專利申請(qǐng)US20140060050 Al和US20140345276 Al提出了一種基于聚光型集熱器的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，相比于這種高倍聚光的有機(jī)朗肯循環(huán)，本實(shí)用新型增加了水蒸汽朗肯循環(huán)，而且以螺桿膨脹機(jī)代替了渦輪膨脹機(jī)。本實(shí)用新型長期運(yùn)行將更穩(wěn)定和可靠，因?yàn)樵?73-573K范圍內(nèi)多數(shù)有機(jī)工質(zhì)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定性、可燃性或低熱力學(xué)性能，而水是無污染、無腐蝕、無毒、不可燃而且易獲得的工質(zhì)。此外，沒有了過熱裝置，蒸汽朗肯循環(huán)將比有機(jī)朗肯循環(huán)的熱功轉(zhuǎn)化效率更高。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型能同時(shí)具備以下優(yōu)點(diǎn):在低環(huán)境溫度下能很好地運(yùn)行，而且具有更高的發(fā)電效率，適于小規(guī)模分布式建設(shè)，集熱和蓄熱的技術(shù)要求很低，且具有尚穩(wěn)定性與尚可靠性。
[0026]同時(shí)為了保證穩(wěn)定地發(fā)電，本實(shí)用新型創(chuàng)新性地把直膨式技術(shù)與內(nèi)置相變材料的蓄熱罐相結(jié)合。內(nèi)置相變材料的蓄熱罐可以使螺桿膨脹機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定工況，而集熱器出口的水可以是過冷、飽和或過熱狀態(tài)。只要相變材料處于兩相區(qū)，蓄熱罐中溫度和壓力就保持不變。如果太陽輻照暫時(shí)沒有或是比設(shè)計(jì)值低，集熱器中的水進(jìn)入到蓄熱罐中。緊接著會(huì)發(fā)生如下反應(yīng):蓄熱罐中蒸汽壓力降低;部分水蒸發(fā);液體溫度下降，熱量從相變材料傳到水，液體溫度越低，傳遞的熱量越多;產(chǎn)生的蒸汽和進(jìn)入螺桿膨脹機(jī)的蒸汽達(dá)到平衡。螺桿膨脹機(jī)進(jìn)口的溫度和壓力再次達(dá)到穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0028]其中:
[0029]1-拋物面槽式集熱器陣列；
[0030]2-蓄熱罐；
[0031]3-氣液分離器；
[0032]4-蒸汽螺桿膨脹機(jī)；
[0033]5-中間換熱器；
[0034]6-渦輪膨脹機(jī)；
[0035]7-冷凝器。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型及其有益效果作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但是，本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】并不限于此。
[0037]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的一種基于復(fù)疊朗肯循環(huán)的直膨式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，包括拋物面槽式集熱器陣列I和復(fù)疊朗肯循環(huán)，所述復(fù)疊朗肯循環(huán)包括位于頂部的蒸汽朗肯循環(huán)和位于底部的有機(jī)朗肯循環(huán)；
[0038]蒸汽朗肯循環(huán)包括帶相變材料的蓄熱罐2、氣液分離器3、蒸汽螺桿膨脹機(jī)4和中間換熱器5，拋物面槽式集熱器陣列I的出口通過管道與蓄熱罐2的入口連通，蓄熱罐2的出口與氣液分離器3的入口連通，氣液分離器3的出口與蒸汽螺桿膨脹機(jī)4的入口連通，蒸汽螺桿膨脹機(jī)4的出口與中間換熱器5的一側(cè)入口連通，中間換熱器5的一側(cè)出口通過第一水栗Pl與拋物面槽式集熱器陣列I的入口連通;水蒸汽依次經(jīng)過這些部件，構(gòu)成頂部的蒸汽朗肯循環(huán)；
[0039]有機(jī)朗肯循環(huán)包括中間換熱器5、渦輪膨脹機(jī)6和冷凝器7，中間換熱器5的另一側(cè)出口與渦輪膨脹機(jī)6的入口連通，渦輪膨脹機(jī)6的出口與冷凝器7的一側(cè)入口連通，冷凝器7的一側(cè)出口通過工質(zhì)栗P2與中間換熱器5的另一側(cè)入口連通。有機(jī)工質(zhì)依次經(jīng)過這些部件，構(gòu)成底部的有機(jī)朗肯循環(huán)。
[0040]其中，中間換熱器5既作為頂部蒸汽朗肯循環(huán)的凝汽器，又作為底部有機(jī)朗肯循環(huán)的蒸發(fā)器。
