復(fù)合拋物面反射鏡35，熱管31的冷凝段嵌置于工質(zhì)蒸發(fā)套管12中，工質(zhì)蒸發(fā)套管12內(nèi)設(shè)有有機(jī)工質(zhì)；熱管31的蒸 發(fā)段位于復(fù)合拋物面反射鏡35內(nèi)底部；三個(gè)以上的工質(zhì)蒸發(fā)套管12串聯(lián)，其中第一個(gè)工質(zhì)蒸發(fā)套管12通過(guò)閥門E175連 通著儲(chǔ)液罐泵112，第三個(gè)工質(zhì)蒸發(fā)套管12通過(guò)閥門D174和閥門C173連通著回?zé)崞?5 ；冷凝器16工質(zhì)出口端連通著回?zé)崞鞅?11，回?zé)崞鞅?11的另一端口連通著回?zé)?器15。所述熱管31的冷凝段與工質(zhì)蒸發(fā)套管12之間為焊接密封。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益技術(shù)效果1、本實(shí)用新型將熱管、CPC反射鏡及ORC三者相結(jié)合，可以形成基于ORC循環(huán)的熱 管式太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)低聚焦比復(fù)合拋物面反射鏡把太陽(yáng)輻照反射并會(huì) 聚到選擇性吸收涂層表面，涂層將光能轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給熱管，有機(jī)工質(zhì)流經(jīng)熱管冷凝段 將熱量帶走并蒸發(fā)，高壓的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功，輸出電能。這種系統(tǒng)熱效率高，承壓能力 強(qiáng)，與以往的太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)相比，創(chuàng)新性地利用了熱管的相變換熱原理，減少了導(dǎo) 熱油回路，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)工質(zhì)與集熱器的高效換熱。2、熱管內(nèi)部主要靠工作液體的汽液相變傳熱，熱阻很小，具有很高的導(dǎo)熱能力。與 銅、鋁、鐵等傳統(tǒng)CPC集熱器吸熱體工作原理相比，太陽(yáng)能輻照熱量先是通過(guò)熱管管壁傳遞 到蒸發(fā)段液-汽分界面，液體在液-汽分界面蒸發(fā)，蒸汽在微小壓差下流到熱管冷凝段并在 冷凝段汽-液分界面上凝結(jié)，凝結(jié)放出的熱量通過(guò)熱管冷凝段管壁傳遞給有機(jī)工質(zhì)，冷凝 的工作液體在毛細(xì)作用或重力作用下回流到熱管蒸發(fā)段，如此循環(huán)不已。熱管獨(dú)特的工作 原理使得其單位重量傳遞的熱量比銅、鋁、鐵等金屬高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)[14]。3、影響太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)熱電轉(zhuǎn)換效率十分關(guān)鍵的因素為ORC循環(huán)的蒸發(fā) 溫度，而ORC蒸發(fā)溫度不僅取決于集熱溫度，還取決于兩者之間的換熱溫差。在以往太陽(yáng)能 低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)中，二次換熱介質(zhì)(如導(dǎo)熱油)及換熱設(shè)備不僅是系統(tǒng)必需的能量傳遞部 件，而且還是影響ORC蒸發(fā)溫度與集熱溫度兩者溫差的關(guān)鍵。本實(shí)用新型采用的熱管式太 陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)不需要中間換熱介質(zhì)，避免了二次換熱，有效地提高ORC循環(huán)工質(zhì)與集 熱器之間的換熱性能。這對(duì)于提高熱端與冷端溫差原本只有100°C左右的太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā) 電系統(tǒng)的效率尤其明顯。在相同的集熱器運(yùn)行溫度條件下，由于熱管均溫性的特點(diǎn)使得ORC 蒸發(fā)溫度有了明顯提高，熱管式太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)ORC熱電轉(zhuǎn)換效率將比二次換熱系 統(tǒng)效率高出10%以上。因此，本實(shí)用新型突破了以往太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)需要二次換熱 介質(zhì)及換熱設(shè)備的限制，實(shí)現(xiàn)了 ORC蒸發(fā)器與集熱器的直接結(jié)合，不論在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還是工 作原理上都具有實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新。4、本實(shí)用新型采用熱管與真空管及復(fù)合拋物面反射鏡相結(jié)合的集熱方式，與已有 太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)相比承壓能力強(qiáng)，安全性能好。熱管冷凝段與有機(jī)工質(zhì)直接接觸，耐 冰凍，耐熱沖擊，即使出現(xiàn)一支或多支熱管冷凝段損壞，系統(tǒng)仍可正常工作，極其適合于直 接產(chǎn)生蒸汽的太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。

