专利名称：利用太阳能发电的方法、装置及热能发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用太阳能转变为热能，再将热能转变为电能的方法、装置及用 于该方法的热能发电机。
背景技术：
太阳能是一种取之不尽，用之不竭的能源，它还具有清洁、环保的优点，因此太 阳能的利用一直是人们开发新能源研究的一个热点。太阳能发电是太阳能利用的一个 重要方向，目前，太阳能发电装置主要有二种方式， 一种是利用光电效应将太阳能转
变为电能，如中国专利号200420015924. 0的专利文献公开的一种太阳能发电装置，它 就是通过硅电池把太阳能转变为电能，为提高效果，它还设置了-一个太阳光方位自动 跟踪仪，最大限度地利用太阳光发电。由于目前受光电技术的限制，光电的转换效率 低，太阳能利用率最高只能达到15%左右，因此它的缺点是太阳能利用率低，价格昂 贵。另一种方式是把太阳能转变为热能，再把热能转变为动能，然后由动能转化为电 能。如中国专利号为02208516. 5的专利文献公开的一种太阳能发电装置,它是通过聚 光装置，把大面积的太阳光聚焦到一起后对水箱内的水进行加热产生水蒸汽，水蒸汽 推动蒸汽轮机旋转，再带动发电机转动发电，水蒸汽从蒸汽轮机出来后由水泵直接送 入冷却塔进行冷却后返回水箱循环利用。由于单位面积太阳光线的能量是有限的，必 需采用庞大的聚光装置聚集光线，否则很难获得满足蒸汽机工作时所需压力的水蒸 汽，必然导致增加投入成本，使结构复杂，实用性不强，同时由于水蒸汽冷凝要释放 大量的热量，因此太阳能利用率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种实用性强、太阳能利用率高、结构简单的利用太阳能发 电的方法、装置及热能发电机。
按本发明提出的一种利用太阳能发电的方法，包括如下步骤(1)、用泵将储液 罐内的液态制冷剂输送到太阳能集热器中，通过太阳能集热器吸收太阳能使制冷剂蒸 发(2)、将太阳能集热器内蒸发汽化的制冷剂用管道输送至热能发电机中，带动热 能发电机转子旋转发电；(3)、将热能发电机流出的气态制冷剂冷却并送回储液罐中； 上述步骤循环往复。本发明利用制冷剂受热迅速汽化的特点，用太阳能集热器作为制 冷剂的蒸发器，利用太阳能对制冷剂加热，使其汽化并获得高温高压的气体，再推动
热能发电机旋转进行发电，把大部分热能转换成电能后变为低温低压状态，然后进行 冷凝、液化，再送入储液罐中进行循环使用。由于制冷剂汽化迅速，吸收热量快，冷 凝时释放的热量少，焓降少，因此，太阳能利用效率高。
按本发明提出的利用太阳能发电的装置，它包括太阳能集热器、热能发电机、储 液罐和泵，太阳能集热器流体出口端有管道与热能发电机流体进口端相通，热能发电 机流体出口端有管道与储液罐的进口端相通，储液罐的出口端有管道与泵的进口端相 通，泵的出口端有管道与太阳能集热器的流体进口端相通，使得储液罐、泵、太阳能 集热器和热能发电机共同组成工作回路，所述回路的热能发电机、泵的出口分别串接 有单向阀；回路中的流体工作介质为制冷剂。
为了使由热能发电机流出的气态制冷剂在进入储液罐前能够冷凝液化，方便储液 罐收集，上述装置还包括一个冷凝器，冷凝器的进口端通过管道与热能发电机的出口 管相通，冷凝器的出口端有管道与储液罐的进口端相通。
