專利名稱：太陽能渦輪膨脹熱電聯(lián)供能源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能利用裝置，確切地說，涉及一種利用太陽能制成的渦輪膨脹機高速運轉(zhuǎn)而提供電能和熱能的動力裝置。
太陽能是一個可以源源不斷地向人類提供清潔能源的巨大寶庫，據(jù)估算，地球每年從太陽獲得的總能量可達60億億度，比目前全世界各種能源產(chǎn)生的能量總和還大兩尤力倍，在四十分鐘內(nèi)輻照到地球上的太陽能相當于如今全世界一年的能源消費量。而且，太陽能還是非常清潔的理想能源，幾乎不會引起環(huán)境污染，太陽能又幾乎不受地區(qū)限制，地球上的許多地方都可以利用。但是，在地球表面太陽能的密度很低，最高值只有1千瓦／平方米；太陽能的利用還受到地理位置、環(huán)境、季節(jié)和晝夜變化的影響，這些都給太陽能的開發(fā)利用帶來了一定的限制。近年來，由于能源需要量的劇增和現(xiàn)有能源的短缺，尤其是七十年代的兩次能源危機，使許多國家投入巨資加緊研究和試驗新能源，特別重視了對太陽能的開發(fā)利用，使之能夠滿足日益增長的人口和現(xiàn)代化生產(chǎn)與生活的需求。如日本早在1974年就制訂了戰(zhàn)略性的“陽光計劃”，澳大利亞則以大力開發(fā)太陽能作為國家的基本能源政策之一。經(jīng)多年研制開發(fā)，太陽能的開發(fā)利用技術(shù)正處于突破的邊緣，如美國已建成了1萬千瓦級中央塔式聚焦太陽輻射熱發(fā)電站；日本完成了1千千瓦級線聚焦太陽輻射熱發(fā)電站的研制，……我國也在太陽能開發(fā)利用上投入了相當大的人力、物力和財力，要使這種新型潔凈能源在為人類服務的宏偉事業(yè)上作出中華民族的特殊貢獻。
本實用新型的目的是提供一種太陽能渦輪膨脹熱電聯(lián)供裝置。
本實用新型包括有太陽能集熱裝置，渦輪膨脹機、電機、熱交換器和輸送泵，其特征在于其中太陽能集熱裝置為相互串聯(lián)的多個真空吸熱管構(gòu)成的梯級升溫太陽能鍋爐，其中吸熱循環(huán)工質(zhì)為丙烷或丁烷；該鍋爐輸出端接有利用鍋爐輸出的氣相介質(zhì)膨脹作功的渦輪透平膨脹機，膨脹機的輸出軸與稀土全速同步電機的轉(zhuǎn)軸相連，該電機的定子線圈外接有雙向可變頻逆變器，此逆變器則與供電網(wǎng)相連通；膨脹機的工質(zhì)輸出端與一個熱交換器的輸入端相連，該熱交換器的輸出端通過管道與循環(huán)輸送泵的入口相連通，該泵的出口經(jīng)一個耐壓貯存容器與太陽能鍋爐的總輸入端相連；有對雙向可變頻逆變器、輸送泵進行控制的可編程計算器。
本實用新型是以太陽能作為無污染的潔凈能源制成的小型供能裝置，也是以申請人的專利技術(shù)《一種梯級升溫數(shù)控太陽能鍋爐》(專利號CN93240399.9)為基礎(chǔ)的再創(chuàng)造。它是利用上述專利的太陽能鍋爐作為能源采集手段，利用凝固點低、與水不發(fā)生化學作用、對金屬腐蝕性小、價格便宜、易于獲得的丙烷或丁烷作為循環(huán)工質(zhì)和動力渦輪的推動介質(zhì)，以石油工業(yè)通常用于氣體處理的渦輪膨脹機作為動力透平，利用申請人另一項專利申請技術(shù)《數(shù)控全速電力／動力裝置》(專利號CN93200001.0)作為數(shù)控發(fā)電裝置，再利用石油氣體處理工業(yè)用的高效換熱器作為熱能輸出裝置而構(gòu)成的一組熱電聯(lián)供裝置。利用真空鍍膜吸熱管作為采熱單元的太陽能鍋爐，將多個并排串接排列的吸熱管所采集的太陽能，利用臺階式梯級微等差升溫方法，使吸熱工質(zhì)(丙烷或丁烷)的溫度壓力能隨著流程順序逐步上升，既使其末端幾個真空吸熱管里的吸熱工質(zhì)能達到所需的高溫，減少散熱損失，又可避免單支吸熱管產(chǎn)生大溫升而帶來效率下降的問題，從而使本實用新型的太陽能采熱器在輸出吸熱工質(zhì)的溫度達到120℃時仍可使裝置的采熱效率達到80％。
本實用新型的另一特色是按照能量綜合利用的概念設(shè)計的，既能提供太陽能轉(zhuǎn)化的電能，又可兼供熱能。而且，本實用新型中的每個單獨裝置的功能與普通常規(guī)裝置的功能是基本相同的；再者，各個基本裝置全都可以選擇定型的產(chǎn)品組成，這樣，為實施本實用新型提供了很大的便利。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
參閱
