一种基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供系统的制作方法
【专利摘要】一种基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供系统，属太阳能热利用领域。太阳辐射经过碟式聚光器（10）聚焦至加热盘管（1）加热流过的熔盐，加热后的熔盐一部分储存在储盐罐（2），另一部分进入熔盐加热器（3）加热循环工质。循环工质被加热后变成蒸汽，进入单螺杆膨胀机（4）膨胀做功，带动发动机（5）发电。膨胀后的乏汽进入回热器（6）预热进入熔盐加热器（3）前的循环工质后，进入热水换热器（7）冷凝为液态，液态工质通过工质循环泵（8）加压进入下一次循环。而加热后的热水通过管道进入住户。本实用新型结构简单，加工方便，设备成熟可靠；发电负荷和供热负荷根据需要调整，不受晚间和阴雨天无太阳辐射和辐射低的影响。
【专利说明】一种基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供系统【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型的碟式太阳能热电联供系统，属于太阳能热利用领域。【背景技术】
[0002]目前，我国尚有7656万无电人口，16个无电县，828个无电乡和29783个无电村。由于这些县城、村镇及散居牧户地处边远，远离电网，用电负荷小而且分散。特别是西藏大多数农牧民的生活用能高度依靠生物质能，薪柴、草皮、小灌木、畜粪和秸杆等生物质能利用量约占全部能源需求量的50%。许多地区仍然以烧柴为主，致使生物质能利用量超出合理利用量，荒漠化面积逐步扩大，草场面积不断减少，部分地区森林采育失调，灾害频繁，生态环境面临严重威胁。
[0003]太阳能具有资源分布普遍的优势，尤其对于我国西部地区正好处于资源丰富地区，采用分布式太阳能热电联供技术是最现实的选择。太阳能热发电由于可以采用低成本大规模的蓄热技术，因此与太阳能光伏发电相比，太阳能热发电可通过蓄热解决太阳能资源与需求不匹配的矛盾，更适合分布式能源的需求。
[0004]发电单元是太阳能热电联供系统的关键技术之一。国外的太阳能热发电系统一般采用传统蒸汽轮机作为发电单元，但是蒸汽轮机单机很难做小，对于我国来说，最小蒸汽轮机的发电功率是800kW，无法适应我国分布式太阳能发电的需求。单螺杆膨胀机技术是一种能利用余热发电、的热机的技术，其原理是蒸汽进入机内齿槽，推动螺杆转动。随着螺杆转动，齿槽间的容积逐渐增大，介质降压降温膨胀做功，最后从齿槽末端排出。功率从主轴螺杆输出，驱动发电机发电。单螺杆膨胀机的功率可以在3kW~2000kW之间，正好弥补了蒸汽轮机单机功率很难做小的缺陷。蒸汽轮机的蒸汽只能是过热蒸汽或饱和蒸汽，而单螺杆膨胀机可以是过热蒸汽、饱和蒸汽、汽液两相流体或热液。另外，单螺杆膨胀机可以通过采用不同沸点的工质，其使用温度范围可从70°C到250°C，因此单螺杆膨胀机是一种中低温发电设备，特别适合上述分布式太阳能热电联供系统适用。与传统的蒸汽轮机相比，单螺杆膨胀机具有以下优点:1、结构简单，运动部件少；2、受力平衡，易于维修；3、运转平稳，噪音低；4、部分负荷下的效率高；5、可靠性高，维护费用低；6、适用于饱和蒸汽或者过热蒸汽状态，并且对给水的品质要求不高。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是设计一套适用于分布式热电联供的高效、环保、稳定可靠的太阳能热电联供系统，克服原有的斯特林发动机所带来的润滑和可靠性问题，并通过熔盐蓄热解决太阳能资源与需求不匹配的矛盾。该系统的特点在于:1、采用熔盐作为传热蓄热工质，将碟式聚光镜聚集的热量传递和储存，具有运行温度宽、运行压力低的特点；2、采用单螺杆膨胀机，效率高、结构简单、噪声低、寿命长、工质适应性强，适用于中低温的太阳能分布式发电系统。
