专利名称：太阳能热复合发电系统的制作方法
技术领域：
本发明是一种将太阳光的热能集焦进行跟踪收集，利用吸收热量不同 的两种液体工质储藏热能作传导热能工质，将低温储热工质加温到近沸点 度数，将高温储热工质加温到近沸点度数，再将两种不同的储热工质进行 传导热能复合，使低温储热工质超零界汽化，高温工质采用循环补充热量 的损失，保持一定的高恒温，使得低温工质充分的汽化得到高压蒸气驱动 汽轮发电机发电。
背景技术：
目前，已知太阳能的热利用，有几大方面；太阳能空间加热，太阳能 热发电，太阳能光发电，太阳能制冷。太阳能空间加热技术，是将太阳能 的热直接储热收集利用，多以太阳能热水器，太阳能建筑物等。太阳能的 光伏发电技术，其主要是以太阳能电池、及电池制造技术，其已成为太阳 能发电的另一类的技术。太阳能制冷，是将太阳的热能变冷态目前市场上 还没有这类的产品。太阳能热发电，是将太阳的热能转换成电能的技术。 目前世界上太阳能热发电技术，按集热方式分类有三种集热发电方式；槽 式发电系统，碟式发电系统，塔式发电系统。槽式发电系统已开始商业化 应用，但它占地面积大，热能利用率低，制造成本高，不能跟踪太阳运行,
目前应用受于实验阶段。塔式发电系统，它由多面定日镜组成同样是占地 面积大，不能跟踪太阳运行，热利用率低。美国新墨西哥州桑迪亚国家实
验室建成的5000KW定日镜一塔式热发电，(参考文献、张鹤飞等。太 阳能热利用原理与计算机模拟)只是在实验性的应用，普及应用经济效益 还是比较低。碟式发电系统，也只是在实验阶段，太阳的跟踪、加热、发 电，须然能够得到高温但应用太困难不能普及。我国目前太阳能的热发电 技术，只是模仿其它国家的形式实验性的应用，具体的说中国目前没有自 己的技术，本发明的太阳能复合热发电技术目前是一个空白。
发明内容
为了更广地利用太阳无偿的有效热能能源，本发明是一种有太阳能的 集热、自动跟踪、热吸收、热传导、热能转换动能、动能转换电能的，复 合热、动能的转换发电系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是由集水塔、汽化塔、太 阳能热收集跟踪电路，太阳能热收集机械跟踪驱动装置，太阳能热收集， 太阳能热收集低温热传导工质，太阳能热收集高温热传导工质，低温、高 温两热传导工质传导系统，复合汽化发电机装置。
集水塔是一个园形密封金属盛水容器，上端有一个进口、顶部有一个 安全阀出口， 一个压力表连接出口， 一个工质高低位指示窗口，下端有一 个出口和一个排污出口。汽化塔也是一个园形密封金属盛水容器，置于集水塔下方，底部有一 个低温工质进入口， 一个排污口，下端有一个高温工质冷凝器出口，汽化 塔内部有用分格的冷凝器，上端有一个高温工质冷凝器入口，冷凝器的进、 入口，与汽化塔连接处密封，顶端有一个高温汽化出口， 一个压力安全阀 接口， 一个压力表接口。两塔下面是一个高于太阳能集热装置的铁塔。
太阳能热收集跟踪电路，由开关电路和驱动控制电路两部份组成。开
关电路由三极管BG1、 3DG6， BG2、 3DG12。 BG1的发射与BG2的基极 连接，集电极与集电极连接，BG1的基极与电源的正极间串连一个51K的 可调电阻和一个1K的电阻，集电极与正电源间串连一个继电器，BG1的 基极与BG2的发射极间连接光敏元件，BG2的发射极与电源的负极连接， 组成一个开关电路。电源用直流12V的电源。感光元件采用光敏电阻，光 亮时光敏电阻阻值减小，光暗时光敏电阻阻值加大。当外界光亮时R1、 R2 与光敏元件RL的分压比下降，一旦达到BG1导通电压，BG1 、 BG2导 通，继电器J吸合，电机启动运转。光暗时RL的阻值增大BG1、 BG2截 止，继电器断开电机不动。所以这个光控开关的动作是暗关亮开，调整R1 的阻值可以调整光照度的大小，符合使用，此电路是白天与晚上和阴天的 识别电路。跟踪电路是一个与识别同样的开关电路与识别电路并联，但对 RL的感光形式不同，因阳光有直射的特点,给RL加一个直射的感光通道， 使光线垂直于RL的感光面，RL的阻值才只有变化，开关电路道通工作。
