專利名稱：太陽能低溫?zé)岚l(fā)電及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能利用領(lǐng)域，確切地說是太陽能熱發(fā)電及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能熱發(fā)電技術(shù)是人類開發(fā)利用太陽能的一個主要手段。自從20世 紀70年代初石油危機后，世界主要發(fā)達國家如美國、西班牙、德國、瑞士、 法國、意大利及日本等都將太陽能熱發(fā)電技術(shù)作為國家研究開發(fā)的重點， 逐步開始規(guī)模發(fā)展太陽能熱發(fā)電。從1981-1991年10年間，全世界建造了 裝機容量500kW以上的各種不同形式的兆瓦級太陽能熱發(fā)電試驗電站20余 座，其中主要形式是^荅式電站，最大發(fā)電功率為80MW。由于單位容量投資 過大，且降低造價十分困難，因此太陽能熱發(fā)電站的建設(shè)逐漸冷落下來。 以色列和美國聯(lián)合組建了 LUZ太陽能熱發(fā)電國際有限公司從1985年-1991 年的6年間，在美國加州沙漠相繼建成了 9座槽式太陽能熱發(fā)電站，總裝 機容量353. 8MW,并才殳入網(wǎng)營運。
大規(guī)模的太陽能熱發(fā)電站將耗費大量資金且建設(shè)時間很長。由于某些 固定設(shè)備如汽輪機、發(fā)電機、換熱器、太陽軌跡跟蹤裝置等其價格隨功率 波動不大，所以上述電站需要盡可能地擴大規(guī)模以降低單位kW功率耗費的 成本。如E. Prabhu對槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)進行經(jīng)濟性能評估，當電站規(guī)模 為5MW時，設(shè)備成本(不包括太陽場集熱裝置，這部分與規(guī)模成比例)為$1100 每千瓦；當電站規(guī)模為1MW時，設(shè)備成本為$2039每千瓦[1]。
盡管數(shù)十兆瓦級太陽能熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)得到了發(fā)展(如美國的SEGS電 站)，但合適且經(jīng)濟性能良好，功率在幾十千瓦到幾百千瓦之間，適合小規(guī) 模應(yīng)用的太陽能熱發(fā)電技術(shù)還未有。
然而許多應(yīng)用場合如抽水灌溉、冷卻，家用電器耗電以及無電、少電 地區(qū)等僅僅需要幾千瓦到幾十千瓦的電量，與其大規(guī)^莫的市場供電不如依 靠小型的太陽能熱發(fā)電裝置為局部消費者提供電能。 一方面在局部地區(qū)人 們根據(jù)特殊需要可能愿意出比常規(guī)火力發(fā)電價更高的價格買電，另 一方面 小型的太陽能發(fā)電裝置還能同時向附近用戶提供熱水及暖氣等。通過適當 的優(yōu)化，小型的太陽能發(fā)電裝置可以模塊化，從而使產(chǎn)出經(jīng)濟節(jié)約，根據(jù) 消費者的需要，裝置規(guī)模也能進行適當調(diào)整。
已有的太陽能集熱發(fā)電系統(tǒng)專利中1)微型分布式太陽能驅(qū)動冷熱電 聯(lián)供系統(tǒng)CN200710041475. 5，包括太陽能集熱系統(tǒng)、有^L物朗肯循環(huán)的熱 力發(fā)電系統(tǒng)、吸附式制冷系統(tǒng)、供暖和熱水系統(tǒng)、熱水分配系統(tǒng)以及控制 系統(tǒng)、補燃裝置，該裝置采用真空管集熱器和常規(guī)0RC發(fā)電系統(tǒng)，冷凝后 的有機工質(zhì)未得到有效預(yù)熱，集熱溫度不高于IO(TC,從而使得吸附式制冷 效率及發(fā)電效率低，且系統(tǒng)需補燃裝置，不利于環(huán)保。2)太陽能有機朗肯 循環(huán)系統(tǒng)(SOLAR ORGANIC RANKINE CYCLE (0RC) SYSTEM )專利號 JP2003227315該系統(tǒng)采用常規(guī)0RC發(fā)電系統(tǒng)，冷凝后的有機工質(zhì)未得到有 效預(yù)熱，系統(tǒng)只有單一發(fā)電功能。