专利名称：家用太阳能直膨式orc透平发电洗浴装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能发电装置洗浴，具体讲是一种家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置。
背景技术：
目前低温余热的热-功(电)转化技术主要有有机朗肯循环(organic Rankine cycle, 0RC)、斯特林循环、半导体热电(thermoelectric)材料温差发电、光伏发电等。其中，半导体热电材料温差发和电光伏发电效率较低、造价高昂，且受材料性能的制约；理论上Kalina循环具有较高效率，但其构成复杂，对系统密封性要求极高，尚需经实际工程应用结果的检验。相比之下，目前，国际上对有机朗肯循环(ORC)的心脏透平(或膨胀机)研究较为成熟，可采用向心透平、螺杆式、滚动转子式及蜗旋式膨胀机等多种形式，输出轴功率可小到1千瓦，大至数千千瓦。与传统的水蒸气朗肯循环发电技术相比，可简化系统，显著提高发电效率。因此，采用有机郎肯循环技术回收低温余热是目前研究的热点，也是未来低温余热回收利用的发展趋势。据保守估计，每年我国国内的ORC低温余热发电设备市场需求量至少在5X 106kWe左右，这意味着ORC技术每年有数千亿元的国内市场空间。鉴于低温热能发电技术广阔的应用前景和巨大的市场空间，西方发达国家对ORC技术严格保密。目前，国际上一些大型的低温余热发电设备生产商，已完成对我国大型冶金企业及石油化工企业中低温余热资源的初步调查，准备进入我国广阔的中低温余热发电市场。因此，加快适合我国国情的ORC技术的研究，特别是提高我国低温余热发电系统的设计水平，增强我国ORC设备制造及配套能力已刻不容缓。太阳的辐射功率达3.8Xl(f3kW，其中，约1.08X1014kW辐射到地球表面，即便光-电转化效率仅为1/10000，也能达到全世界总发电容量的近4倍之多。据估算，太阳在一月之内辐射到地球上的能量，可抵地球上包括石化燃料、原子能等在内的所有不可再生能源总储量的10倍之多，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。我国属太阳能资源相对丰富的国家，国土面积2/3地区年日照时数大于2300h，单位国土面积太阳能年辐射总量高于5016MJ/m2。因此，研究ORC太阳能发电技术对我国乃至全人类的持续发展有重要意义。目前对于小型的的太阳能热力发电系统，除采用常规水蒸气郎肯循环外，采用不同形式的太阳能ORC循环发电方式，在简化系统同时，还可提高发电效率，做到发电洗浴两不误，在传热流体温度达到300°C左右时，系统的发电效率可达到31. 3%，因此这一技术市场前景十分广阔。
发明内容本发明是利用有机朗肯循环(organic Rankine cycle, 0RC)原理、直膨式太阳能集热原理，以高效低沸点二元液作介质，设计成家用非聚焦低温太阳能ORC循环发电洗浴系统。直膨式太阳能集热器即是集热器又是低沸点二元液的蒸汽发生器，洗浴的水箱做系统的冷却冷凝，使发电和洗浴两种功能巧妙地结合为一体。方案如下一种家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置，由直膨式太阳能集热器、ORC透平发电机、蓄电器、冷凝水箱、储二元液罐、安全装置组成，其特征是直膨式太阳能集热器由若干集热排管、焊接在若干集热排管上的集热板、直膨式太阳能集热器边框、集热排管底部及四周的保温层、透光玻璃盖板构成；ORC透平发电机由低沸点ORC透平、与之连轴的励磁发电机、安全装置构成；冷凝水箱由水箱、装在水箱下部的冷凝盘管、装在水箱上边T/P阀、冷水进口、热水出口及花洒构成；输液管道将冷凝盘管的出口、储二元液罐、工质加压泵、直膨式太阳能集热器按序连通；输气管道将直膨式太阳能集热器出口、低沸点ORC透平、冷凝盘管的进口按序连通；低沸点二元液装在储二元液罐中。