驱动控制电路由继电器J3、 J4、 J5、 J6、 J10行程开关J9、 J7，单相 220V电容式电动机、制动器、减速机组成。继电器J4是一个常闭开关， 它的工作由开关电路控制，当有太阳光时对焦后电路工作，常闭触点断开 电动机运转停止。J5是一个常开触点，它的工作由另一路开关电路控制， 当外界的光线强度到设定值时，继电器吸合电路工作，电动机运转。J3是 一个转换触点开关，主要是控制电动机的正转、反转。J7是一个行程开关, 当集热跟踪的抛物体，跟踪到太阳下山时触动开关闭合，继电器J3线圈吸 合，电动机反转，集热跟踪的抛物体回到早上开始的位置。J6是继电器常 开触点，当J4闭合，继电器J6线圈吸合，J4断开后J3继电器线圈由于J6 的闭合形成回路，电动机的运转方向不变，抛物体回转过程中控制的开关 电路J4会断开，电动机会停止运转，集焦点回不到原来的焦点位置，J10 是防止对焦误动时的开关，只有回到早上开始位置再回到对焦点找到原来 的焦点位置，行程开关J9是个常闭开关，太阳落山后抛物体回转到早上开 始位置触动J9，所有开关回复到开始状态，的常闭触点到常开的位置，电 动机正常工作。
太阳能热收集机械跟踪驱动装置，由一个机架、电动机、减速机、制 动器、旋转体抛物面传动轴，旋转体抛物面镜，集热钽。电动机、制动器、 减速机固定在一个平面板上，组合成一套减速装置，减速装置一侧安装在 机架上，以机架为中心绕机架可以作90度角的调整。减速机输出端与旋转
体抛物面传动轴连接，传动轴另一端，固定在机架上，但能上下调节旋转 体抛物面镜与太阳的高度角。旋转体抛物面镜面安装固定在旋转体抛物面 传动轴的中心，转动传动轴可使旋转体抛物面镜面与太阳的方位角垂直。 集热钽是一中心空的金属密封钽体，底部有一个进口、 一个出口的连接头， 用支架安装在旋转体抛物面镜面的集焦点上。
太阳能热收集低温热传导工质，太阳能热收集高温热传导工质，低温、 高温两热传导工质。低温工质釆用水作传导物，水有易于受热，蒸发温度
低。高温工质采用储热量在300度——800度之间的液体作高温传导物， 此阶段的储热液体传导工质，对水物质的温度是一个超超零界受热汽化的 温度，可以设计到高压发电系统的要求。太阳能热收集低温工质热传导系 统，是由管道、管道阀、管道接头、给水泵、集热钽组成。先是由水泵的 出水口，用管道与集水塔的迸水口连接，给集水塔集水，防止集水塔的压 力过高，给集水塔加装一个安全阀。给进水口的位置安装一个止回阀，防 止集水塔的水回流。水流再成集水塔的出口到集热钽的进口，水在集热钽 内受热后，送到汽化塔。当要应用成中型或大型汽轮机时，将多个集热钽 串连在管道中，满足水温到100度时进汽化塔。太阳能热收集高温工质热 传导系统，由管道、管道阀、循环泵、冷凝器，从汽化塔到集热钽再到汽 化塔，组成一个封闭的循环回路。集热钽主要为吸收热量，由高温工质吸 收来的热量行成温差对流或由循环泵强制进行热量传送。冷凝器主要为蒸 发热量，将高温工质送来的热量传导给水，使水受热汽化蒸发，完成汽化 功能。