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有平板集熱器、真空管集熱器等中等溫度以上(如6(TC) 運行效率低及槽式、塔式、碟式等高聚光比集熱裝置需跟蹤太陽軌跡和成 本高的問題；解決現(xiàn)有低溫太陽能熱發(fā)電效率較低的問題；解決現(xiàn)有太陽 能熱發(fā)電系統(tǒng)不適合小規(guī)模應(yīng)用及不能同時為用戶提供電能、冷能、暖氣 和熱水的問題，本發(fā)明旨在提供一種太陽能低溫?zé)岚l(fā)電及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)。
實現(xiàn)上述目的的具體技術(shù)解決方案如下
太陽能低溫?zé)岚l(fā)電及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，包括集熱器系統(tǒng)(l)、蓄熱系統(tǒng)2、 有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)3、吸收制冷系統(tǒng)4、熱水供給系統(tǒng)5和暖氣供給系 統(tǒng)6六個子系統(tǒng)，其特征在于
所述六個子系統(tǒng)并聯(lián)連接，
所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括泵31、蒸發(fā)器32、汽輪機33、發(fā)電機 34、回?zé)崞?5、冷凝器36和混合器37，其中汽輪機33的進口連通著蒸發(fā) 器有機工質(zhì)出口32，汽4侖機33的出口經(jīng)過回?zé)崞?5連通著混合器37，汽 輪機33中部設(shè)有抽氣口，抽氣口通過管道連通著混合器37的另一端口， 回?zé)崞?5的另一側(cè)串聯(lián)著冷凝器36;混合器37的第三個端口通過泵31連 通著蒸發(fā)器32的有機工質(zhì)進口 ，汽輪機33的輸出端連接著發(fā)電機34;蒸 發(fā)器32的熱源進口連通著集熱器系統(tǒng)(1)出口 ，蒸發(fā)器32的熱源出口連通 著復(fù)合拋物面集熱器系統(tǒng)(l)進口；
所述集熱器系統(tǒng)的出口、蓄熱系統(tǒng)的一端口、有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng) 的蒸發(fā)器32的熱源進口、吸收制冷系統(tǒng)的熱源進口、熱水供給系統(tǒng)的熱源 進口和暖氣供給系統(tǒng)的熱源進口處分別設(shè)有控制閥，且并聯(lián)；六個子系統(tǒng) 的熱源出口端并聯(lián)；
所述集熱器系統(tǒng)的進口處設(shè)有泵Al;
蓄熱系統(tǒng)的另一端口串聯(lián)著兩個并聯(lián)的控制閥， 一側(cè)控制閥的管道上 串聯(lián)著泵A2。
所述集熱器系統(tǒng)為復(fù)合拋物面集熱器系統(tǒng)。 所述蓄熱系統(tǒng)為相變材料蓄熱系統(tǒng)。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有幾方面的優(yōu)點 1、采用復(fù)合拋物面集熱器系統(tǒng)(CPC)的優(yōu)點
Winston等指出了 CPC作為太陽能集熱器的潛力[2]。而低聚光比(小 于3)的CPC有著極大的實用性，它們不需要追蹤太陽軌跡即可接受較大角 度范圍內(nèi)的入射光并進行聚集[3]。 Rabl給出了 CPC的光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)的 分析方法，在對幾種CPC評估中，指出帶有平板或圓柱吸收的非真空固定 CPC集熱器經(jīng)濟性能良好；三年多的研究及實驗數(shù)據(jù)的表明，在100-160 。C的溫度范圍內(nèi)，非真空CPC集熱器仍舊擁有4艮好的熱效率(40% -50% ),
