承壓型太陽能集熱器熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種承壓型太陽能集熱水器熱電聯(lián)產(chǎn) 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前我國各類太陽能集熱器的生產(chǎn)已經(jīng)技術(shù)成熟，并且使用廣泛。作為熱水供應(yīng) 系統(tǒng)，是極其方便清潔的使用方式。但是此種太陽能利用系統(tǒng)方式的缺陷是：系統(tǒng)只能提 供熱水形式，不能充分利用太陽能的長時(shí)效多季節(jié)使用，即在無熱水需求的時(shí)段和季節(jié)，此 太陽能利用系統(tǒng)將處于閑置狀態(tài)；造成設(shè)備資源和太陽能量的極大浪費(fèi)，且系統(tǒng)產(chǎn)能形式 單一。
[0003] 基于以上技術(shù)狀況可以看出，現(xiàn)有的太陽能熱水系統(tǒng)存在的一些問題，主要是在 使用時(shí)段和季節(jié)方面存在不充分性。由于系統(tǒng)產(chǎn)能的單一性缺陷，致使用戶再無熱水需求 時(shí)段和季節(jié)，系統(tǒng)將基本處于停滯運(yùn)行狀態(tài)；甚至受季節(jié)性影響，冬季時(shí)集熱器內(nèi)熱水溫度 較低時(shí)，系統(tǒng)的能量聚集時(shí)間長，產(chǎn)熱量急劇下降，嚴(yán)重地降低了系統(tǒng)的產(chǎn)能量，以至于達(dá) 到無法使用的結(jié)果。由此可以看出系統(tǒng)的年利用率和年產(chǎn)能率極低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種承壓型太陽能集熱器熱電聯(lián)產(chǎn) 系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)中太陽能集熱器不能充分利用太陽能資源的問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種承壓型太陽能集熱器熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括并聯(lián)的太陽 能集熱供熱子系統(tǒng)和太陽能集熱發(fā)電子系統(tǒng)，兩個(gè)子系統(tǒng)均為雙循環(huán)方式，兩個(gè)子系統(tǒng)共 用一個(gè)承壓型太陽能集熱器、主控機(jī)、轉(zhuǎn)向閥、冷凝器和工質(zhì)泵，所述太陽能集熱發(fā)電子系 統(tǒng)還包括有膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述太陽能集熱供熱系統(tǒng)還包括熱水存儲器、浮子閥、熱水溫 度計(jì)和內(nèi)置加熱器；
[0006] 所述太陽能集熱發(fā)電子系統(tǒng)循環(huán)是指：系統(tǒng)主控機(jī)根據(jù)熱水溫度計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行控 制操作，發(fā)出指令，將轉(zhuǎn)向閥設(shè)置在連通承壓型太陽能集熱器與膨脹機(jī)位置，同時(shí)開啟冷凝 器和工質(zhì)泵，在承壓型太陽能集熱器中獲得太陽能熱量氣化后的較高溫壓氣態(tài)循環(huán)介質(zhì)進(jìn) 入膨脹機(jī)，并在其內(nèi)膨脹轉(zhuǎn)化的機(jī)械功輸出給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將產(chǎn)生電力輸出；膨脹后的較 低溫壓氣態(tài)循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入冷凝器，被冷凝成為低溫液體，并由工質(zhì)泵提升壓力后輸送到承 壓型太陽能集熱器繼續(xù)加熱，由此完成發(fā)電循環(huán)過程；
[0007] 所述太陽能集熱供熱系統(tǒng)循環(huán)是指：系統(tǒng)主控機(jī)根據(jù)熱水溫度計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制 操作，發(fā)出指令，將轉(zhuǎn)向閥設(shè)置在連通承壓型太陽能集熱器與熱水存儲器位置，同時(shí)開啟冷 凝器和工質(zhì)泵，在承壓型太陽能集熱器中獲得太陽能加熱氣化后的較高溫壓氣態(tài)循環(huán)介質(zhì) 進(jìn)入熱水存儲器中的內(nèi)置加熱器中，并在其內(nèi)釋放出氣化潛熱用以加熱水，之后循環(huán)工質(zhì) 進(jìn)入冷凝器，被冷凝成為低溫液體，并由工質(zhì)泵提升壓力后輸送到承壓型太陽能集熱器繼 續(xù)加熱，由此完成供熱循環(huán)過程。