本发明的有益效果是，利用无穷无尽太阳的热能，采用简单低成本的 太阳光控制电路和机械传动装置，跟踪太阳的运行，用聚光镜原理将太阳 光会集加热。再让两种不同受热量的工质，吸收太阳光的热量。将两种吸 收热量不同的工质在压力容器内复合，复合后低温工质受热汽化产生动能， 驱动汽轮发电机发电。本热复合发电系统，还可以跟据发电功率输出的大 小，串联或并联多个集热装置组成阵列，连成巨阵组建成强大的热复合发 电系统，再利用太阳能得来的电能，并入电网或电解水制成氢气以解决我 国今后新能源的应用。
下面结合附图和实施例对本发明迸一步说明。 图l是本发明的系统构造图。
图2是本系统中的集水塔平面图。
图3是本系统中的汽化塔平面图。
图4是本系统中的太阳能热收集跟踪开关电路原理图。
图5是本系统中的太阳能热收集跟踪驱动控制电路原理图。
图6是本系统中的太阳能热收集机械驱动平面结构图。
图7是本系统中的低温工质、高温工质传导系统示意图。
在图1中，集水塔(1、 1)、汽化塔(1、 2)、太阳能电子跟踪开关电 路(1、 3)、太阳能跟踪驱动控制电路(1、 4)、太阳能热收集跟踪驱动机 械(1、 5)、低温工质输送子系统(1、 6)、高温工质输送子系统(1、 7)、 汽轮机发电子系统(1、 8)、铁架(1、 9)。
在图2中，集水塔容器体(2、 1)、进入口 (2、 2)、输出口 (2、 3)、 安全阀接口 (2、 4)、压力表接口 (2、 5)、观察窗(2、 6)、排污口 (2、 7)、 底座(2、 8)。
在图3中，安全阀接口 (3、 1)、冷凝器输入口 (3、 2)、汽化塔容器 体(3、 3)、冷凝器输出口 (3、 4)、排污口 (3、 5)、压力表接口 (3、 6)、 蒸汽输出口 (3、 7)、冷凝器(3、 8)、输入口 (3、 9)、底座(3、 10)。
在图4中，接收直线光的光敏电阻(4、 1)、上偏流电阻(4、 2)、上 偏流可调电阻(4、 3)、 NPN结整流三极管(4、 4)、 NPN结调整三极管(4、 5)、继电器线圈(4、 6)、光敏电阻(4、 7)、上偏流电阻(4、 8)、上偏流 可调电阻(4、 9)、 NPN结整流三极管(4、 10)、 NPN结调整三极管(4、 11)、继电器线圈(4、 12)、桥整流电路(4、 13)、 220V变12V变压器。
在图5中，220V电动机绕组(5、 1)、电动机启动电容(5、 2)、常 开闭合继电开关(5、 3)、常开开关(5、 4)、常开开关(5、 5)、常开开关 (5、 6)、行程常开开关(5、 7)、继电器线圈(5、 8)、行程常闭开关(5、 9)、常开开关(5、 10)、刹车松闸线圈(5、 11)。
在图6中，机架(6、 1)、电路安装盒(6、 2)、传导工质输入接口 (6、 3)、传导工质输出口 (6、 4)、垂直角调节杆(6、 5)、旋转体抛物面镜(6、 6)、太阳光集热钽(6、 7)、感光垂直通道(6、 8)、传动轴轴承座(6、 9)、 传动轴(6、 10)、传动轴大齿轮(6、 11)、传动链条(6、 12)、可调动机 板(6、 13)、传动小齿轮(6、 14)、有刹车的减速机(6、 15)。
在图7中，供水泵(7、 1)、集水塔出水管道(7、 2)、集水塔进水管 道(7、 3)、集水塔(7、 4)、低温工质水(7、 5)、集水塔排污口 (7、 6)、 汽化塔(7、 7)、水蒸气(7、 8)、冷凝器(7、 9)、水蒸气输出管道(7、 10)、汽化塔低温工质水输入管道(7、 11)、汽轮发电机(7、 12)、低温 工质集热钽(7、 13)、低温旋转体抛物面镜(7、 14)、低温工质串连管道
(7、 15)、高温工质输入管道(7、 16)、高温工质循环泵(7、 17)、高温 工质输出管道(7、 18)、高温工质集热钽(7、 19)、高温旋转体抛物面镜
(7、 20)、高温工质串连管道(7、 21)。
具体实施例方式