由于热能发电机在发电过程中会产生热量而升温，为确保热能发电机的正常工 作，它还包括一个冷却支路，它包括一个与热能发电机进行热交换的换热器，换热器 进出口端分别有管道与泵出口端、太阳能集热器流体进口端相通，在换热器的流体进 出管上分别串接有单向阀。这样从泵出来的低温工作介质即能对热能发电机进行冷 却，在支路中有单向阔从而保证流体方向的稳定性。
按本发明提出的一种热能发电机，它为膨胀轮发电机，它包括定子、转子、转动 轴、外壳和膨胀叶轮，在外壳上设介质进口和出口，定子固定在外壳上，和定子作相 对转动的转子固定在转动轴上，转动轴转动联接在外壳上，在转动轴上固定有膨胀叶 轮，在膨胀叶轮的流体入口处设有环形喷嘴，该环形喷嘴的周向侧面上设有若干个导 流叶片，使得流体沿膨胀叶轮叶片的法线方向进入膨胀叶轮内。由于有环形喷嘴上导 流叶片的导流作用，使高温高压气体沿叶片的法线方向冲向膨胀叶轮的叶片，将极大 地提高膨胀轮发电机的效率。
为保证和提高热能发电机的效率，上述的膨胀轮发电机，在膨胀叶轮叶片外侧设 有端盖，端盖内侧面与涡轮叶片回转面配合，端盖的中心设有流体出口。由于有端 盖对流体介质的密封和进一步导向作用，将保证和提高膨胀轮发电机的效率。
为进一歩提高热能发电机的效率和可靠性，所述的膨胀轮发电机为双膨胀叶轮发 电机。这样两个轴向相对而周向推力相同的膨胀轮推动转动轴旋转，不仅进一歩提高 了发电机的效率，而且因平衡了膨胀轮的轴向力，所以提高了发电机的可靠性。
本发明的优点是采用制冷剂作为流体工作介质，汽化迅速，吸收热量快，冷凝时 释放的热量少，焓降少，太阳能利用率可达到40 60%,太阳能利用率比采用硅板的 太阳能电池大大提高，发电方法简单，所用设备少，双膨胀叶轮发电机采用独特的喷 嘴及导流端盖，可以提高发电效率，实用性强，应用前景广泛。
图1为本发明利用太阳能发电的装置系统原理图。
图2为本发明双涡轮发电机结构示意图。
图3为本发明的涡轮主视图。
图4为图3的M—M向剖视图。
图5为本发明的环形喷嘴的剖视图。
图6为图 5的W—W向剖视图。
图中，1、热能发电机，2、调节阀，3、太阳能集热器，4、单向阀，5、调节阀， 6、单向阀，7、泵，8、调节阀，9、储液罐，10、截止阀，11、冷凝器，12、单向阀， 13、单向阀，14、调节阀，15、换热器，16、轴承座，17、轴承，18、轴封，19、密 封件，20、隔热室，21、出口， 22、出口衬套，23、隔热套，24、工作腔，25、膨 胀室，26、螺钉，27、进口、 28、环形通道，29、环形喷嘴，30、外壳，31、定子， 32、转子，33、转动轴，34、键，35、冷却出口、 36、键，37、端盖，38、通孔，39、 冷却入口， 40、涡轮，41、叶片，42、导流叶片，A- F、管道。
具体实施例方式
本发明利用太阳能发电的装置如图l所示，它由太阳能集热器3、热能发电机l、 冷凝器ll、储液罐9和泵7组成，太阳能集热器3的流体出口与热能发电机1的流体 入口通过管道A连接，为能够调节管道的流量大小，在管道A上串接调节阀2，冷凝 器ll的流体进口与热能发电机l的流体出口有管道B连接，冷凝器11的流体出口与 储液罐9的流体进口由管道C连接，储液罐9的流体出口与泵7的流体入口有管道D 连接，泵7的流体出口与太阳能集热器3有管道E连接，共同组成工作回路。为保证 回路中流体方向稳定性，在回路的管道B和E上分别串接单向阀12和6。为调节泵7 .的出口流量，在管道E上还串接有调节阀5。储液罐9上还装有安全阀和排污阀。图 中箭头表示太阳光线照射方向。在管道中的流体工作介质为中、高温制冷剂，制冷剂 可以选用CFC系列、氨或新型无氟制冷剂(如异丁烷、异戊垸等)。为了提高制冷剂的 汽化温度和压力，太阳能集热器3可采用多根并联或串联方式连接，以有效利用太阳