而每年只需對集熱器傾斜角調(diào)整12 - 20次l4」l"。希臘的 Y. TRIPAMGNOSTOPOULOS等給出了雙面平板吸收的非真空固定CPC太陽能 集熱器的設(shè)計、構(gòu)造和測試結(jié)果。實驗的結(jié)果表明，這種集熱器在中等以 上溫度(5(TC以上)條件下的集熱效率優(yōu)于帶選擇性涂層的平板集熱器， 且溫度越高體現(xiàn)越明顯；集熱的最大效率為0. 71，獲得的最高溫度可達180 °C [6], Y. TRIPANAG -NOSTOPOULOS還對不同的太陽能熱水器ICS (Integrated collector storage)進行測試和評估，指出具有單個圓柱容器及對稱CPC 反射鏡的ICS系統(tǒng)經(jīng)濟性能最好，在使用相似的太陽能吸收材料和蓄水量 的情況下，其成本比當前4吏用廣5乏的FPTU(flat plate thermosiphonic unit)熱水系統(tǒng)至少低33 % [7] 。 T. S. Saitoch等通過實—驗4巴雙層玻璃蓋板的 CPC與傳統(tǒng)平板集熱器，真空管集熱器進行比較，指出此類型CPC集熱器的 高溫(120。C以上)熱性能極佳，與真空管集熱器相比更適合太陽能熱發(fā)電 工程[8]。 T.S. Saitoch還介紹了一種新型的無跟蹤三維的CPC太陽能集熱 器(3-D CPC),由于采用六邊形的結(jié)構(gòu)，這種集熱器能克服傳統(tǒng)3-D CPC 陣列間存在的"死穴"(dead-space)問題，在180 - 200。C的高運行溫度范 圍內(nèi)集熱效率極好(大約60%,運行時間為中午10: 00—13: 00 )，運用 于小規(guī)模太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)非常地切實可行m 。
在利用CPC集熱器進行太陽能吸收制冷方面，美國薩克拉門托在1998 年建成CPC雙效吸收式制冷示范項目，該項目采用的是帶有真空管的ICPC 集熱器[1()]。 W.SDuff等對項目的實際運行情況進行分析，當運行的溫度在 120 - 160。C范圍內(nèi)時，集熱器的日效率將近50%，瞬時效率大約能達到為 60%,日平均COP可達l.l ( 1998年和1999年)；當運4亍溫度在75 - 110 。C范圍內(nèi)時，集熱器的日效率將近55%，瞬時效率超過60%,由于只使用 單效制冷，日平均COP相對前者低得很多(2001年)。
2、采用有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點
有機工質(zhì)朗肯循環(huán)(Organic rankine cycle,簡稱ORC)的主要優(yōu)點在
于它具有中低溫度運行的良好性能。ORC適合小規(guī)模發(fā)電站，在較低的環(huán)境 溫度下效率比水蒸氣發(fā)電效率高，冬季夜里能夠防凍，且系統(tǒng)內(nèi)部壓力易 保持在大氣壓力之上，且適合半自動或自動運行[11]。
Gaia M通過實^^指出0RC循環(huán)可以有效地利用溫度在IO(TC附近的地 熱資源發(fā)電，渦輪式發(fā)電機運行平穩(wěn)，基本無需額外的人力投入[12]. G.H. Martinus等對目前實際運行的ORC地?zé)峁S進行分析，在100 - 24(TC溫度 范圍內(nèi)，發(fā)電的效率為4% -13%,總的投資為2529 /kW,才艮據(jù)工廠冷熱 端條件選擇合適的循環(huán)工質(zhì)可以獲得最大的發(fā)電效率[13] 。 Enrico Barbier 指出盡管ORC應(yīng)用于低溫地?zé)嵩?85 - 150°C )的效率不高(2. 8% - 5. 5 % )， 但卻是將低溫地?zé)嵩崔D(zhuǎn)換為電能最為經(jīng)濟且可靠的方式[14] 。 Takahisa Yamanoto等對0RC系統(tǒng)進行了設(shè)計和測試，認為0RC能夠應(yīng)用于低品味熱 源且R123可以有效地提高0RC系統(tǒng)性能[15]。