所述的直膨式太阳能集热器的集热排管平行排列，集热排管中装有低沸点二元液，集热排管内呈密封负压态，太阳光通过超导太阳能集热器的透光玻装璃盖板照在集热板上产生的辐射热，经集热排管可迅速传递给流经管中的低沸点二元液使其受热汽化通过直膨式太阳能集热器出口、输气管道，将蒸汽送入低沸点ORC透平做功输出电力。所述的低沸点ORC透平是结构简单的低沸点工质径流向心透平，通过输出连轴与励磁发电机连接，以减少流体力学损失机械损失，可获得多的有效动力。所述的激磁发电机的电力输出线与蓄电器连接，发出的电可以存储在蓄电器中供家户使用。所述的直膨式太阳能集热器出口处设置有液体分离器，以防止二元液液滴随之流入低沸点ORC透平后冷凝对低沸点ORC透平喷嘴或叶片造成影响。所述的冷凝水箱中的冷凝盘管装在水箱的下部，冷却源为水箱中的水。为了提高发电效率，水箱宜做大。洗浴利用的是发电后的余热水，洗浴时冷水从冷水进口进入水箱， 热水从热水出口、花洒流出供家户洗浴。水箱压力过高时通过T/P阀可以泄压。所述的工质加压泵为扁平特性加压泵，以克服太阳能热量变化引起的输出电压波动。所述的安全装置由装在低沸点ORC透平气体进口的应急断流阀和ORC透平出口的旁通应急断流阀构成，当系统异常时安全装置的动作使低沸点ORC透平入口的应急断流阀可直接关闭，同时打开旁通部分的应急断流阀，于是全部低沸点二元液气体从旁路流入冷凝水箱中的冷凝盘管，做到低沸点ORC透平的紧急刹车，做到事先防止故障损坏。所述的装在储二元液罐中的低沸点二元液是可以随温度发生相态变化的，沸点小于-50°C，临界温度小于85°C，不破坏臭氧，化学性稳定，不燃，凝固温度小于系统循环中最低温度的有机混合液态工质。家用超导太阳能ORC透平发电洗浴装置工作过程太阳幅射通过透光玻璃盖板照射在超导平板集热器的集热板上，集热板上选择性吸收涂层将太阳幅射能转化为热能，通过集热板、超导集热排管将热量迅速传递到流经管中的低沸点二元液使其受热汽化，汽化的高压二元液蒸汽进入低沸点ORC透平膨胀做工，带动激磁发电机输出电力，而后低沸点 ORC透平排气经金属管到冷凝水箱的冷凝盘管被水冷却凝结成液体存储在储二元液罐中， 经工质加压泵加压后再回到直膨式太阳能集热器入口进入直膨式太阳能集热器继续吸热蒸发，完成一个循环。需要洗浴时打开花洒，压力冷水从冷水进口进入水箱，热水从热水出口被顶出即可洗浴。洗浴用的是发电后的余热水，可以大量使用。[0016]本发明的有益效果温度在120°C以下的低温余热普遍存在于工业余热和太阳能低品位热源中，对其实施高效回收利用具有重要意义。利用数量庞大的低温余热每发 Ikff · h电量，约可节约0. 4kg标准煤及4kg水的消耗，减少约1. Ikg的C02、及氮氧化物等物质的排放，同时可减轻电厂大量用煤造成的沿线交通、运输及环境压力和电厂锅炉灰渣储运压力，是提高能源利用效率和降低环境污染的有效途径。家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置结构简单，安全可靠，具有太阳能发电和洗浴两种功能环保、节能、热电转换效率高，特别适于家庭和别墅使用，对于落实低碳经济策略，改变家庭能源结构，具有重要意义。
图1是本发明的结构原理示意图。图1中1、直膨式太阳能集热器2、0RC透平发电机3、蓄电器4、冷凝水箱5、 储二元液罐6、安全装置7、集热排管8、集热板9、集热器边框10、保温层11、透光玻璃盖板 12、低沸点ORC透平 13、励磁发电机 14、水箱 15、冷凝盘管 16、T/P阀 17、冷水进口 18、热水出口 19、花洒 20、输液管道 2 1、镁棒 22、工质加压泵 23、 输气管道M集热器出口 25、冷凝盘管进口 26、低沸点二元液27、液体分离器28、应急断流阀 29、旁通应急断流阀 30、冷凝盘管出口 31、直膨式太阳能集热器进口 32、 金属管具体实施方式