圖1熱管式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)示意圖，圖2熱管集熱器模塊剖面圖，[0024]圖3熱管工作原理示意圖，圖4系統(tǒng)發(fā)電效率隨ORC蒸發(fā)溫度的變化。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。實(shí)施例參見(jiàn)圖1和圖2，熱管式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)，包括有機(jī)朗肯循環(huán) 發(fā)電系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、熱管集熱器系統(tǒng)3。有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括工質(zhì)蒸發(fā)套管12、汽輪機(jī)13、發(fā)電機(jī)14、回?zé)崞?5、冷 凝器16、回?zé)崞鞅?11、儲(chǔ)液罐泵112和六只閥門。其中汽輪機(jī)13的輸出端連接著發(fā)電機(jī) 14，汽輪機(jī)13的排氣口連通著回?zé)崞?5，回?zé)崞?5另一端口連通著連冷凝器16，回?zé)崞?5 通過(guò)閥門C173與閥門F176連通著儲(chǔ)液罐21 ；儲(chǔ)液罐21通過(guò)閥門A171連通著汽輪機(jī)13的 進(jìn)氣口，儲(chǔ)液罐21的另一端口連通著儲(chǔ)液罐泵112，儲(chǔ)液罐泵112的出口通過(guò)閥門B172連 接著閥門C173的出口。蓄熱系統(tǒng)包括儲(chǔ)液罐21、盤管22和相變材料23 ；盤管22均布于儲(chǔ)液罐21內(nèi)，盤 管22內(nèi)填充有相變材料23。熱管集熱器系統(tǒng)3由三個(gè)以上的熱管集熱器模塊組成，每個(gè)熱管集熱器模塊包括 熱管31、肋片32、選擇性吸收涂層33、雙層玻璃真空管34及復(fù)合拋物面反射鏡35，熱管31 的冷凝段嵌置于工質(zhì)蒸發(fā)套管12中，工質(zhì)蒸發(fā)套管12內(nèi)設(shè)有有機(jī)工質(zhì)；熱管31的蒸發(fā)段 位于復(fù)合拋物面反射鏡35內(nèi)底部；三個(gè)以上的工質(zhì)蒸發(fā)套管12串聯(lián)，其中第一個(gè)工質(zhì)蒸發(fā)套管12通過(guò)閥門E175連 通著儲(chǔ)液罐泵112，第三個(gè)工質(zhì)蒸發(fā)套管12通過(guò)閥門D174和閥門C173連通著回?zé)崞?5 ；冷凝器16工質(zhì)出口端連通著回?zé)崞鞅?11，回?zé)崞鞅?11的另一端口連通著回?zé)?器15。本實(shí)用新型的工作原理是這樣的一、熱管工作原理如圖3所示，熱管的一端為蒸發(fā)段，另一端為冷凝段，兩段中間可布置絕熱段。熱 管的蒸發(fā)段受熱時(shí)毛細(xì)芯(對(duì)有芯管而言)中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向 冷凝段放出熱量并凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力(或重力)的作用流回蒸發(fā)段。 熱管傳熱性能的主要由毛細(xì)限、聲速限、攜帶限及沸騰限等因素決定。二、太陽(yáng)能熱管集熱器工作原理如圖2、圖3所示，太陽(yáng)能熱管集熱器以熱管31作為吸熱體。太陽(yáng)輻照經(jīng)過(guò)復(fù)合拋 物面反射鏡35反射或者直接照射到選擇性吸收涂層33上，熱量通過(guò)肋片32及熱管管壁進(jìn) 入熱管內(nèi)部，熱管內(nèi)部的工作液體受熱汽化，蒸汽流入到熱管的冷凝段放出熱量加熱工質(zhì) 蒸發(fā)套管12中的有機(jī)工質(zhì)，蒸汽冷凝成液體后回流到熱管的蒸發(fā)段接受太陽(yáng)熱能，如此反
Μ. ο三、熱管式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)整體工作原理1)系統(tǒng)處于額定運(yùn)行工況熱管集熱器系統(tǒng)3接受太陽(yáng)輻照能，太陽(yáng)熱能經(jīng)過(guò)熱管傳給有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系
