專利名稱：微型太陽能熱發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械，尤其是柴油機(jī)的催化裝置。
技術(shù)背景
據(jù)記載，人類利用太陽能已有3000多年的歷史。將太陽能作為一種能源和動力加 以利用，只有300多年的歷史。真正將太陽能作為“近期急需的補(bǔ)充能源”，“未來能源結(jié)構(gòu) 的基礎(chǔ)”，則是近來的事。20世紀(jì)70年代以來，太陽能科技突飛猛進(jìn)，太陽能利用日新月異。 近代太陽能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門·德·考克斯在世界上發(fā)明第一臺 太陽能驅(qū)動的發(fā)動機(jī)算起。該發(fā)明是一臺利用太陽能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機(jī) 器。在1615年 1900年之間，世界上又研制成多臺太陽能動力裝置和一些其它太陽能裝 置。這些動力裝置幾乎全部采用聚光方式采集陽光，發(fā)動機(jī)功率不大，工質(zhì)主要是水蒸汽， 價格昂貴，實(shí)用價值不大，大部分為太陽能愛好者個人研究制造。20世紀(jì)的100年間，太陽 能科技發(fā)展歷史大體可分為七個階段。
第一階段(1900 1920 年)
在這一階段，世界上太陽能研究的重點(diǎn)仍是太陽能動力裝置，但采用的聚光方式 多樣化，且開始采用平板集熱器和低沸點(diǎn)工質(zhì)，裝置逐漸擴(kuò)大，最大輸出功率達(dá)73. 64kW，實(shí) 用目的比較明確，造價仍然很高。建造的典型裝置有1901年，在美國加州建成一臺太陽能 抽水裝置，采用截頭圓錐聚光器，功率7. 36kff ； 1902 1908年，在美國建造了五套雙循環(huán) 太陽能發(fā)動機(jī)，采用平板集熱器和低沸點(diǎn)工質(zhì)；1913年，在埃及開羅以南建成一臺由5個拋 物槽鏡組成的太陽能水泵，每個長62. 5m,寬細(xì)，總采光面積達(dá)1250m2。
第二階段(1920 1945 年)
在這20多年中，太陽能研究工作處于低潮，參加研究工作的人數(shù)和研究項(xiàng)目大為 減少，其原因與礦物燃料的大量開發(fā)利用和發(fā)生第二次世界大戰(zhàn)(1935 1945年)有關(guān)， 而太陽能又不能解決當(dāng)時對能源的急需，因此使太陽能研究工作逐漸受到冷落。
第三階段(1945 1965年)
在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后的20年中，一些有遠(yuǎn)見的人士已經(jīng)注意到石油和天然 氣資源正在迅速減少，呼吁人們重視這一問題，從而逐漸推動了太陽能研究工作的恢復(fù)和 開展，并且成立太陽能學(xué)術(shù)組織，舉辦學(xué)術(shù)交流和展覽會，再次興起太陽能研究熱潮。在這 一階段，太陽能研究工作取得一些重大進(jìn)展，比較突出的有1945年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制 成實(shí)用型硅太陽電池，為光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；1955年，以色列泰伯等在第一 次國際太陽熱科學(xué)會議上提出選擇性涂層的基礎(chǔ)理論，并研制成實(shí)用的黑鎳等選擇性涂 層，為高效集熱器的發(fā)展創(chuàng)造了條件。此外，在這一階段里還有其它一些重要成果，比較 突出的有1952年，法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽爐。 1960年，在美國佛羅里達(dá)建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨——水吸收式空調(diào)系 統(tǒng)，制冷能力為5冷噸。1961年，一臺帶有石英窗的斯特林發(fā)動機(jī)問世，在這一階段里，加強(qiáng) 了太陽能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究，取得了如太陽選擇性涂層和硅太陽電池等技術(shù)上的重大突破。平板集熱器有了很大的發(fā)展，技術(shù)上逐漸成熟。太陽能吸收式空調(diào)的研究取得 進(jìn)展，建成一批實(shí)驗(yàn)性太陽房。對難度較大的斯特林發(fā)動機(jī)和塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行 了初步研究。
第四階段(1965 1973年)