[0008] 所述的太陽能集熱器內(nèi)的傳熱介質(zhì)系一種帶壓型介質(zhì)。
[0009] 所述熱水存儲器內(nèi)設(shè)有浮子閥維持水位平衡。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：本項(xiàng)發(fā)明提出的承壓型太陽能集熱器熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，可消 除太陽能利用時(shí)段和季節(jié)的影響，達(dá)到全年運(yùn)行的模式，這樣年利用率獲得極大提高；同時(shí) 在冬季即使無法獲得需要的熱水溫度，但是由于季節(jié)冷熱溫差的大致相當(dāng)，仍可利用系統(tǒng) 的發(fā)電功能來運(yùn)行，由此會極大地增加年產(chǎn)能率，使太陽能全年的利用率達(dá)到最大化。
[0011] 本發(fā)明系統(tǒng)中的內(nèi)裝蒸發(fā)器式熱水器系一種承壓型設(shè)備，其內(nèi)部的蒸發(fā)器的循環(huán) 熱載體為一種低沸點(diǎn)介質(zhì)。由此可實(shí)現(xiàn)循環(huán)介質(zhì)的相變蒸發(fā)，可產(chǎn)生較高壓力和溫度的氣 態(tài)流體。利用此種熱/壓流體的膨脹特性，可利用膨脹機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，并帶動發(fā)電機(jī) 產(chǎn)生發(fā)電效果，電量碳排放得以消除，實(shí)現(xiàn)清潔供電的效果。在需要供熱時(shí)，可轉(zhuǎn)化循環(huán)介 質(zhì)的膨脹過程為換熱過程，通過換熱能輸出熱能，實(shí)現(xiàn)清潔供熱的效果。本發(fā)明可使原有單 一供熱型功能的太陽能系統(tǒng)變更為供熱/供電型雙功能型系統(tǒng)，增加了全時(shí)段全季節(jié)使用 的效果，可充分利用太陽能資源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)省礦物能源和保護(hù)環(huán)境的功效。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明承壓型太陽能集熱器熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)流程示意圖；
[0013] 其中：1、承壓型太陽能集熱器；2、膨脹機(jī)；3、冷凝器；4、工質(zhì)泵；5、發(fā)電機(jī)；6、轉(zhuǎn) 向閥；7、熱水存儲器；8、熱水閥；9、浮子閥；10、熱水溫度計(jì)；11、主控機(jī)；12、內(nèi)置加熱器。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0015] 本發(fā)明承壓型太陽能集熱器熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)系在常用的太陽能集熱器系統(tǒng)中增設(shè) 了冷凝器。系統(tǒng)并聯(lián)了太陽能集熱供熱和太陽能集熱發(fā)電兩個(gè)子系統(tǒng)，分別承擔(dān)系統(tǒng)供熱 和發(fā)電的運(yùn)行功能，兩個(gè)子系統(tǒng)均為雙循環(huán)方式，其內(nèi)在的循環(huán)介質(zhì)統(tǒng)一為一種介質(zhì)。在用 戶需要熱水時(shí)，系統(tǒng)將自動切斷發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)，全力確保供熱量；當(dāng)用戶供熱量滿足或者 停止需求時(shí)，系統(tǒng)將自動切斷供熱循環(huán)子系統(tǒng)，全力確保發(fā)電量。具體的運(yùn)行技術(shù)方案如 下。