在图1中，集水塔(1、 1)安装在汽化塔(1、 2)的上面，下面安装 铁'架(1、 9),铁架的高度要高于太阳能热收集跟踪驱动机械(1、 5),集 水塔的低温工质由供水水泵(1、 6)和管道供给，低温工质出集水塔经太 阳能热收集跟踪驱动机械回到汽化塔(1、 2)内，与汽化塔内的冷凝器的 高温工质传导的热能进行混合，产生蒸汽推动汽轮发电机(1、 8)发电，
冷凝器内的高温工质由循环泵(1、 7)循环传导，太阳能热收集跟踪机械 吸收来的热能，太阳能热收集机械有驱动机械(1、 4),跟踪对焦自动开关 电路和自动驱动电路(1、 3)，自动跟踪太阳获取更多的热能，对焦又能获 得最高的高温，使水能超零界的汽化短时内产生高压水蒸气，推动汽轮发 电机发电。
图2所示的实施实例中是集水塔平面图，图中(2、 1)是集水塔的壳 体，壳体由钢板巻成圆形的密封压力容器，内面可装低温工质水，壳体上 面有一个进水口 (2、 2)与供水管道连接，下面有一个出水口 (2、 3)与 低温输出管道连接，顶部有两个接口， 一个(2、 4)是安全阀接口，另一 个是压力表接口观察集水塔内部的压力，侧面有一个水位观察窗(2、 6) 以便观察水位的高低，底部有一个排污口 (2、 7)由闸阀控制，底部下面 是底座(2、 8)与汽化塔顶部的底座用螺丝连接。
图3所示的实施实例中是汽化塔平面图，图中(3、 3)是汽化塔的壳 体，壳体由钢板巻成圆形的密封压力容器，内部安有用多根毛细管并连焊 接的冷凝器(3、 8)，冷凝器上端的输入口 (3、 2)伸出汽化塔壳体，与壳 体相连处用焊接密封，冷凝器下端的输出口 (3、 4)与上端一样，伸出体 外用焊接密封，汽化塔侧面上部有一个蒸汽输出口 (3、 7),侧面下部有一 个输入口 (3、 9)，低温工质受热后进入此口到汽化塔内，再度受热汽化， 汽化塔顶部有两个接口 (3、 1)是安全阀接口， (3、 6)是压力表接口，底
部有一个排污口 (3、 5)， (3、 10)分别是安装的底座。
图4所示的实施实例中是太阳能热收集跟踪开关电路图，图中由感光 元件RL光敏电阻(4、 1)与一个1K电阻(4、 2)和一个可调51K电阻 (4、 3)组成上下偏流电阻，NPN结整流三极管(4、 4)采用3DG6， NPN 结调整三极管(4、 5)采用3DG12， 3DG6 (4、 4)的发射极与3DG12 (4、 5)的基极连接，集电极与集电极连接，3DG6 (4、 4)的基极与电源的正 极间连接一个51K (4、 3)的可调电阻和一个1K (4、 2)的电阻，组成上 偏流，与负极间串连一个RL光敏电阻(4、 1)，集电极与正电源间串连一 个继电器线圈，3DG12 (4、 5)的发射极与电源的负极连接，组成一个单 元开关电路，电源采用12V的直流电源，光照度到一定值时光敏电阻阻值 减小，与上偏流电阻的分压比下降，一旦达到3DG6导通电压，3DG6、3DG12 导通，继电器的线圈(4、 6)吸合，驱动电机启动运转，反之光暗时电路 截止继电器断开电机不动，本电路采用两个开关电路， 一个是识别白天和 晚上或是阴天的开关电路，此电路的RL对光照度的大小由可调电阻的阻 值大小来决定导通或截止，另一个是追踪太阳对焦点的开关电路，此电路 的RL密封在一个由直径是8cm、长度是200cm的钢管内的底部，只有光 线垂直穿过钢管照到底部RL才能阻值减小，钢管与旋转体抛物面镜水平 垂直安装，太阳光垂直于钢管时也同时垂直于旋转体抛物面镜，这样有太 阳光时电路开始工作并能找到对焦，完成开启到追踪。 