這一階段，太陽能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽能利用技術(shù)處于成長階 段，尚不成熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規(guī)能源競爭，因而得不到公眾、企業(yè)和政 府的重視和支持。
第五階段(1973 1980年)
自從石油在世界能源結(jié)構(gòu)中擔(dān)當(dāng)主角之后，石油就成了左右經(jīng)濟(jì)和決定一個國家 生死存亡、發(fā)展和衰退的關(guān)鍵因素，1973年10月爆發(fā)中東戰(zhàn)爭，石油輸出國組織采取石油 減產(chǎn)、提價等辦法，支持中東人民的斗爭，維護(hù)本國的利益。其結(jié)果是使那些依靠從中東地 區(qū)大量進(jìn)口廉價石油的國家，在經(jīng)濟(jì)上遭到沉重打擊。于是，西方一些人驚呼世界發(fā)生了 “能源危機(jī)”(有的稱“石油危機(jī)”)。這次“危機(jī)”在客觀上使人們認(rèn)識到現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu) 必須徹底改變，應(yīng)加速向未來能源結(jié)構(gòu)過渡。從而使許多國家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，重新 加強(qiáng)了對太陽能及其它可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持，在世界上再次興起了開發(fā)利用太陽能 熱潮。1973年，美國制定了政府級陽光發(fā)電計劃，太陽能研究經(jīng)費(fèi)大幅度增長，并且成立太 陽能開發(fā)銀行，促進(jìn)太陽能產(chǎn)品的商業(yè)化。日本在1974年公布了政府制定的“陽光計劃”， 其中太陽能的研究開發(fā)項(xiàng)目有太陽房、工業(yè)太陽能系統(tǒng)、太陽熱發(fā)電、太陽電池生產(chǎn)系統(tǒng)、 分散型和大型光伏發(fā)電系統(tǒng)等。為實(shí)施這一計劃，日本政府投入了大量人力、物力和財力。 70年代初世界上出現(xiàn)的開發(fā)利用太陽能熱潮，對我國也產(chǎn)生了巨大影響。一些有遠(yuǎn)見的科 技人員，紛紛投身太陽能事業(yè)，積極向政府有關(guān)部門提建議，出書辦刊，介紹國際上太陽能 利用動態(tài)；在農(nóng)村推廣應(yīng)用太陽灶，在城市研制開發(fā)太陽能熱水器，空間用的太陽電池開始 在地面應(yīng)用。1975年，在河南安陽召開“全國第一次太陽能利用工作經(jīng)驗(yàn)交流大會”，進(jìn)一 步推動了我國太陽能事業(yè)的發(fā)展。這次會議之后，太陽能研究和推廣工作納入了我國政府 計劃，獲得了專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)和物資支持。一些大學(xué)和科研院所，紛紛設(shè)立太陽能課題組和研究 室，有的地方開始籌建太陽能研究所。當(dāng)時，我國也興起了開發(fā)利用太陽能的熱潮。這一時 期，太陽能開發(fā)利用工作處于前所未有的大發(fā)展時期，具有以下特點(diǎn)各國加強(qiáng)了太陽能研 究工作的計劃性，不少國家制定了近期和遠(yuǎn)期陽光計劃。開發(fā)利用太陽能成為政府行為，支 持力度大大加強(qiáng)。國際間的合作十分活躍，一些第三世界國家開始積極參與太陽能開發(fā)利 用工作。研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，研究工作日益深入，取得一批較大成果，如CPC、真空集熱管、非 晶硅太陽電池、光解水制氫、太陽能熱發(fā)電等。各國制定的太陽能發(fā)展計劃，普遍存在要求 過高、過急問題，對實(shí)施過程中的困難估計不足，希望在較短的時間內(nèi)取代礦物能源，實(shí)現(xiàn) 大規(guī)模利用太陽能。例如，美國曾計劃在1985年建造一座小型太陽能示范衛(wèi)星電站，1995 年建成一座500萬kW空間太陽能電站。事實(shí)上，這一計劃后來進(jìn)行了調(diào)整，至今空間太陽 能電站還未升空。太陽熱水器、太陽電池等產(chǎn)品開始實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，太陽能產(chǎn)業(yè)初步建立，但 規(guī)模較小，經(jīng)濟(jì)效益尚不理想。
第六階段(1980 1992年)