本發(fā)明的0RC發(fā)電系統(tǒng)對水蒸氣朗肯循環(huán)中的開放型回?zé)嵫h(huán)進行改 進，提出了一種新型雙回?zé)岬难h(huán)結(jié)構(gòu)。 一方面通過回?zé)崞骼闷啓C出 口的過熱狀態(tài)有機工質(zhì)給冷凝后的工質(zhì)預(yù)熱，另一方面通過抽氣混合裝置 進一步降低冷凝工質(zhì)與熱源的平均傳熱溫差。與相同冷熱源溫度下的常規(guī) ORC發(fā)電系統(tǒng)相比，效率在原有基礎(chǔ)上提高了 20%左右。計算過程將在后面 的具體實施方式
中給出。
3、采用相變蓄熱系統(tǒng)的優(yōu)點
相變蓄熱是儲存熱能的最有效方式之一，它能在一個豐支小的溫度波動 范圍內(nèi)儲存與釋^L熱量。Wo 1 f-Dieter等介紹了太陽能蒸汽動力系統(tǒng)(所需 溫度為20(TC - 32(TC )的相變蓄熱問題[16]，指出在該項目的早期階段擴大 熱交換面積、在相變材料(PCM)中添加高導(dǎo)熱性能的物質(zhì)、使用換熱媒介 等是最有應(yīng)用前景的手段。早在1952， Biswas DR和Telkes M已對結(jié)晶 水合物(Na2SO4 H20)進行研究[17〗[18] ， Na2S04 H20具有32. 4 。C的熔點， 254kJ/kg的融解熱且是能夠用于蓄熱的最便宜材料之一。在眾多的結(jié)晶水
合物相變蓄熱材料中，已被j正明有應(yīng)用價值的有CaCl2 . 6H20, MgCl2 . 6H2O 及Mg(N03)2 6H20[19]。 MgCl2 6H20的熔點為117°C，與非真空CPC集 熱器溫度較為匹配。Kakiuchi列出不同相變材料的熔點、潛熱及市場價格 [2G]，其中赤藻糖醇的熔點為120°C,潛熱為339. 8kJ/kg， D-甘露醇熔點為 166 - 168°C,潛熱316.4 kJ/kg,兩種材料的市場價才各為5.0-7.0美元/ 千克左右，對本文介紹的系統(tǒng)有很大的適用性。EPS Ltd公司生產(chǎn)的E117 和A164(熔點分別為117。C和164。C,潛熱分別為169 kJ/kg和306 kJ/kg) 也很適合。
4、太陽能低溫?zé)岚l(fā)電及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)整體優(yōu)點
本發(fā)明系統(tǒng)包含的有機工質(zhì)朗肯循環(huán)(ORC)發(fā)電系統(tǒng)、雙效吸收制冷 系統(tǒng)、熱水供給系統(tǒng)及暖氣系統(tǒng)4個子系統(tǒng)運行獨立，互不影響，可隨時 根據(jù)用戶需求進行調(diào)整，相變蓄熱系統(tǒng)增強了熱源供應(yīng)的穩(wěn)定性和持續(xù)性。 本發(fā)明系統(tǒng)運行效率高，熱電冷三聯(lián)供，適合小規(guī)模應(yīng)用，易于建設(shè)，成 本低廉，且不需要消耗一次性能源，利于環(huán)境保護。
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2為復(fù)合拋物面集熱器陣列系統(tǒng)俯視圖，
圖3為圖2的A —A剖^L圖，
圖4為有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)有機工質(zhì)熱力循環(huán)圖，
圖5為圓管相變蓄熱系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地描述。 實施例
太陽能低溫?zé)岚l(fā)電及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)包括復(fù)合拋物面集熱器系統(tǒng)1、相變 蓄熱系統(tǒng)2、有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)3、吸收制冷系統(tǒng)4、熱水供給系統(tǒng)5 和暖氣供給系統(tǒng)6六個子系統(tǒng)，所述六個子系統(tǒng)并聯(lián)連接，見圖1、圖2、