[0016] 太陽能集熱發(fā)電子系統(tǒng)設(shè)備組成有：承壓型太陽能集熱器1 (共用），轉(zhuǎn)向閥6 (共 用），膨脹機(jī)2,冷凝器3(共用），工質(zhì)泵4(共用），發(fā)電機(jī)5構(gòu)成，主控機(jī)11 (共用）構(gòu)成； 太陽能集熱供熱系統(tǒng)設(shè)備組成有：承壓型太陽能集熱器1 (共用），轉(zhuǎn)向閥6 (共用），熱水存 儲器7,浮子閥9,冷凝器3 (共用），工質(zhì)泵4 (共用），熱水溫度計(jì)10,主控機(jī)11 (共用），內(nèi) 置加熱器12構(gòu)成。
[0017] 當(dāng)用戶供熱量滿足或者停止需求時(shí)，系統(tǒng)主控機(jī)11將根據(jù)熱水溫度計(jì)10的數(shù)據(jù) 進(jìn)行控制操作，可能的操作方式有兩種：其一是熱水溫度計(jì)10的溫度達(dá)到設(shè)定要求，這是 系統(tǒng)供熱量滿足情況；其二是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)熱水溫度計(jì)10的溫度上升值低于設(shè)定值，這 是系統(tǒng)供熱量不滿足情況。無論哪種情況發(fā)生，主控機(jī)11將發(fā)出指令，將轉(zhuǎn)向閥6設(shè)置在 連通承壓型太陽能集熱器1與膨脹機(jī)2位置，同時(shí)開啟冷凝器3和工質(zhì)泵4。在承壓型太陽 能集熱器1中獲得太陽能熱量氣化后的較高溫壓氣態(tài)循環(huán)介質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)2,并在其內(nèi)膨 脹轉(zhuǎn)化的機(jī)械功輸出給發(fā)電機(jī)5,發(fā)電機(jī)將產(chǎn)生電力輸出；膨脹后的較低溫壓氣態(tài)循環(huán)工 質(zhì)進(jìn)入冷凝器3,被冷凝成為低溫液體，并由工質(zhì)泵4提升壓力后輸送到承壓型太陽能集熱 器1繼續(xù)加熱，由此完成發(fā)電循環(huán)過程。
[0018] 當(dāng)用戶需求供熱量時(shí)，系統(tǒng)主控機(jī)11將根據(jù)熱水溫度計(jì)10的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制操作， 可能的操作方式有兩種：其一是熱水溫度計(jì)10的溫度達(dá)到設(shè)定要求，這時(shí)系統(tǒng)將繼續(xù)維持 發(fā)電模式工作；其二是熱水溫度計(jì)10的溫度低于設(shè)定值，這時(shí)系統(tǒng)將轉(zhuǎn)化為供熱模式工 作，系統(tǒng)主控機(jī)11將發(fā)出指令，將轉(zhuǎn)向閥6設(shè)置在連通承壓型太陽能集熱器1與熱水存儲 器7位置，同時(shí)開啟冷凝器3和工質(zhì)泵4。在承壓型太陽能集熱器1中獲得太陽能加熱氣化 后的較高溫壓氣態(tài)循環(huán)介質(zhì)進(jìn)入熱水存儲器7中的內(nèi)置加熱器12中，并在其內(nèi)釋放出氣化 潛熱用以加熱水，之后循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入冷凝器3,被冷凝成為低溫液體，并由工質(zhì)泵4提升壓 力后輸送到承壓型太陽能集熱器1繼續(xù)加熱，由此完成供熱循環(huán)過程。開啟熱水閥8提供 熱水，浮子閥9確保熱水存儲器7中的水位達(dá)到平衡。
[0019] 實(shí)施例
[0020] 某太陽能熱電系統(tǒng)在天津地區(qū)實(shí)施運(yùn)行，其太陽能強(qiáng)烈照射和弱照射時(shí)段數(shù)值及 其相應(yīng)的聚集量見表1 ;系統(tǒng)需產(chǎn)熱水量2001/d，溫度為50攝氏度；系統(tǒng)選用循環(huán)工質(zhì)為 R152a，其在承壓型太陽能集熱器和冷凝器夏季、冬季和春秋季的工作溫度及其熱力參數(shù)見 表2。
[0021] 表1 :初始條件及計(jì)算表
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種承壓型太陽能集熱器熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，包括并聯(lián)的太陽能集熱供熱 子系統(tǒng)和太陽能集熱發(fā)電子系統(tǒng)，兩個(gè)子系統(tǒng)均為雙循環(huán)方式，兩個(gè)子系統(tǒng)共用一個(gè)承壓 型太陽能集熱器、主控機(jī)、轉(zhuǎn)向閥、冷凝器和工質(zhì)泵，所述太陽能集熱發(fā)電子系統(tǒng)還包括有 膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述太陽能集熱供熱系統(tǒng)還包括熱水存儲器、浮子閥、熱水溫度計(jì)和內(nèi)置 加熱器； 所述太陽能集熱發(fā)電子系統(tǒng)循環(huán)是指：系統(tǒng)主控機(jī)根據(jù)熱水溫度計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制操 作，發(fā)出指令，將轉(zhuǎn)向閥設(shè)置在連通承壓型太陽能集熱器與膨脹機(jī)位置，同時(shí)開啟冷凝器和 工質(zhì)泵，在承壓型太陽能集熱器中獲得太陽能熱量氣化后的較高溫壓氣態(tài)循環(huán)介質(zhì)進(jìn)入膨 脹機(jī)，并在其內(nèi)膨脹轉(zhuǎn)化的機(jī)械功輸出給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將產(chǎn)生電力輸出；膨脹后的較低溫 壓氣態(tài)循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入冷凝器，被冷凝成為低溫液體，并由工質(zhì)泵提升壓力后輸送到承壓型 太陽能集熱器繼續(xù)加熱，由此完成發(fā)電循環(huán)過程； 所述太陽能集熱供熱系統(tǒng)循環(huán)是指：系統(tǒng)主控機(jī)根據(jù)熱水溫度計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制操 作，發(fā)出指令，將轉(zhuǎn)向閥設(shè)置在連通承壓型太陽能集熱器與熱水存儲器位置，同時(shí)開啟冷凝 器和工質(zhì)泵，在承壓型太陽能集熱器中獲得太陽能加熱氣化后的較高溫壓氣態(tài)循環(huán)介質(zhì)進(jìn) 入熱水存儲器中的內(nèi)置加熱器中，并在其內(nèi)釋放出氣化潛熱用以加熱水，之后循環(huán)工質(zhì)進(jìn) 入冷凝器，被冷凝成為低溫液體，并由工質(zhì)泵提升壓力后輸送到承壓型太陽能集熱器繼續(xù) 加熱，由此完成供熱循環(huán)過程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述承壓型太陽能集熱器熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的太陽 能集熱器內(nèi)的傳熱介質(zhì)系一種帶壓型介質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述熱水存儲器內(nèi)設(shè)有浮 子閥維持水位平衡。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種承壓型太陽能熱水器熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括并聯(lián)的太陽能集熱供熱子系統(tǒng)和太陽能集熱發(fā)電子系統(tǒng)，兩個(gè)子系統(tǒng)均為雙循環(huán)方式，兩個(gè)子系統(tǒng)共用一個(gè)承壓型太陽能集熱器、主控機(jī)、轉(zhuǎn)向閥、冷凝器和工質(zhì)泵，所述太陽能集熱發(fā)電子系統(tǒng)還包括有膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述太陽能集熱供熱系統(tǒng)還包括熱水存儲器、浮子閥、熱水溫度計(jì)和內(nèi)置加熱器。本項(xiàng)發(fā)明提出的承壓型太陽能熱水器熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，可消除太陽能利用時(shí)段和季節(jié)的影響，達(dá)到全年運(yùn)行的模式，這樣年利用率獲得極大提高；同時(shí)在冬季即使無法獲得需要的熱水溫度，但是由于季節(jié)冷熱溫差的大致相當(dāng)，仍可利用系統(tǒng)的發(fā)電功能來運(yùn)行，由此會極大地增加年產(chǎn)能率，使太陽能全年的利用率達(dá)到最大化。
【IPC分類】F24D3-18, F03G6-06, F01K25-10, F25B27-00
【公開號】CN104612919
【申請?zhí)枴緾N201510051587
【發(fā)明人】張于峰, 董勝明, 賀中祿, 張彥, 姚勝, 鄧娜, 盛穎
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月30日