承压型太阳能集热器热电联产系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种承压型太阳能集热水器热电联产 系统。
【背景技术】
[0002] 目前我国各类太阳能集热器的生产已经技术成熟，并且使用广泛。作为热水供应 系统，是极其方便清洁的使用方式。但是此种太阳能利用系统方式的缺陷是：系统只能提 供热水形式，不能充分利用太阳能的长时效多季节使用，即在无热水需求的时段和季节，此 太阳能利用系统将处于闲置状态；造成设备资源和太阳能量的极大浪费，且系统产能形式 单一。
[0003] 基于以上技术状况可以看出，现有的太阳能热水系统存在的一些问题，主要是在 使用时段和季节方面存在不充分性。由于系统产能的单一性缺陷，致使用户再无热水需求 时段和季节，系统将基本处于停滞运行状态；甚至受季节性影响，冬季时集热器内热水温度 较低时，系统的能量聚集时间长，产热量急剧下降，严重地降低了系统的产能量，以至于达 到无法使用的结果。由此可以看出系统的年利用率和年产能率极低。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种承压型太阳能集热器热电联产 系统，克服现有技术中太阳能集热器不能充分利用太阳能资源的问题。
[0005] 本发明的技术方案是：一种承压型太阳能集热器热电联产系统，包括并联的太阳 能集热供热子系统和太阳能集热发电子系统，两个子系统均为双循环方式，两个子系统共 用一个承压型太阳能集热器、主控机、转向阀、冷凝器和工质泵，所述太阳能集热发电子系 统还包括有膨胀机和发电机，所述太阳能集热供热系统还包括热水存储器、浮子阀、热水温 度计和内置加热器；
[0006] 所述太阳能集热发电子系统循环是指：系统主控机根据热水温度计的数据进行控 制操作，发出指令，将转向阀设置在连通承压型太阳能集热器与膨胀机位置，同时开启冷凝 器和工质泵，在承压型太阳能集热器中获得太阳能热量气化后的较高温压气态循环介质进 入膨胀机，并在其内膨胀转化的机械功输出给发电机，发电机将产生电力输出；膨胀后的较 低温压气态循环工质进入冷凝器，被冷凝成为低温液体，并由工质泵提升压力后输送到承 压型太阳能集热器继续加热，由此完成发电循环过程；
[0007] 所述太阳能集热供热系统循环是指：系统主控机根据热水温度计的数据进行控制 操作，发出指令，将转向阀设置在连通承压型太阳能集热器与热水存储器位置，同时开启冷 凝器和工质泵，在承压型太阳能集热器中获得太阳能加热气化后的较高温压气态循环介质 进入热水存储器中的内置加热器中，并在其内释放出气化潜热用以加热水，之后循环工质 进入冷凝器，被冷凝成为低温液体，并由工质泵提升压力后输送到承压型太阳能集热器继 续加热，由此完成供热循环过程。
[0008] 所述的太阳能集热器内的传热介质系一种带压型介质。
[0009] 所述热水存储器内设有浮子阀维持水位平衡。
[0010] 本发明的有益效果是：本项发明提出的承压型太阳能集热器热电联产系统，可消 除太阳能利用时段和季节的影响，达到全年运行的模式，这样年利用率获得极大提高；同时 在冬季即使无法获得需要的热水温度，但是由于季节冷热温差的大致相当，仍可利用系统 的发电功能来运行，由此会极大地增加年产能率，使太阳能全年的利用率达到最大化。
[0011] 本发明系统中的内装蒸发器式热水器系一种承压型设备，其内部的蒸发器的循环 热载体为一种低沸点介质。由此可实现循环介质的相变蒸发，可产生较高压力和温度的气 态流体。利用此种热/压流体的膨胀特性，可利用膨胀机实现机械能的转换，并带动发电机 产生发电效果，电量碳排放得以消除，实现清洁供电的效果。在需要供热时，可转化循环介 质的膨胀过程为换热过程，通过换热能输出热能，实现清洁供热的效果。本发明可使原有单 一供热型功能的太阳能系统变更为供热/供电型双功能型系统，增加了全时段全季节使用 的效果，可充分利用太阳能资源，同时实现节省矿物能源和保护环境的功效。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明承压型太阳能集热器热电联产系统流程示意图；
[0013] 其中：1、承压型太阳能集热器；2、膨胀机；3、冷凝器；4、工质泵；5、发电机；6、转 向阀；7、热水存储器；8、热水阀；9、浮子阀；10、热水温度计；11、主控机；12、内置加热器。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0015] 本发明承压型太阳能集热器热电联产系统系在常用的太阳能集热器系统中增设 了冷凝器。系统并联了太阳能集热供热和太阳能集热发电两个子系统，分别承担系统供热 和发电的运行功能，两个子系统均为双循环方式，其内在的循环介质统一为一种介质。在用 户需要热水时，系统将自动切断发电循环子系统，全力确保供热量；当用户供热量满足或者 停止需求时，系统将自动切断供热循环子系统，全力确保发电量。具体的运行技术方案如 下。