圖3和圖5。
有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括泵31、蒸發(fā)器32、汽輪機33、發(fā)電機34、 回?zé)崞?5、冷凝器36和混合器37,其中汽輪機33的進口連通著蒸發(fā)器32 的有機工質(zhì)出口 ，汽輪機33的出口經(jīng)過回?zé)崞?5連通著混合器37，汽輪 機33中部設(shè)有抽氣口，抽氣口通過管道連通著混合器37的另一端口，回 熱器35的另一側(cè)串聯(lián)著冷凝器36;混合器37的第三個端口通過泵31連通 著蒸發(fā)器32的有機工質(zhì)進口 ，汽輪機33的輸出端連接著發(fā)電機34;蒸發(fā) 器32的熱源進口連通著復(fù)合拋物面集熱器系統(tǒng)1出口 ，蒸發(fā)器32的熱源 出口連通著復(fù)合拋物面集熱器系統(tǒng)1進口；
所述復(fù)合拋物面集熱器系統(tǒng)的出口、蓄熱系統(tǒng)的一端口、有機朗肯循 環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的蒸發(fā)器32的熱源進口、制冷系統(tǒng)的熱源進口、熱水供給系統(tǒng)
的熱源進口和暖氣供給系統(tǒng)的熱源進口處分別設(shè)有控制閥，且并聯(lián)；六個 子系統(tǒng)的熱源出口端并聯(lián)；
復(fù)合拋物面集熱器系統(tǒng)的進口處設(shè)有泵A1;
蓄熱系統(tǒng)的另一端口串聯(lián)著兩個并聯(lián)的控制閥， 一側(cè)控制閥的管道上 串聯(lián)著泵A2。
本發(fā)明的工作原理是這樣的
如圖l所示，復(fù)合拋物面(CPC)集熱系統(tǒng)l接受太陽輻射能，把熱量 傳給換熱流體；換熱流體通過并聯(lián)管道及熱交換器， 一方面可以把熱量傳 給相變蓄熱系統(tǒng)2, —方面又可以把熱量傳給用戶需求子系統(tǒng)0RC發(fā)電系統(tǒng) 3、雙效吸收制冷系統(tǒng)2、熱水供給系統(tǒng)5、暖氣供給系統(tǒng)6，每個用戶需求 子系統(tǒng)都安裝有岡門，子系統(tǒng)需要運行的時候，對應(yīng)的閥門打開，不運行 時則需關(guān)閉。
當太陽輻射能超出用戶需求子系統(tǒng)負載時，閥門Bl、 B2打開，B3關(guān)閉， 相變蓄熱系統(tǒng)2進行儲能；當CPC系統(tǒng)1不工作時，泵A1停止工作，泵A2 運行，集熱系統(tǒng)輸出端閥門及B2閥門關(guān)閉，Bl、 B3打開，相變蓄熱系統(tǒng)2
釋放能量；若需要CPC系統(tǒng)1及相變蓄熱系統(tǒng)2同時工作，則泵A1，泵A2 運行，集熱系統(tǒng)輸B2閥門關(guān)閉，Bl、 B3及集熱系統(tǒng)輸出端閥門打開；不需 要相變蓄熱系統(tǒng)2運行時，則B1、 B2、 B3均關(guān)閉，A2停止工作。 復(fù)合拋物面(CPC)集熱系統(tǒng)工作原理
如圖2、圖3所示，AD連線與中心線的夾角e。稱為CPC的半接受角。 AC和BD為拋物面，拋物面上端的虛線部分的不存在^JH竟，下端的實線為 反射鏡，虛線與實線交接處稱為截斷面，截斷面高度H與CPC整體高度i/^ 之比稱為截斷比。接受角和截斷比是CPC兩個重要的參數(shù)，決定了 CPC的 聚光性能。CD為集熱器的底端，是放置接受器的地方。CPC可以和不同的 接受器相結(jié)合，比較常見的有平板型接受器、豎板型接受器、三角型接受 器及圓管型接受器4種。圖例采用的是平板接受器。當太陽光入射角在CPC 接受角范圍內(nèi)時，光線直接或者經(jīng)過反射鏡11反射后被接受器12吸收； 透明蓋板13抑制CPC槽內(nèi)對流損失；工質(zhì)盤管14與接受器連接，由換熱 流體帶走太陽輻射能；絕熱層15起到保溫作用。