图5所示的实施实例中是太阳能热收集跟踪驱动控制电路图，图中(5、 1)是单相220V电容式电动机，它主要提供驱动动力转动旋转体抛物面 镜，常开开关(5、 5)由一个单元开关电路控制，有光照时开关闭合，常 闭开关(5、 4)也由一个单元开关电路控制，有光照时开关断开用于对焦 定位，常开常闭开关(5、 3)是控制制电动机正反转开关，在常闭位置电 动机正转，常开位置电动机反转，行程开关(5、 7)当集热跟踪装置跟踪 太阳行驶到落山时触动，行程开关(5、 7)闭合，(5、 7)的闭合使常开开 关(5、 6)、 (5、 10)闭合，常开常闭开关(5、 3)常闭触点断开常开触点 闭合，电动机反转，跟踪装置反转到早开始位置触动行程开关(5、 9)常 闭触点断开，(5、 9)的断开使常开开关(5、 6)、 (5、 10)、 (5、 3)回到 原来的常开状态，电动机进入正向运转状态，当常闭开关(5、 4)断开刹 车线圈(5、 11)失压，刹车抱紧不动。
图6所示的实施实例中的太阳能热收集机械驱动结构图，图中(6、 15) 是带有刹车、减速机的驱动电动机，驱动电动机固定在可调动的机板(6、 13)上，力矩输出由小齿轮(6、 14)带动传动链条(6、 12),传动链条再 带动大齿轮(6、 11)，大齿轮固定安装在传动轴(6、 10) —端，传动轴的 平衡由轴承、轴承座(6、 9)固定，旋转体抛物面镜(6、 6)中心底座与 传动轴的长度中心固定成一体，旋转体抛物面体随传动轴一起转动，传动
轴的另一端有上下滑动的垂直调节杆，调节杆的作用主要是调整旋转体抛 物面镜与太阳的垂直角，只有太阳光与旋转体抛物面镜垂直感光垂直通道
(6、 8)，才能作出反应，感光垂直通道的安装与旋转体抛物面镜水平垂直 一致，集热钽(6、 7)放置于旋转体抛物面镜的光线集焦点上，受热量最 大获得的热能最多，集热钽的支撑用传导工质的输出管(6、 4)、输入管(6、 3)作支撑，机上的控制电路板放置于机架(6、 1)上的电路安装盒(6、 2) 内。
图7所示的实施实例中的低温工质、高温工质传导系统示意图，图中 (7、 1)是低温工质水的供给泵，低温工质水(7、 5)沿进入管道(7、 3) 到集水塔(7、 4)，再成集水塔排出口 (7、 2)沿管道到低温工质集热钽(7、 13)加热，为了快速的加热可以串联(7、 15)或并联多个集热钽，集热量 的高低由旋转体抛物面镜(7、 14)的面积大小决定，受热后的低温工质由 集热钽的输出口顺汽化塔低温工质水输入管道(7、 11)，到汽化塔(7、 7) 内与高温工质复合，高温工质采用储热量在300度——800度之间的液态 工质作高温传导物，此温度内的工质便于组织原材料易于使水汽化，高温 工质主要装在汽化塔(7、 7)内的冷凝器(7、 9)里，冷凝器的进口连接 高温输入管道(7、 16),高温工质经过冷凝器(7、 9)由高温工质循环泵 (7、 17)推动沿输出管道(7、 18)到高温工质集热钽，受热后返回到冷
凝器内构成封闭的循环管道，高温工质的加热与低温工质的加热一样，可
以并联或串联管道和多个高温集热钽(7、 19),集热量的高低由旋转体抛 物面镜的大小决定，当两种工质都充分受热后，它们的集合点是汽化塔(7、 7)在汽化塔内低温工质汽化产生水蒸气(7、 8)，水蒸气由水蒸气输出管 道(7、 10)传送到汽轮发电机，推动汽轮机转动完成最后的发电，这样由 集热吸热量到传导热量、热量复合汽化低温工质水推动汽轮发电机的，高 温工质不停的循环，太阳能热复合发电系统完成。
权利要求