6統(tǒng)工質(zhì)蒸發(fā)套管12中的有機(jī)工質(zhì)。閥門A171、閥門C173、閥門D174、閥門E175打開(kāi)，其余 閥門關(guān)閉。有機(jī)工質(zhì)在工質(zhì)蒸發(fā)套管12中定壓吸熱并汽化；高溫高壓的氣態(tài)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入 汽輪機(jī)13膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)14發(fā)電；汽輪機(jī)13尾部排出的有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過(guò)回?zé)崞?5初 步冷卻，然后進(jìn)入冷凝器16中定壓冷凝；冷凝后有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過(guò)回?zé)崞鞅?11進(jìn)入回?zé)崞?5 進(jìn)行預(yù)熱并重新進(jìn)入工質(zhì)蒸發(fā)套管12完成一次發(fā)電循環(huán)。2)輻照強(qiáng)度很強(qiáng)，系統(tǒng)需要發(fā)電閥門A171、閥門B172、閥門C173、閥門D174、閥門E175打開(kāi)，閥門F176關(guān)閉?；?熱器泵111、儲(chǔ)液罐泵112都打開(kāi)。儲(chǔ)液罐泵112把儲(chǔ)液罐21內(nèi)的有機(jī)工質(zhì)注入工質(zhì)蒸發(fā) 套管12中，加大工質(zhì)蒸發(fā)套管12內(nèi)的有機(jī)工質(zhì)的流量，同時(shí)防止有機(jī)工質(zhì)在工質(zhì)蒸發(fā)套管 12中過(guò)熱，有機(jī)工質(zhì)獲得的熱量大于額定工況吸熱量，此時(shí)部分熱量傳給相變材料23進(jìn)行 蓄熱。熱管集熱器系統(tǒng)3接受太陽(yáng)輻照能，太陽(yáng)熱能經(jīng)過(guò)熱管傳給有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng) 工質(zhì)蒸發(fā)套管12中的有機(jī)工質(zhì)。有機(jī)工質(zhì)在工質(zhì)蒸發(fā)套管12中定壓吸熱并汽化；高溫高 壓的氣態(tài)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入汽輪機(jī)13膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)14發(fā)電；汽輪機(jī)13尾部排出的有 機(jī)工質(zhì)經(jīng)過(guò)回?zé)崞?5初步冷卻，然后進(jìn)入冷凝器16中定壓冷凝；冷凝后有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過(guò)回?zé)?器泵111進(jìn)入回?zé)崞?5進(jìn)行預(yù)熱并重新進(jìn)入工質(zhì)蒸發(fā)套管12完成一次發(fā)電循環(huán)。3)輻照強(qiáng)度很弱，或者處于夜間，系統(tǒng)需要發(fā)電閥門A171、閥門C173及閥門F176打開(kāi)，其余閥門關(guān)閉。有機(jī)工質(zhì)在相變儲(chǔ)液罐 21中獲得熱量并蒸發(fā)；高溫高壓的氣態(tài)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入汽輪機(jī)13膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)14 發(fā)電；汽輪機(jī)13尾部排出的有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過(guò)回?zé)崞?5初步冷卻，然后進(jìn)入冷凝器16中定壓 冷凝；冷凝后有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過(guò)回?zé)崞鞅?11進(jìn)入回?zé)崞?5進(jìn)行預(yù)熱并通過(guò)閥門C173與閥門 F176重新進(jìn)入相變儲(chǔ)液罐21完成一次發(fā)電循環(huán)。4)輻照強(qiáng)度在額定工況附近，系統(tǒng)需要發(fā)電。運(yùn)行狀態(tài)同系統(tǒng)處于額定運(yùn)行工況。5)輻照強(qiáng)度較強(qiáng)，系統(tǒng)不需要發(fā)電熱管集熱器系統(tǒng)3接受太陽(yáng)輻照能，太陽(yáng)熱能經(jīng)過(guò)熱管傳給有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系 統(tǒng)工質(zhì)蒸發(fā)套管12中的有機(jī)工質(zhì)。閥門B172、閥門D174、閥門E175打開(kāi)，其余閥門關(guān)閉。 儲(chǔ)液罐泵112打開(kāi)，回?zé)崞鞅?11關(guān)閉。儲(chǔ)液罐泵112把儲(chǔ)液罐21內(nèi)的有機(jī)工質(zhì)注入工質(zhì) 蒸發(fā)套管12中，有機(jī)工質(zhì)獲得熱量，并在儲(chǔ)液罐21中把熱量傳給相變材料23。下面在建立熱管式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)流動(dòng)傳熱數(shù)學(xué)模型的基 礎(chǔ)上利用分布參數(shù)法模擬系統(tǒng)發(fā)電效率。模擬參數(shù)見(jiàn)表1，其中有機(jī)工質(zhì)以HCFC123(三氟 二氯乙烷)為例，蒸發(fā)器以同心逆流換熱器為例。表1熱管式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的模擬參數(shù) 圖4給出了熱管式太陽(yáng)能有朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電效率隨蒸發(fā)溫度的變化。由圖 中曲線可見(jiàn)，每一輻照強(qiáng)度下，有機(jī)工質(zhì)都存在一個(gè)最佳的ORC蒸發(fā)溫度。當(dāng)輻照強(qiáng)度為 600W/m_2，700W/m_2，800W/m_2 時(shí)，工質(zhì)的最佳蒸發(fā)溫度分別為 127. 7°C，134. 9°C，144. 8°C，對(duì) 應(yīng)的發(fā)電效率分別為6. 85 %，7. 50 %，7. 95 %。