發(fā)明采用的復(fù)合拋物面集熱系統(tǒng)包含但不局限于三維CPC集熱器。
有機朗肯循環(huán)發(fā)電(0RC)系統(tǒng)工作原理
泵31把液態(tài)的有機工質(zhì)打入蒸發(fā)器32;有機工質(zhì)在蒸發(fā)器32中定壓 吸熱，并在出口處轉(zhuǎn)為氣態(tài)；高溫高壓的氣態(tài)有機工質(zhì)進入汽輪機33膨脹 做功，帶動發(fā)電機34發(fā)電；汽輪機33中部分氣態(tài)工質(zhì)被抽出送入混合器 37;汽輪機33尾部排出的有機工質(zhì)經(jīng)過回?zé)崞?5初步冷卻，然后進入冷 凝器36中后定壓冷凝；冷凝器36出口的有機工質(zhì)處于液態(tài)，經(jīng)過泵31加 壓至汽輪機33的抽氣壓力，然后進入回?zé)崞?5進行預(yù)熱；預(yù)熱后的有機 工質(zhì)進入混合器37與汽輪機33抽出的過熱氣體混合；混合后的有機工質(zhì) 進入泵31完成一次發(fā)電循環(huán)。
由圖4可見，與水蒸氣朗肯循環(huán)所不同的，0RC系統(tǒng)所用的有機工質(zhì)通 常為干工質(zhì)dry fluids,干工質(zhì)飽和氣態(tài)溫熵曲線斜率為正值濕工質(zhì)如水
則為負值，這使得干工質(zhì)在汽輪機內(nèi)膨脹做功時保持著過熱狀態(tài)，不存在 像水蒸氣在汽輪機中凝結(jié)成液態(tài)而損壞汽輪機的問題。因此干工質(zhì)進入汽 輪機之前不需要過熱，這對于提高溫差不大的太陽能發(fā)電系統(tǒng)效率是很有
幫助的。點1表示工冷凝器36出口工質(zhì)的狀態(tài)，點2表示經(jīng)泵31加壓后 工質(zhì)的狀態(tài)，點3表示在混合器37出口工質(zhì)的狀態(tài)，其中點2與點3之間 包含了工質(zhì)經(jīng)過回?zé)崞?5預(yù)熱的狀態(tài)，點4表示混合工質(zhì)經(jīng)泵31加壓后 的狀態(tài)，點5表示蒸發(fā)器32入口工質(zhì)的狀態(tài)，點6表示汽輪機33入口的 工質(zhì)狀態(tài)，點7a表示被抽出工質(zhì)的狀態(tài)，點7b表示完全做功后汽輪機33 出口工質(zhì)的狀態(tài)，點8表示冷凝器36入口處的工質(zhì)狀態(tài)。 理想的循環(huán)過程為
1- 2:等熵壓縮，
2- 3:等壓吸熱，
3- 4:等熵壓縮，
4- 6:等壓吸熱， 6-7a，b:等熵膨脹， 7a-3與7b-1:等壓放熱。 雙效吸收制冷系統(tǒng)工作原理
如圖1所示高溫發(fā)生器41的制冷溶液向換熱流體吸熱，達到較高溫度 并產(chǎn)生制冷蒸汽；制冷蒸汽在低溫發(fā)生器42冷凝放熱，然后經(jīng)過節(jié)流閥47 進入冷凝器43進一步冷凝；低溫發(fā)生器42中產(chǎn)生的制冷蒸汽與高溫發(fā)生 器41的冷凝制冷劑一道進入冷凝器43中；冷凝器43中的制冷劑經(jīng)過節(jié)流 閥47后進入蒸發(fā)器44;蒸發(fā)器44的制冷劑蒸發(fā)并輸出冷能；制冷蒸汽被 吸收器45中的制冷溶液吸收；高溫發(fā)生器41中的制冷溶液進入高溫?zé)峤?換器48b放熱，然后經(jīng)過節(jié)流閥47流入低溫發(fā)生器42;然后制冷溶液進入 低溫?zé)峤粨Q器48a放熱，并經(jīng)過節(jié)流閥47流入吸收器45;吸收器45中的 溶液冷卻后被泵46打入低溫換熱器48a,吸收熱量并進入高溫換熱器48b
獲得更多熱量，然后流入高溫蒸發(fā)器41，完成一次制冷循環(huán)。 發(fā)明采用的吸收制冷系統(tǒng)包含但不局限于雙效吸收制冷系統(tǒng)。 暖氣供給系統(tǒng)和熱水供給系統(tǒng)工作原理
如圖1所示換熱流體通過熱交換器把熱量傳給水及空氣，工作原理簡單。
相變蓄熱系統(tǒng)工作原理