能集热器的受热面积。
在本发明还设有热能发电机冷却支路。它包括一个与热能发电机1进行热交换的 换热器15，该换热器可以是将热能发电机部分包覆的容器，其进出口端分别用管道F、 G与泵7流体出口端、太阳能集热器3流体进口端相通，管道F、 G上分别串接有单向 阀5和单向阀4。为调节管道中的流体的流量大小，管道F上还串接调节阀13。
热能发电机1采用双膨胀叶轮发电机。双膨胀叶轮发电机的结构如图2所示，它 包括定子31、转子32、转动轴33、外壳30和涡轮40，在外壳30上设有介质入口 27, 定子31固定在外30上，和定子31作相对转动的转子32通过键34固定在转动轴 33上，转动轴33通过轴承17转动联接轴承座16上，轴承座16固接在外壳3()上， 在转动轴33的两端都固定有膨胀轮40。在膨胀轮40与轴承座16之间还设有轴封18, 轴封18与转动轴33接触面用密封件19进行密封，共同阻止工作介质进入定子内腔。 在膨胀轮19侧面上设有若干叶片41，形成工作腔24，膨胀轮4()是通过键36和螺钉 26固接在转动轴33上。在膨胀轮40的正前方固定有端盖37，端盖37上设有供流体 工作介质流出的通孔38。端盖37内侧面的形状和膨胀轮40外侧面形状相适配。在膨 胀轮40的外周固定环形喷嘴29，膨胀轮40套装在环形喷嘴29内，沿环形喷嘴29的 周向侧面上均布有若干个导流叶片42，导流叶片42的导流方向使得流体沿膨胀轮叶 片41的法线方向进入膨胀叶轮内。当然导流叶片42的导流方向与叶片41的法线方 向成一定的角度，仍然能够推动膨胀轮40转动发电，但效果随角度的增大，而热能 利用率越差。在外壳30的前端设有膨胀室25，膨胀室25通过环形通道28与环形喷 嘴29上的导流叶片42相连通。在膨胀室25中央设有柱形通道20，在通道20内固定 有出口衬套22，出口衬套22的一端与端盖37上的通孔38连通，另一端与出口21相 连通，出口衬套22套装在隔热套23内，使进出气体不产生热交换。在双膨胀叶轮发 电机内还设有发电机内腔，在外壳30上设有冷却入口 39和冷却出口 35分别与发电 机内腔进出口相连接。
本发明是这样工作的太阳能集热器3收集太阳能对送入太阳能集热器3中的制 冷剂进行加热，由于制冷剂的汽化温度低，因此很快汽化为气态，并随着温度的升高 管道中的压力越来越大，以异丁垸制冷剂为例，温度为9(TC时压力可达2MPa，这样 高温高压的气体从管道A传送给热能发电机1，气体从环形喷嘴29膨胀将部分焓转变 成动能，喷向膨胀轮40上的叶片41,推动膨胀轮40旋转发电。从双膨胀叶轮发电机 i出来的低温低压气体进入冷凝器11冷凝，被冷凝后的工作介质变成液体进入储液罐
9，从储液罐9再经过泵7泵入太阳能集热器3重新加热升温，循环工作，从而达到 连续发电的目的。通过换热器对热能发电机进行冷却，同时也对双膨胀叶轮发电机产 生的热量达到充分利用。
本发明的双膨胀叶轮发电机是这样工作的当高温高压的制冷剂气体从两端的入 口 27进入后从环形喷嘴29喷向膨胀轮40上的叶片41，推动膨胀轮40旋转，从而带 动发电机进行发电，从出口 21流出制冷剂气体即变为低温低压气体。