70年代興起的開發(fā)利用太陽能熱潮，進(jìn)入80年代后不久開始落潮，逐漸進(jìn)入低 谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能研究經(jīng)費(fèi)，其中美國最為突出。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是世界石油價格大幅度回落，而太陽能產(chǎn)品價格居高不下，缺乏競爭力；太陽 能技術(shù)沒有重大突破，提高效率和降低成本的目標(biāo)沒有實(shí)現(xiàn)，以致動搖了一些人開發(fā)利用 太陽能的信心；核電發(fā)展較快，對太陽能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。受80年代國際上 太陽能低落的影響，我國太陽能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出太陽能利 用投資大、效果差、貯能難、占地廣，認(rèn)為太陽能是未來能源，主張外國研究成功后我國引進(jìn) 技術(shù)。雖然，持這種觀點(diǎn)的人是少數(shù)，但十分有害，對我國太陽能事業(yè)的發(fā)展造成不良影響。 這一階段，雖然太陽能開發(fā)研究經(jīng)費(fèi)大幅度削減，但研究工作并未中斷，有的項(xiàng)目還進(jìn)展較 大，而且促使人們認(rèn)真地去審視以往的計劃和制定的目標(biāo)，調(diào)整研究工作重點(diǎn)，爭取以較少 的投入取得較大的成果。
第七階段(1992年 至今)
由于大量燃燒礦物能源，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，對人類的生存和 發(fā)展構(gòu)成威脅。在這樣背景下，1992年聯(lián)合國在巴西召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會”，會議通 過了《里約熱內(nèi)盧環(huán)境與發(fā)展宣言》，《21世紀(jì)議程》和《聯(lián)合國氣候變化框架公約》等一系 列重要文件，把環(huán)境與發(fā)展納入統(tǒng)一的框架，確立了可持續(xù)發(fā)展的模式。這次會議之后，世 界各國加強(qiáng)了清潔能源技術(shù)的開發(fā)，將利用太陽能與環(huán)境保護(hù)結(jié)合在一起，使太陽能利用 工作走出低谷，逐漸得到加強(qiáng)。世界環(huán)發(fā)大會之后，我國政府對環(huán)境與發(fā)展十分重視，提出 10條對策和措施，明確要“因地制宜地開發(fā)和推廣太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒊毕?、生物質(zhì)能 等清潔能源”，制定了《中國21世紀(jì)議程》，進(jìn)一步明確了太陽能重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。1995年國 家計委、國家科委和國家經(jīng)貿(mào)委制定了《新能源和可再生能源發(fā)展綱要》在(1996 2010 年)制出，明確提出我國在1996-2010年新能源和可再生能源的發(fā)展目標(biāo)、任務(wù)以及相應(yīng)的 對策和措施。這些文件的制定和實(shí)施，對進(jìn)一步推動我國太陽能事業(yè)發(fā)揮了重要作用。1996 年，聯(lián)合國在津巴布韋召開“世界太陽能高峰會議”，會后發(fā)表了《哈拉雷太陽能與持續(xù)發(fā)展 宣言》，會上討論了《世界太陽能10年行動計劃》(1996 2005年)，《國際太陽能公約》，《世 界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃》等重要文件。這次會議進(jìn)一步表明了聯(lián)合國和世界各國對開發(fā)太陽能 的堅(jiān)定決心，要求全球共同行動，廣泛利用太陽能。
1992年以后，世界太陽能利用又進(jìn)入一個發(fā)展期，其特點(diǎn)是太陽能利用與世界 可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)緊密結(jié)合，全球共同行動，為實(shí)現(xiàn)世界太陽能發(fā)展戰(zhàn)略而努力；太陽 能發(fā)展目標(biāo)明確，重點(diǎn)突出，措施得力，有利于克服以往忽冷忽熱、過熱過急的弊端，保證太 陽能事業(yè)的長期發(fā)展；在加大太陽能研究開發(fā)力度的同時，注意科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力， 發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)，加速商業(yè)化進(jìn)程，擴(kuò)大太陽能利用領(lǐng)域和規(guī)模，經(jīng)濟(jì)效益逐漸提高；國際 太陽能領(lǐng)域的合作空前活躍，規(guī)模擴(kuò)大，效果明顯。通過以上回顧可知，在本世紀(jì)100年間 太陽能發(fā)展道路并不平坦，一般每次高潮期后都會出現(xiàn)低潮期，處于低潮的時間大約有45 年。太陽能利用的發(fā)展歷程與煤、石油、核能完全不同，人們對其認(rèn)識差別大，反復(fù)多，發(fā)展 時間長。這一方面說明太陽能開發(fā)難度大，短時間內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用；另一方面也說明 太陽能利用還受礦物能源供應(yīng)，政治和戰(zhàn)爭等因素的影響，發(fā)展道路比較曲折。盡管如此， 從總體來看，20世紀(jì)取得的太陽能科技進(jìn)步仍比以往任何一個世紀(jì)都快。