圖5以圓管型蓄熱系統(tǒng)為例，給出了相變蓄熱裝置筒圖。相變材料21 與換熱流體22通過圓管23進行熱量交換，當換熱流體溫度高于相變材料 熔點時，相變材料吸收熱量并從固態(tài)轉(zhuǎn)換成液態(tài)，儲存太陽輻射能；當換 熱流體溫度低于相變材料熔點時，相變材料放出熱量并液態(tài)轉(zhuǎn)換成固態(tài)， 為需求系統(tǒng)提供熱能。
本發(fā)明釆用的相變蓄熱系統(tǒng)包含但不局限于圓管結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明系統(tǒng)與常規(guī)有機朗肯循環(huán)發(fā)電(ORC)系統(tǒng)效率比較 結(jié)合圖4,傳統(tǒng)的ORC系統(tǒng)與本發(fā)明的ORC系統(tǒng)相比，有機工質(zhì)經(jīng)汽輪 機做功后，直接進入冷凝器定壓放熱；同時有機工質(zhì)經(jīng)泵加壓后，直接進 入蒸發(fā)器定壓吸熱。設(shè)泵進口處有機工質(zhì)焓值為A,經(jīng)泵加壓后焓值為&， 蒸發(fā)器出口處焓值為&,汽4侖機出口處焓值為、，貝'J 循環(huán)吸熱量Q=&-&
泵功率『尸=/22-^ "0 2-/0 (v為比容，《，尸2為冷凝器和蒸發(fā)器壓力) 循環(huán)所做凈功W=U6-、)-(/22-
循環(huán)效率;/ =吾
以上傳統(tǒng)循環(huán)理論效率計算公式，對于本發(fā)明的ORC系統(tǒng)，設(shè)泵進口 處有機工質(zhì)焓值為年，經(jīng)泵加壓后焓值為&，混合器出口處焓值為&，經(jīng)泵 再次加壓后焓值為&,蒸發(fā)器出口焓值為& ，汽輪機抽出工質(zhì)焓值為、， 汽輪機出口處焓值為^，飽和氣態(tài)工質(zhì)焓值為&,貝U
循環(huán)抽氣量y滿足y(、-A3)= (1-y) ["3-//2循環(huán)吸熱量(h^-^ 泵功率^=(1-y) "2-;0 + "4一&)
循環(huán)所做凈功￥=(/ 6-/77。)+ (1-y) "7。-/^)-(l-y) "2-/0 + "4-循環(huán)效率;;=〖
以有機工質(zhì)R123為例，取熱源溫度為150。C,冷凝溫度為30。C,則 傳統(tǒng)循環(huán)效率7,0. 21,
改進后的循環(huán)效率;^ = 0. 25，循環(huán)抽氣量y=22% 本發(fā)明太陽能低溫?zé)岚l(fā)電及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)實際電能輸出評估
復(fù)合拋物面集熱器的效率由下式近似給出，其中7。為集熱器最大效率，
7欲=;7o 一5(L -U
U為熱損系數(shù)，G為輻照強度，z;,7^分別為集熱器平均工作溫度和環(huán)境 溫度。
汽輪機發(fā)電效率由下式給出，其中s為汽輪機機械效率
7'w = s參？7肌
整個系統(tǒng)發(fā)電效率為
7手—7加* 7加
取汽輪機機械效率e為0.75 (參考裏樊航華航空技術(shù)應(yīng)用有限公司動 力渦輪-沒計技術(shù))，集熱器的平均集熱溫度為15(TC,效率為0.55(參考前 面有關(guān)文獻)，則
整個系統(tǒng)實際發(fā)電效率7，=0. 75*0. 25*0. 55=0.10。
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權(quán)利要求
1、太陽能低溫?zé)岚l(fā)電及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，包括集熱器系統(tǒng)(1)、蓄熱系統(tǒng)(2)、有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(3)、吸收制冷系統(tǒng)(4)、熱水供給系統(tǒng)(5)和暖氣供給系統(tǒng)(6)六個子系統(tǒng)，其特征在于所述六個子系統(tǒng)并聯(lián)連接，所