圖1、1是太陽能采集器－－梯級升溫太陽能鍋爐，多個真空吸熱管并排串接排列，使其中的循環(huán)吸熱工質(zhì)液態(tài)丙烷或丁烷在通過每一個真空吸熱管時吸收太陽能，其溫度和壓力都上升一些，從而在其輸出端使吸熱工質(zhì)的溫度可以達到120℃左右，其壓力為2兆泊。在這個狀態(tài)時，吸熱工質(zhì)流出太陽能鍋爐時已經(jīng)完全成為氣相狀態(tài)。2是渦輪膨脹機，氣相丙烷或丁烷的工質(zhì)進入渦輪膨脹機后膨脹降壓、降溫，同時推動渦輪機2的渦輪高速旋轉(zhuǎn)，與其同軸的稀土全速同步電機3的裝有稀土永磁材料制成磁級的轉(zhuǎn)子31也隨之高速轉(zhuǎn)動，此時渦輪的轉(zhuǎn)速可以達到30000轉(zhuǎn)／分，稀土全速同步電機3的定子線圈32上感應生成的高頻電勢經(jīng)與其相接的雙向可變頻逆變器4引出，經(jīng)逆變器4中的同步裝置使該高頻交流電逆變到市電網(wǎng)規(guī)定的電壓(220V)和頻率(50HZ)，與電網(wǎng)同步后饋入交流電網(wǎng)5，由此獲得電能。吸熱工質(zhì)膨脹做功后，其溫度降低到80℃左右，壓力降低到0.4兆泊，由膨脹機2輸出端引出的工質(zhì)又經(jīng)管道進入熱交換器6，工質(zhì)經(jīng)熱交換器6的盤管從其輸出端引出時，其溫度已接近周圍環(huán)境溫度，此時工質(zhì)又成為完全的液相，經(jīng)過管道進入循環(huán)輸送泵7。從輸送泵7輸出時，工質(zhì)增壓到1.5～1.8兆泊左右進入耐壓儲存容器8儲存后，又循環(huán)輸入到太陽能鍋爐1的總輸入端再次加熱，進行新的工作循環(huán)。在熱交換器6里，冷水可以被工質(zhì)熱能交換而升溫至45～50℃而輸出，由此獲得熱能。本實用新型中的可編程控制器9則對可變頻逆變器4和循環(huán)輸送泵7進行實時數(shù)字控制，以便裝置能處于最佳工況運轉(zhuǎn)。
據(jù)試驗和測算，將本實用新型的太陽能采熱器放置在北京地區(qū)的房頂上吸收太陽能，在一方面將投射到建筑物頂上的太陽能被大部分吸收，從而明顯減少室內(nèi)的溫升，使室內(nèi)空調(diào)器的用電量也大幅度減少的同時，本實用新型裝置還可利用此太陽能轉(zhuǎn)化而提供電能和熱能。在夏季，一套采熱面積為100平方米的裝置可以采集到太陽能40千瓦，大約可以輸出電力10千瓦，輸出中品位的熱能6x104千卡這些能量可以供給具有4～8個多層樓住宅的居住小區(qū)使用，如果在建設(shè)住宅小區(qū)時，將本實用新型的裝置設(shè)計一起納入建筑設(shè)計之中，對建設(shè)費用增加是很有限的，但由此可以獲得廉價、節(jié)凈的能源，所以，本實用新型的應用前景是很誘人的，尤其是在山區(qū)、島嶼等遠離城市供電網(wǎng)的地區(qū)，更是發(fā)揮其聯(lián)合供能長處的比較理想的用武之地。
本實用新型中的基本組成裝置都是已定型的系列產(chǎn)品，如渦輪膨脹機可以選用國產(chǎn)專用于氣體處理回收輕烴的PE931型號的產(chǎn)品，熱交換器是選用石油工業(yè)中氣體處理工業(yè)中使用的非標通用設(shè)備，雙向可變頻逆變器可以選用美國ME.(MECHATRONICEQUIPMENTINC.)公司的BMR系列雙向逆變器，或日本富士公司的G7／P7系列逆變器，可編程控制器可以是普通工業(yè)過程控制器，也可以是工業(yè)控制計算機或與其他設(shè)備共用的中央控制計算機等。
權(quán)利要求1.一種太陽能渦輪膨脹熱電聯(lián)供能源裝置，包括有太陽能集熱裝置，渦輪膨脹機、電機、熱交換器和輸送泵，其特征在于其中太陽能集熱裝置為相互串聯(lián)的多個真空吸熱管構(gòu)成的梯級升溫太陽能鍋爐，其中吸熱循環(huán)工質(zhì)為丙烷或丁烷；該鍋爐輸出端接有利用鍋爐輸出的氣相介質(zhì)膨脹作功的渦輪透平膨脹機，膨脹機的輸出軸與稀土全速同步電機的轉(zhuǎn)軸相連，該電機的定子線圈外接有雙向可變頻逆變器，此逆變器則與供電網(wǎng)相連通；膨脹機的工質(zhì)輸出端與一個熱交換器的輸入端相連，該熱交換器的輸出端通過管道與循環(huán)輸送泵的入口相連通，該泵的出口經(jīng)一個耐壓貯存容器與太陽能鍋爐的總輸入端相連；有對雙向可變頻逆變器、輸送泵進行控制的可編程計算器。
專利摘要一種太陽能渦輪膨脹熱電聯(lián)供能源裝置，是由相互串聯(lián)的多個真空吸熱管構(gòu)成的梯級升溫太陽能鍋爐，利用鍋爐輸出的氣相介質(zhì)膨脹作功的渦輪膨脹機，與膨脹機同軸的稀土全速同步電機及其外接的雙向可變頻逆變器，熱交換器循環(huán)輸送泵、耐壓儲存容器和可編程控制器所構(gòu)成的一組熱電聯(lián)供裝置。本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，是按照能量綜合利用概念，充分利用現(xiàn)有各種定型基本裝備的特點、功能組合而成的新型動力裝置。
文檔編號F24J2/42GK2199500SQ9420261
公開日1995年5月31日 申請日期1994年2月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月5日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