以下结合附图1和实施例对本发明作进一步说明一种家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置，由直膨式太阳能集热器1、ORC透平发电机2、蓄电器3、冷凝水箱4、储二元液罐5、安全装置6组成，其特征是直膨式太阳能集热器1由若干集热排管7、焊接在若干集热排管7上的集热板8、直膨式太阳能集热器边框9、集热排管7底部及四周的保温层10、透光玻璃盖板11构成；ORC透平发电机2由低沸点ORC透平12、与之连轴的励磁发电机13、安全装置6构成；冷凝水箱4由水箱14、装在水箱14下部的冷凝盘管15、装在水箱上边T/P阀16、冷水进口 17、热水出口 18及花洒19构成；输液管道20将冷凝盘管的出口 30、储二元液罐5、工质加压泵22、直膨式太阳能集热器进口 31按序连通；输气管道23将直膨式太阳能集热器出口 M、低沸点ORC透平12、冷凝盘管进口 25按序连通；低沸点二元液沈装在储二元液罐5中。所述的直膨式太阳能集热器1的集热排管7平行排列，集热排管7中装有低沸点二元液沈，集热排管7内呈密封负压态，太阳光通过超导太阳能集热器的透光玻装璃盖板 11照在集热板8上产生的辐射热，经集热排管7可迅速传递给流经排管中的低沸点二元液 26使其受热汽化通过直膨式太阳能集热器出口 24、输气管道23，将蒸汽送入低沸点ORC透平12做功输出电力。所述的低沸点ORC透平12是结构简单的低沸点工质径流向心透平，通过输出连轴与励磁发电机13连接，以减少流体力学损失机械损失，可获得多的有效动力。所述的激磁发电机13的电力输出线与蓄电器3连接，发出的电可以存储在蓄电器 3中供家户使用。所述的直膨式太阳能集热器出口 M处设置有液体分离器27，以防止二元液液滴随之流入低沸点ORC透平12后冷凝对低沸点ORC透平喷嘴或叶片造成影响。[0028]所述的冷凝水箱中的冷凝盘管15装在水箱14的下部，冷却源为水箱中的水。为了提高发电效率，水箱宜做大。洗浴利用的是发电后的余热水，洗浴时冷水从冷水进口 17 进入水箱14，热水从热水出口 18、花洒19流出供家户洗浴。水箱压力过高时通过T/P阀16 可以泄压。所述的工质加压泵22为扁平特性加压泵，以克服太阳能热量变化引起的输出电压波动。所述的安全装置6由装在低沸点ORC透平气体进口的应急断流阀28和ORC透平出口的旁通应急断流阀四构成，当系统异常时安全装置的动作使低沸点ORC透平12入口的应急断流阀观可直接关闭，同时打开旁通部分的应急断流阀四，于是全部低沸点二元液气体从旁路流入冷凝水箱4中的冷凝盘管15，做到低沸点ORC透平12的紧急刹车，做到事先防止故障损坏。所述的装在储二元液罐5中的低沸点二元液沈是可以随温度发生相态变化的，沸点小于-50°C，临界温度小于85°C，不破坏臭氧，化学性稳定，不燃，凝固温度小于系统循环中最低温度的有机混合液态工质。家用超导太阳能ORC透平发电洗浴装置工作过程太阳幅射通过透光玻璃盖板11 照射在超导平板集热器1的集热板8上，集热板8上选择性吸收涂层将太阳幅射能转化为热能，通过集热板8、集热排管7将热量迅速传递到流经排管中的低沸点二元液沈使其受热汽化，汽化的高压二元液蒸汽进入低沸点ORC透平12膨胀做工，带动激磁发电机13发电输出电力，而后低沸点ORC透平12排气经金属管32到冷凝水箱4的冷凝盘管15被水冷却凝结成液体存储在储二元液罐5中，经工质加压泵22加压后再回到直膨式太阳能集热器入口 31进入直膨式太阳能集热器1中继续吸热蒸发，完成一个循环。需要洗浴时打开花洒19， 压力冷水从冷水进口 17进入水箱14，热水从热水出口 18被顶出即可洗浴。洗浴用的是发电后的余热水，可以大量使用。