總體來說，硅發(fā)電成本過高，太陽能熱發(fā)電經(jīng)濟(jì)可行，但目前的技術(shù)不適合國內(nèi)中 型企業(yè)使用，國內(nèi)中型企業(yè)屋頂面積為1000 50000平方，雖然面積不是很集中很大，但數(shù) 量基數(shù)超級多，如果能開發(fā)適合此類面積中等規(guī)模的太陽能發(fā)電，將會帶來太陽能發(fā)電行業(yè)的繁榮。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了能滿足中等面積的太陽能發(fā)電技術(shù)及其設(shè)備。
技術(shù)方案如下
微型太陽能熱發(fā)電機(jī)，共同點(diǎn)為采用熱發(fā)電技術(shù)的設(shè)備，其特征在于采用槽式太 陽能模塊，用液體吸熱劑將太陽能的熱量循環(huán)吸收后儲存在保溫箱內(nèi)，在需要進(jìn)行能量輸 出時，使用液體吸熱劑加熱冷媒，然后依賴?yán)涿降臍庀嘧兓瘉硗苿訙u扇葉片，帶動發(fā)電機(jī)進(jìn) 行發(fā)電的機(jī)械設(shè)備。
由此可以產(chǎn)生以下進(jìn)步效果可以有效利用屋頂?shù)拿娣e，將太陽能能量集聚，進(jìn)行 能量儲存，然后對外界穩(wěn)定輸出，適合中型規(guī)模的太陽能發(fā)電。
具體實(shí)施方式
在實(shí)際實(shí)施中，可以使用水做為熱吸收劑，在進(jìn)行能量輸出時，將高溫水從高溫水 箱內(nèi)抽出，與冷媒發(fā)生熱交換，在水換熱后儲存入另外一個低溫保溫水箱，在太陽能加熱 時，可以從低溫保溫水箱抽出，被太陽能加熱后儲存入高溫保溫水箱。這樣可以提高能量轉(zhuǎn)化率。
如果需要更高的轉(zhuǎn)化率時，可以采用高沸點(diǎn)柴油為熱傳遞劑，保溫水箱采用承壓 結(jié)構(gòu)，水箱內(nèi)仍然使用水作為吸收劑，但要保持封閉性，使水不至于蒸發(fā)浪費(fèi)熱量，柴油通 過內(nèi)置的盤管進(jìn)行換熱。
冷媒發(fā)動機(jī)可以采用異丁烷作為工作物質(zhì)。
權(quán)利要求
1.微型太陽能熱發(fā)電機(jī)，共同點(diǎn)為采用熱發(fā)電技術(shù)的設(shè)備，其特征在于采用槽式太陽 能模塊，用液體吸熱劑將太陽能的熱量循環(huán)吸收后儲存在保溫箱內(nèi)，在需要進(jìn)行能量輸出 時，使用液體吸熱劑加熱冷媒，然后依賴?yán)涿降臍庀嘧兓瘉硗苿訙u扇葉片，帶動發(fā)電機(jī)進(jìn)行 發(fā)電的機(jī)械設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的微型太陽能熱發(fā)電機(jī)，其特征在于使用水做為熱吸收劑，在進(jìn) 行能量輸出時，將高溫水從高溫水箱內(nèi)抽出，與冷媒發(fā)生熱交換，在水換熱后儲存入另外一 個低溫保溫水箱，在太陽能加熱時，可以從低溫保溫水箱抽出，被太陽能加熱后儲存入高溫 保溫水箱。
3.如權(quán)利要求1所述的微型太陽能熱發(fā)電機(jī)，其特征在于采用高沸點(diǎn)柴油為熱傳遞 劑，保溫水箱采用承壓結(jié)構(gòu)，水箱內(nèi)仍然使用水作為吸收劑，但要保持封閉性，使水不至于 蒸發(fā)浪費(fèi)熱量，柴油通過內(nèi)置的盤管進(jìn)行換熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及微型太陽能熱發(fā)電機(jī)，共同點(diǎn)為采用熱發(fā)電技術(shù)的設(shè)備，采用槽式太陽能模塊，用液體吸熱劑將太陽能的熱量循環(huán)吸收后儲存在保溫箱內(nèi)，在需要進(jìn)行能量輸出時，使用液體吸熱劑加熱冷媒，然后依賴?yán)涿降臍庀嘧兓瘉硗苿訙u扇葉片，帶動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電的機(jī)械設(shè)備，由此可以產(chǎn)生以下進(jìn)步效果可以有效利用屋頂?shù)拿娣e，將太陽能能量集聚，進(jìn)行能量儲存，然后對外界穩(wěn)定輸出，適合中型規(guī)模的太陽能發(fā)電。
文檔編號F03G6/06GK102032130SQ201010537900
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者楊貽方, 陳曉英 申請人:陳曉英