[0016] 太阳能集热发电子系统设备组成有：承压型太阳能集热器1 (共用），转向阀6 (共 用），膨胀机2,冷凝器3(共用），工质泵4(共用），发电机5构成，主控机11 (共用）构成； 太阳能集热供热系统设备组成有：承压型太阳能集热器1 (共用），转向阀6 (共用），热水存 储器7,浮子阀9,冷凝器3 (共用），工质泵4 (共用），热水温度计10,主控机11 (共用），内 置加热器12构成。
[0017] 当用户供热量满足或者停止需求时，系统主控机11将根据热水温度计10的数据 进行控制操作，可能的操作方式有两种：其一是热水温度计10的温度达到设定要求，这是 系统供热量满足情况；其二是在规定的时间内热水温度计10的温度上升值低于设定值，这 是系统供热量不满足情况。无论哪种情况发生，主控机11将发出指令，将转向阀6设置在 连通承压型太阳能集热器1与膨胀机2位置，同时开启冷凝器3和工质泵4。在承压型太阳 能集热器1中获得太阳能热量气化后的较高温压气态循环介质进入膨胀机2,并在其内膨 胀转化的机械功输出给发电机5,发电机将产生电力输出；膨胀后的较低温压气态循环工 质进入冷凝器3,被冷凝成为低温液体，并由工质泵4提升压力后输送到承压型太阳能集热 器1继续加热，由此完成发电循环过程。
[0018] 当用户需求供热量时，系统主控机11将根据热水温度计10的数据进行控制操作， 可能的操作方式有两种：其一是热水温度计10的温度达到设定要求，这时系统将继续维持 发电模式工作；其二是热水温度计10的温度低于设定值，这时系统将转化为供热模式工 作，系统主控机11将发出指令，将转向阀6设置在连通承压型太阳能集热器1与热水存储 器7位置，同时开启冷凝器3和工质泵4。在承压型太阳能集热器1中获得太阳能加热气化 后的较高温压气态循环介质进入热水存储器7中的内置加热器12中，并在其内释放出气化 潜热用以加热水，之后循环工质进入冷凝器3,被冷凝成为低温液体，并由工质泵4提升压 力后输送到承压型太阳能集热器1继续加热，由此完成供热循环过程。开启热水阀8提供 热水，浮子阀9确保热水存储器7中的水位达到平衡。
[0019] 实施例
[0020] 某太阳能热电系统在天津地区实施运行，其太阳能强烈照射和弱照射时段数值及 其相应的聚集量见表1 ;系统需产热水量2001/d，温度为50摄氏度；系统选用循环工质为 R152a，其在承压型太阳能集热器和冷凝器夏季、冬季和春秋季的工作温度及其热力参数见 表2。
[0021] 表1 :初始条件及计算表
【主权项】
1. 一种承压型太阳能集热器热电联产系统，其特征在于，包括并联的太阳能集热供热 子系统和太阳能集热发电子系统，两个子系统均为双循环方式，两个子系统共用一个承压 型太阳能集热器、主控机、转向阀、冷凝器和工质泵，所述太阳能集热发电子系统还包括有 膨胀机和发电机，所述太阳能集热供热系统还包括热水存储器、浮子阀、热水温度计和内置 加热器； 所述太阳能集热发电子系统循环是指：系统主控机根据热水温度计的数据进行控制操 作，发出指令，将转向阀设置在连通承压型太阳能集热器与膨胀机位置，同时开启冷凝器和 工质泵，在承压型太阳能集热器中获得太阳能热量气化后的较高温压气态循环介质进入膨 胀机，并在其内膨胀转化的机械功输出给发电机，发电机将产生电力输出；膨胀后的较低温 压气态循环工质进入冷凝器，被冷凝成为低温液体，并由工质泵提升压力后输送到承压型 太阳能集热器继续加热，由此完成发电循环过程； 所述太阳能集热供热系统循环是指：系统主控机根据热水温度计的数据进行控制操 作，发出指令，将转向阀设置在连通承压型太阳能集热器与热水存储器位置，同时开启冷凝 器和工质泵，在承压型太阳能集热器中获得太阳能加热气化后的较高温压气态循环介质进 入热水存储器中的内置加热器中，并在其内释放出气化潜热用以加热水，之后循环工质进 入冷凝器，被冷凝成为低温液体，并由工质泵提升压力后输送到承压型太阳能集热器继续 加热，由此完成供热循环过程。
2. 根据权利要求1所述承压型太阳能集热器热电联产系统，其特征在于，所述的太阳 能集热器内的传热介质系一种带压型介质。
3. 根据权利要求1所述太阳能热电联产系统，其特征在于，所述热水存储器内设有浮 子阀维持水位平衡。
【专利摘要】本发明公开了一种承压型太阳能热水器热电联产系统，包括并联的太阳能集热供热子系统和太阳能集热发电子系统，两个子系统均为双循环方式，两个子系统共用一个承压型太阳能集热器、主控机、转向阀、冷凝器和工质泵，所述太阳能集热发电子系统还包括有膨胀机和发电机，所述太阳能集热供热系统还包括热水存储器、浮子阀、热水温度计和内置加热器。本项发明提出的承压型太阳能热水器热电联产系统，可消除太阳能利用时段和季节的影响，达到全年运行的模式，这样年利用率获得极大提高；同时在冬季即使无法获得需要的热水温度，但是由于季节冷热温差的大致相当，仍可利用系统的发电功能来运行，由此会极大地增加年产能率，使太阳能全年的利用率达到最大化。
【IPC分类】F24D3-18, F03G6-06, F01K25-10, F25B27-00
【公开号】CN104612919
【申请号】CN201510051587
【发明人】张于峰, 董胜明, 贺中禄, 张彦, 姚胜, 邓娜, 盛颖
【申请人】天津大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月30日