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括泵(31)、蒸發(fā)器(32)、汽輪機(33)、發(fā)電機(34)、回?zé)崞?35)、冷凝器(36)和混合器(37)，其中汽輪機(33)的進口連通著蒸發(fā)器有機工質(zhì)出口(32)，汽輪機(33)的出口經(jīng)過回?zé)崞?35)連通著混合器(37)，汽輪機(33)中部設(shè)有抽氣口，抽氣口通過管道連通著混合器(37)的另一端口，回?zé)崞?35)的另一側(cè)串聯(lián)著冷凝器(36)；混合器(37)的第三個端口通過泵(31)連通著蒸發(fā)器(32)的有機工質(zhì)進口，汽輪機(33)的輸出端連接著發(fā)電機(34)；蒸發(fā)器(32)的熱源進口連通著集熱器系統(tǒng)(1)出口，蒸發(fā)器(32)的熱源出口連通著復(fù)合拋物面集熱器系統(tǒng)(1)進口；所述集熱器系統(tǒng)的出口、蓄熱系統(tǒng)的一端口、有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的蒸發(fā)器(32)的熱源進口、吸收制冷系統(tǒng)的熱源進口、熱水供給系統(tǒng)的熱源進口和暖氣供給系統(tǒng)的熱源進口處分別設(shè)有控制閥，且并聯(lián)；六個子系統(tǒng)的熱源出口端并聯(lián)；所述集熱器系統(tǒng)的進口處設(shè)有泵(A1)；蓄熱系統(tǒng)的另一端口串聯(lián)著兩個并聯(lián)的控制閥，一側(cè)控制閥的管道上串聯(lián)著泵(A2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能低溫?zé)岚l(fā)電及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征 在于所述集熱器系統(tǒng)為復(fù)合拋物面集熱器系統(tǒng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽能低溫?zé)岚l(fā)電及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征 在于所述蓄熱系統(tǒng)為相變材料蓄熱系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能低溫?zé)岚l(fā)電及冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，解決了有低溫太陽能熱發(fā)電效率較低、不適合小規(guī)模應(yīng)用及不能同時提供電能、冷能、暖氣和熱水的問題。本發(fā)明由復(fù)合拋物面集熱器系統(tǒng)、相變蓄熱系統(tǒng)、有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、吸收制冷系統(tǒng)、熱水供給系統(tǒng)和暖氣供給系統(tǒng)并聯(lián)組成。其發(fā)電系統(tǒng)汽輪機進口連通著蒸發(fā)器有機工質(zhì)出口，汽輪機出口經(jīng)過回?zé)崞鬟B通著混合器，汽輪機中部的抽氣口通過管道連通著混合器另一端口，回?zé)崞髁硪粋?cè)串聯(lián)著冷凝器；混合器第三個端口通過泵連通著蒸發(fā)器的有機工質(zhì)進口，汽輪機輸出端連接著發(fā)電機。本發(fā)明系統(tǒng)運行效率高，熱電冷三聯(lián)供，適合小規(guī)模應(yīng)用，易于建設(shè)，成本低廉，且不需要消耗一次性能源，利于環(huán)境保護。
文檔編號F24J2/04GK101392736SQ20081002429
公開日2009年3月25日 申請日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者杰 季, 晶 李, 剛 裴 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)