1、一种由集水塔、汽化塔、太阳能热收集跟踪电路、太阳能热收集机械跟踪驱动装置、太阳能热收集、太阳能热收集低温热传导工质、太阳能热收集高温热传导工质、热收集低温、高温两种热传导工质传导系统、汽化发电系统、组合而成的太阳能复合热发电系统。其特征是集水塔是一个止回路的盛水水塔，汽化塔是一个内有冷凝器盛水汽化的汽化容器，低温工质由集水塔到热收集储藏热量，再出热收集到传导系统到汽化塔汽化产生蒸汽，驱动汽轮机发电，高温工质成冷凝器到热收集储藏热量，传导系统再将受热后的工质反回冷凝器，两种受热后的工质在汽化塔内复合，将热能传导给低温工质使低温工质汽化，热收集机械跟踪驱动装置，由一套减速机装置驱动一个旋转体抛物面镜，使旋转体抛物面镜面正面对太阳，沿太阳绕地球运行的方位角转动，保持太阳光与旋转体抛物面镜镜面垂直，旋转体抛物面镜的聚焦处有一个金属的集热钽，收集热能再将热能传导给钽内的热传导工质收藏，热收集跟踪开关驱动电路，由两种电路组成，一种是开关电路，根据太阳的特性光照度和光的直线传布，设置两个不同的感光接收元件，一个接收太阳的光照度，电路根据光照度的大小开或关工作，另一个以光的直线传布特性，给感光元件加装一个中间有小孔，太阳光垂直小孔时光线才能穿过的通道，电路以感光元件接收到光线或没有光线作开、关工作，另一种电路以继电器为主，根据感光电路的信号再指令电动机工作，热收集低温工质传导系统，主要是供给系统，将低温工质不间断的供给汽化塔汽化，热收集高温工质传导系统，是一个循环系统，将集热钽内的储足热能的高温工质，传到汽化内的冷凝器释放热能，再又回到集热钽内储热，使之汽化塔内不间断的有蒸汽产生，产生的蒸汽推动汽轮发电机发电，完成热复合后的发电。
2、 根据权利要求1所述的热复合发电系统中两种储热工质、采用液体 作传导工质，其特征是低温工质采用水，高温工质只要要求是汽化沸点 在于300度至800度之间的液体都可作高温工质，两种储热传导的工质储 足热量后再共同在汽化塔内复合，使低温介质超零界汽化，得到称足的蒸 汽驱动汽轮发电机发电。
3、 根据权利要求1所述的复合热发电系统中汽化塔，其特征是 一个 盛水密封的压力容器，容器内部安装有冷凝器，储足热能的水和另一个高 于水汽化热量的高温工质， 一起在汽化塔内热能混合，让两工质在塔内温 度互相传导。
4、 根据权利要求l所述的复合热发电系统中跟踪电路，其特征是由晶体三极管和电阻、可调电阻、光敏电阻组成的开关电路，调动可调电阻 可以调节太阳光的光照度，有太阳光时电路闭合工作，给一路电路光敏电 阻加装一个光线垂直通道，与旋转体抛物面镜水平垂直安装，当太阳光与 旋转体抛物面镜面垂直时，太阳光垂直穿过通道照在光敏电阻上，光敏电 阻阻值减少电路关闭，驱动电路由继电器、常开、常闭开关组成，其主要 是控制旋转体抛物面镜追踪太阳光方位，保持太阳光与旋转体抛物面镜面 垂直，早晨有太阳光光照度时电路自动工作，调整旋转体抛物面镜对准太 阳，晚上没有太阳时触动行程开关旋转体抛物面镜回到早上开始位置。
全文摘要
一种以太阳的热能进行集焦跟踪收集，再将收集的热能分别用两种吸热不同的工质储热传导，在同一个压力容器内复合，复合的低温工质汽化产生蒸汽，转换成动能推动汽轮发电的热复合发电系统。它是由集水塔盛低温工质，低温工质由传导子系统传送到，太阳能热收集装置加热，再送到汽化塔，太阳能热收集由热收集跟踪开关驱动电路，热收集机械跟踪驱动装置，集热钽、旋转体抛物面镜组成，汽化塔内有冷凝器，冷凝器内有高温工质，高温工质成冷凝器由传导子系统传送到，太阳能热收集装置加热，再又回到冷凝器将受热的高温与汽化塔内的低温工质，两种吸收不同热泪盈眶量的工质进行复合，使低温工质受热快速汽化，产生高压蒸汽传输给汽轮发电机发电。
文档编号F03G6/06GK101354021SQ20071014154
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者张文广 申请人:张文广