[0006]一种基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供系统，包括加热盘管1、储盐罐2、熔盐加热器3、单螺杆膨胀机4、发电机5、回热器6和热水交换器7、工质循环泵8、熔盐泵9和碟式聚光器10:太阳辐射经过碟式聚光器10聚焦至加热盘管I内加热流过的熔盐，加热后的熔盐一部分储存在与加热盘管I相连的储盐罐2内用于夜间和阴雨天的发电和供热，另一部分进入与加热盘管I相连的熔盐加热器3加热循环工质；熔盐加热器3的出口与单螺杆膨胀机4相连，循环工质被加热后变成蒸汽，进入单螺杆膨胀机4膨胀做功，单螺杆膨胀机4连接至发动机5带动发动机5发电；单螺杆膨胀机4内膨胀后的乏汽沿着管路进入回热器6预热进入熔盐加热器3前的循环工质后，进入热水换热器7冷凝为液态，液态循环工质通过工质循环泵8加压进入熔岩加热器3开始下一次循环。热水换热器7内加热后的热水通过管道进入住户，向其提供采暖、生活热水等生活所需。
[0007]所述的碟式聚光器10为一台或多台并联同程安装。
[0008]所述的循环工质采用有机工质或水。
[0009]本实用新型设计的太阳能热电联供系统中，熔盐作为高温的传热蓄热工质吸收碟式太阳能聚光镜汇集的热量，工作温度在200?500°C，热容量大、储热密度可以达到1000MJ/m3;单螺杆膨胀机作为动力机，结构简单、工作可靠、适应性广，循环工质可以采用有机工质，也可以采用水。该系统总效率根据蓄热规模、供热形式和供热温度，热利用效率可达到80%?90%，具有体积小、效率高、寿命长和良好的性价比。
[0010]本实用新型设计的太阳能热电联供系统中，单螺杆发动机4可根据实际功率和运行压力的需求设计为单级形式或多级形式，多级系统可设计为串联、并联或混联等结构。单螺杆膨胀机选用非金属一金属螺杆星轮转子副，振动小，寿命长。
[0011]本实用新型的有益效果是:本实用新型结构简单，加工方便，设备成熟可靠；发电负荷和供热负荷可以根据需要调整，不受晚间和阴雨天无太阳辐射和辐射低的影响；采用热电联供，提高人们生后质量的同时，也提高了太阳能热利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]附图1，单螺杆机星轮转子结构示意图；
[0013]附图2，单螺杆空气膨胀机结构简图；
[0014]附图3，基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供系统的示意图。
[0015]附图4，多台碟式太阳能加热盘管并联组成的热电联供系统的示意图。
[0016]图中:1、加热盘管，2、储盐罐，3、熔盐加热器，4、单螺杆膨胀机，5、发电机，6、回热器，7、热水交换器，8、工质循环泵、9、熔盐泵，10碟式聚光器。
【具体实施方式】
[0017]实施例1:按照【专利附图】
【附图说明】中所述要点设计、加工和安装组成一组基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供装置，其设计发电能力5kW，储热能力2.16X108J。该装置由以下部件组成:加热盘管1、储盐罐2、熔盐加热器3、单螺杆膨胀机4、发电机5、回热器6和热水交换器7、工质循环泵8、熔盐泵9和碟式聚光器10。加热盘管中的流体为熔盐；储热材料为熔盐；碟式聚光器采用双轴跟踪，将收集的太阳光聚焦在加热盘管加热熔盐工质。加热后的熔盐一部分进入储盐罐蓄热，另一部分进入熔盐加热器加热循环工质用于单螺杆膨胀机的发电。发电后的乏汽在热水换热器内加热热水，提供采暖、生活热水。该装置采用2台聚光比24，集热面积65m2的碟式聚光镜。该系统的发电功率设计为5kW，夜间的发电功率可达3kW，可24小时发电并提供热水。
[0018]实施例2:按照【专利附图】