权利要求
1、一种利用太阳能发电的方法，其特征在于它包括如下步骤(1)、用泵将储液罐内的液态制冷剂输送到太阳能集热器中，通过太阳能集热器吸收太阳能使制冷剂蒸发；(2)、将太阳能集热器内蒸发汽化的制冷剂用管道输送至热能发电机中，带动热能发电机转子旋转发电；(3)、将热能发电机流出的气态制冷剂冷却并送回储液罐中；上述步骤循环往复。
2、 一种利用太阳能发电的装置，包括太阳能集热器[3]和热能发电机[1]，太阳能集 热器[3]流体出口端有管道与热能发电机[1]流体进口端相通，其特征是它还包括储液罐[9]和泵[7]，热能发电机[1]流体出口端有管道与储液罐[9]的进口端相通，储液罐 [9]的出口端有管道与泵[7]的进口端相通，泵[7]的出口端有管道与太阳能集热器 [3]的流体进口端相通，使得储液罐[9]、泵[7]、太阳能集热器[3]和热能发电机[1] 共同组成工作回路,所述回路的热能发电机[l]、泵[7]的出口分别串接有单向阀U2] 和单向阀[6];回路中的流体工作介质为制冷剂。
3、 根据权利要求2所述的装置，其特征是它还包括一个冷凝器[ll]，冷凝器[ll]的 进口端通过管道与热能发电机[l]的出口管相通，冷凝器[ll]的出口端有管道与储液 罐[9]的进口端相通。
4、 根据权利要求2或3所述的装置，其特征是它还包括一个冷却支路，它包括一个 与热能发电机[1]进行热交换的换热器[15]，换热器进出口端分别有管道与储液罐[9] 出口端、太阳能集热器[3]流体进口端相通，在换热器的流体进出管上分别串接有单 向阀[13、 4]。
5、 一种用于权利要求2所述装置的热能发电机，它为膨胀轮发电机，包括定子[31]、 转子[32]、转动轴[33]、外壳[30]和膨胀叶轮[40]，在外壳[30]上设介质进口 [27]和出口 [21]，定子[31]固定在外壳[30]上，和定子[31]作相对转动的转子[32]固定在转动轴[33] 上，转动轴[33]转动联接在外壳[30]上，在转动轴[33]上固定有膨胀叶轮[40]，其特征 是在膨胀叶轮[40]的流体入口处设有环形喷嘴[29]，该环形喷嘴[29]的周向侧面上设有 若干个导流叶片[42]，使得流体沿膨胀叶轮叶片[41]的法线方向进入膨胀叶轮。
6、 根据权利要求5所述的热能发电机，其特征是在膨胀叶轮[40]叶片[41]外侧设有端 盖[37]，端盖[37]内侧面与膨胀叶轮[40]叶片回转面配合，端盖[37]的中心设有流体出 口[38]。
7、 根据权利要求6所述的热能发电机，其特征是所述的膨胀轮发电机为双膨胀叶轮 发电机。
全文摘要
本发明公开了一种利用太阳能发电的方法、装置及热能发电机，该方法用泵将储液罐内的液态制冷剂输送到太阳能集热器中，用太阳能使其蒸发，带动热能发电机转子旋转发电。该装置包括太阳能集热器[3]、热能发电机[1]、冷凝器[14]、储液罐[11]和泵[9]组成工作回路，回路中的工作介质为制冷剂。本发明所采用的热能发电机为双膨胀叶轮发电机。本发明利用制冷剂作为受热载体，冷凝时释放的热量少，焓降少，太阳能利用率可达到40～60％，发电方法简单，所用设备少，发电机效率高，实用性强，应用前景广泛。
文档编号F03G6/06GK101113722SQ20061010791
公开日2008年1月30日 申请日期2006年7月24日 优先权日2006年7月24日
发明者海 王 申请人:海 王