权利要求1.一种家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置，由直膨式太阳能集热器(1)、0RC透平发电机O)、蓄电器(3)、冷凝水箱G)、储二元液罐(5)、安全装置(6)组成，其特征是直膨式太阳能集热器(1)由若干集热排管(7)、焊接在若干集热排管(7)上的集热板(8)、直膨式太阳能集热器边框(9)、集热排管(7)底部及四周的保温层(10)、透光玻璃盖板(11) 构成；ORC透平发电机⑵由低沸点ORC透平(12)、与之连轴的励磁发电机(13)、安全装置 (6)构成；冷凝水箱由水箱(14)、装在水箱(14)下部的冷凝盘管(15)、装在水箱上边的T/P阀(16)、冷水进口(17)、热水出口(18)及花洒(19)构成；输液管道Q0)将冷凝盘管的出口(30)、储二元液罐(5)、工质加压泵(22)、直膨式太阳能集热器进口(31)按序连通；输气管道将直膨式太阳能集热器出口(M)、低沸点ORC透平(12)、冷凝盘管进口(25)按序连通；低沸点二元液06)装在储二元液罐(5)中。
2.根据权利要求1所述的家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置，其特征是所述的直膨式太阳能集热器(1)的集热排管(7)平行排列，集热排管(7)中装有低沸点二元液(26)，集热排管(7)内呈密封负压态。
3.据权利要求1所述的家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置，其特征是所述的低沸点ORC透平(1 是低沸点工质径流向心透平，通过输出连轴与励磁发电机(1 连接。
4.据权利要求1所述的家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置，其特征是所述的激磁发电机(13)的电力输出线与蓄电器(3)连接。
5.据权利要求1所述的家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置，其特征是所述的直膨式太阳能集热器出口 04)处设置有液体分离器07)。
6.据权利要求1所述的家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置，其特征是所述的冷凝水箱中的冷凝盘管(1 装在水箱(14)的下部，冷却源为水箱(14)中的水。
7.据权利要求1所述的家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置，其特征是所述的工质加压泵0 为扁平特性加压泵。
8.据权利要求1所述的家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置，其特征是所述的安全装置(6)由装在低沸点ORC透平气体进口的应急断流阀08)和ORC透平出口的旁通应急断流阀09)构成。
9.据权利要求1所述的家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置，其特征是所述的装在储二元液罐( 中的低沸点二元液06)是随温度发生相态变化、沸点小于-50°C、临界温度小于85°C、不燃烧有机混合液态工质。
专利摘要一种家用太阳能直膨式ORC透平发电洗浴装置，由直膨式太阳能集热器、ORC透平发电机、蓄电器、冷凝水箱、储二元液罐、安全装置组成，其特征是以高效低沸点二元液作介质，利用有机朗肯循环ORC原理、直膨式太阳能集热器蒸发原理，设计成家用非聚焦低温太阳能ORC循环发电洗浴系统，并以洗浴的水箱做冷凝系统，其结构简单，安全可靠，具有太阳能发电和洗浴两种功效，环保、节能、热电转换效率高，特别适于家庭和别墅使用。
文档编号F24J2/24GK202181997SQ20112013895
公开日2012年4月4日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者田海金 申请人:田海金, 蒋连法