【附图说明】中所述要点设计、加工和安装组成一组基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供装置，其设计发电能力10kw，储热能力4.32X 108J。该装置由以下部件组成:加热盘管1、储盐罐2、熔盐加热器3、单螺杆膨胀机4、发电机5、回热器6和热水交换器7、工质循环泵8、熔盐泵9和碟式聚光器10。加热盘管中的流体为熔盐；储热材料为熔盐；碟式聚光器采用双轴跟踪，将收集的太阳光聚焦在加热盘管加热熔盐工质。加热后的熔盐一部分进入储盐罐蓄热，另一部分进入熔盐加热器加热循环工质用于单螺杆膨胀机的发电。发电后的乏汽在热水换热器内加热热水，提供采暖、生活热水。该装置采用3台聚光比24，集热面积86m2的碟式聚光镜。该系统的发电功率设计为10kW，夜间发电功率为6kW，可24小时发电并提供热水。
[0019]实施例3:按照【专利附图】
【附图说明】中所述要点设计、加工和安装组成一组基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供装置，其设计发电能力30kW，储热能力1.296X 109J。该装置由以下部件组成:加热盘管1、储盐罐2、熔盐加热器3、单螺杆膨胀机4、发电机5、回热器6和热水交换器7、工质循环泵8、熔盐泵9和碟式聚光器10。加热盘管中的流体为熔盐；储热材料为熔盐；碟式聚光器采用双轴跟踪，将收集的太阳光聚焦在加热盘管加热熔盐工质。加热后的熔盐一部分进入储盐罐蓄热，另一部分进入熔盐加热器加热循环工质用于单螺杆膨胀机的发电。发电后的乏汽在热水换热器内加热热水，提供采暖、生活热水。该装置采用10台聚光比24，集热面积90m2的碟式聚光镜。该系统的发电功率设计为30kW，夜间发电功率可达20kW，可24小时发电并提供热水。
【权利要求】
1.一种基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供系统，其特征在于:其包括加热盘管(I)、储盐罐(2)、熔盐加热器(3)、单螺杆膨胀机(4)、发电机(5)、回热器(6)和热水交换器(7)、工质循环泵(8)、熔盐泵(9)和碟式聚光器(10):其特征在于:太阳辐射经过碟式聚光器(10)聚焦至加热盘管(I)内加热流过的熔盐，加热后的熔盐一部分储存在与加热盘管(I)相连的储盐罐(2)内用于夜间和阴雨天的发电和供热，另一部分进入与加热盘管(I)相连的熔盐加热器(3)加热循环工质；熔盐加热器(3)的出口与单螺杆膨胀机(4)相连，循环工质被加热后变成蒸汽，进入单螺杆膨胀机(4)膨胀做功，单螺杆膨胀机(4)连接至发动机(5)带动发动机(5)发电；单螺杆膨胀机(4)内膨胀后的乏汽沿着管路进入回热器(6)预热进入熔盐加热器(3)前的循环工质后，进入热水换热器(7)冷凝为液态，液态循环工质通过工质循环泵(8 )加压进入熔岩加热器(3 )开始下一次循环，热水换热器(7 )内加热后的热水通过管道进入住户，向其提供采暖、生活热水等生活所需。
2.根据权利要求1所述的一种基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供系统，其特征在于:所述的碟式聚光器(10)为一台或多台并联同程安装。
3.根据权利要求1所述的一种基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供系统，其特征在于:所述的循环工质采用有机工质或水。
4.根据权利要求1所述的一种基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供系统，其特征在于:单螺杆发动机(4)为单级形式或多级形式，多级系统设计为串联、并联或混联等结构；单螺杆膨胀机选用非金属一金属螺杆星轮转子副。
【文档编号】F03G6/06GK203374438SQ201320396796
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年7月4日 优先权日:2013年7月4日
【发明者】马重芳, 吴玉庭, 张业强, 杜春旭 申请人:北京工业大学