權(quán)利要求熱管式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)，包括有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、熱管集熱器系統(tǒng)(3)；有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括工質(zhì)蒸發(fā)套管(12)、汽輪機(jī)(13)、發(fā)電機(jī)(14)、回?zé)崞?15)、冷凝器(16)、回?zé)崞鞅?111)、儲(chǔ)液罐泵(112)和六只閥門；其中汽輪機(jī)(13)的輸出端連接著發(fā)電機(jī)(14)，汽輪機(jī)(13)的排氣口連通著回?zé)崞?15)，回?zé)崞?15)另一端口連通著連冷凝器(16)，回?zé)崞?15)通過(guò)閥門C(173)與閥門F(176)連通著儲(chǔ)液罐(21)；儲(chǔ)液罐(21)通過(guò)閥門A(171)連通著汽輪機(jī)(13)的進(jìn)氣口，儲(chǔ)液罐(21)的另一端口連通著儲(chǔ)液罐泵(112)，儲(chǔ)液罐泵(112)的出口通過(guò)閥門B(172)連接著閥門C(173)的出口；所述蓄熱系統(tǒng)包括儲(chǔ)液罐(21)、盤管(22)和相變材料(23)；盤管(22)均布于儲(chǔ)液罐(21)內(nèi)，盤管(22)內(nèi)填充有相變材料(23)；其特征在于所述熱管集熱器系統(tǒng)(3)由三個(gè)以上的熱管集熱器模塊組成，每個(gè)熱管集熱器模塊包括熱管(31)、肋片(32)、選擇性吸收涂層(33)、雙層玻璃真空管(34)及復(fù)合拋物面反射鏡(35)，熱管(31)的冷凝段嵌置于工質(zhì)蒸發(fā)套管(12)中，工質(zhì)蒸發(fā)套管(12)內(nèi)設(shè)有有機(jī)工質(zhì)；熱管(31)的蒸發(fā)段位于復(fù)合拋物面反射鏡(35)內(nèi)底部；三個(gè)以上的工質(zhì)蒸發(fā)套管(12)串聯(lián)，其中第一個(gè)工質(zhì)蒸發(fā)套管(12)通過(guò)閥門E(175)連通著儲(chǔ)液罐泵(112)，第三個(gè)工質(zhì)蒸發(fā)套管(12)通過(guò)閥門D(174)和閥門C(173)連通著回?zé)崞?15)；冷凝器(16)工質(zhì)出口端連通著回?zé)崞鞅?111)，回?zé)崞鞅?111)的另一端口連通著回?zé)崞?15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 所述熱管(31)的冷凝段與工質(zhì)蒸發(fā)套管(12)之間為焊接密封。
專利摘要本實(shí)用新型涉及熱管式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、熱管集熱器系統(tǒng)。其發(fā)電系統(tǒng)包括工質(zhì)蒸發(fā)套管、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、回?zé)崞?、冷凝器等。熱管集熱器系統(tǒng)由三個(gè)以上的熱管集熱器模塊組成，每個(gè)模塊包括熱管、真空管及復(fù)合拋物面反射鏡，熱管的冷凝段嵌置于工質(zhì)蒸發(fā)套管中；熱管的蒸發(fā)段安裝位于復(fù)合拋物面反射鏡內(nèi)底部；三個(gè)以上的工質(zhì)蒸發(fā)套管串聯(lián)。本實(shí)用新型將熱管、CPC反射鏡及ORC三者相結(jié)合，可以形成基于ORC循環(huán)的熱管式太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)熱效率高，承壓能力強(qiáng)，與以往的太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)相比，創(chuàng)新性地利用了熱管的相變換熱原理，減少了導(dǎo)熱油回路，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)工質(zhì)與集熱器的高效換熱。
文檔編號(hào)F01K11/02GK201627689SQ20102000148
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
發(fā)明者季杰, 李晶, 裴剛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)