[0041]其中，蒸汽朗肯循環(huán)所使用的工質(zhì)為水蒸汽，有機(jī)朗肯循環(huán)的工質(zhì)為R123制冷劑(中文名稱三氟二氯乙烷(2，2— 二氯化一I，1，I一三氟乙烷)、苯和環(huán)己烷中的至少一種。有機(jī)工質(zhì)低相變潛熱的特性可以使小功率的膨脹機(jī)設(shè)計(jì)制造更簡(jiǎn)單。低沸點(diǎn)的有機(jī)工質(zhì)對(duì)環(huán)境溫度的變化能很好地反應(yīng)并且能有效利用低溫?zé)嵩础?br>[0042]冷凝器7的另一側(cè)出口連通著冷卻水的入口，冷凝器7的另一側(cè)入口連通著冷卻水的出口，且冷卻水的進(jìn)口和冷卻水的出口均位于冷凝器7的同一側(cè)。
[0043]氣液分離器3的出口與蒸汽螺桿膨脹機(jī)4的入口之間設(shè)置有第一閥門Vl。
[0044]第一水栗Pl和拋物面槽式集熱器陣列I的入口之間設(shè)置有第二閥門V2和第三閥門V3，第一水栗Pl和蓄熱罐2的入口之間設(shè)置有第二閥門V2和第五閥門V5。
[0045]氣液分離器3的底部和第一水栗Pl之間依次設(shè)置有第二水栗P3和第四閥門V4。
[0046]相變材料包括結(jié)晶水合鹽、石蠟、脂肪酸和高密度聚乙烯中的至少一種。在許多能源利用系統(tǒng)中存在著供能和耗能之間的不協(xié)調(diào)性，從而造成了能量利用的不合理性和大量浪費(fèi)。例如，在不需要熱時(shí)，卻有大量的熱產(chǎn)生，所以供應(yīng)的熱會(huì)有很大一部分作為余熱而損失掉，這時(shí)候就需要用到相變材料來蓄熱。石蠟、脂肪酸和高密度聚乙烯均為有機(jī)相變材料，其發(fā)生相變時(shí)體積變化小，過冷度輕，無腐蝕，熱效率高。
[0047]結(jié)晶水合鹽包括六水合氯化鈣、十二水合磷酸氫二鈉、十水合碳酸鈉和五水合硫酸鈉中的至少一種。結(jié)晶水合鹽是一種無機(jī)相變材料，其價(jià)格便宜，體積蓄熱密度大，熔解熱大，熔點(diǎn)固定，熱導(dǎo)率比有機(jī)相變材料大，且工作溫度跨度比較大，而且可在高溫下進(jìn)行蓄熱。
[0048]本實(shí)用新型中，蒸汽直接由拋物面槽式集熱器陣列I產(chǎn)生。水蒸汽在拋物面槽式集熱器陣列I中直接膨脹，因此在動(dòng)力裝置部分避免了使用鍋爐，集熱部分循環(huán)栗的功耗也會(huì)減少。水蒸汽在兩相區(qū)保持不變的溫度和高傳熱系數(shù)對(duì)拋物面槽式集熱器陣列I運(yùn)行很有利。蒸汽在吸熱管中直接膨脹被視為是提高其競(jìng)爭(zhēng)力的好方法。由于避免了油-水/蒸汽中間換熱器中的熱力學(xué)損失，蒸汽溫度更高，進(jìn)而朗肯循環(huán)效率也更高，可以節(jié)省26%的平準(zhǔn)化電力成本。
[0049]系統(tǒng)中拋物面槽式集熱器陣列I的運(yùn)行溫度和壓力比傳統(tǒng)基于渦輪膨脹機(jī)的直膨式系統(tǒng)的低很多。對(duì)于螺桿膨脹機(jī)，l_3MPa的壓力和473-573K的溫度就足夠可以發(fā)電。實(shí)際上，這個(gè)溫度和壓力甚至比目前商業(yè)化熱發(fā)電站中換熱介質(zhì)的還要低。
[0050]本實(shí)用新型所述的系統(tǒng)有3種運(yùn)行模式:
[0051]I)系統(tǒng)需要發(fā)電而且太陽輻照很強(qiáng)。在這種模式下，第一閥門V1、第二閥門V2、第三閥門V3打開，水栗Pl運(yùn)轉(zhuǎn)。頂部蒸汽朗肯循環(huán)和底部有機(jī)朗肯循環(huán)都運(yùn)行。水在拋物面槽式集熱器陣列I中被加熱蒸發(fā)，經(jīng)過蓄熱罐2和氣液分離器3后，飽和蒸汽進(jìn)入蒸汽螺桿膨脹機(jī)4，在焓降過程中輸出功。出口水蒸汽在中間換熱器5中被冷凝為飽和液體。經(jīng)水栗Pl加壓運(yùn)送到拋物面槽式集熱器陣列I中。冷凝釋放的熱量使底部循環(huán)的有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)。如果輻照非常強(qiáng)，第四閥門V4可以打開，第二水栗P3運(yùn)轉(zhuǎn)以防水在拋物面槽式集熱器陣列I中變成過熱蒸汽，部分太陽能儲(chǔ)存在相變材料中。
[0052]II)系統(tǒng)不需要發(fā)電但是輻照很強(qiáng)。第二閥門V2，第三閥門V3和第四閥門V4打開，第二水栗P3運(yùn)轉(zhuǎn)。太陽能通過水儲(chǔ)存在相變材料中。
[0053]III)系統(tǒng)需要發(fā)電但是輻照非常弱或者沒有。第一閥門V1、第二閥門V2、第五閥門V5打開，第一水栗Pl運(yùn)轉(zhuǎn)。頂部和底部的循環(huán)都運(yùn)行。熱量由相變材料釋放并轉(zhuǎn)化為輸出功。
[0054]根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷?。因此，本?shí)用新型并不局限于上面揭示和描述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)成任何限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于復(fù)疊朗肯循環(huán)的直膨式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括拋物面槽式集熱器陣列和復(fù)疊朗肯循環(huán)，所述復(fù)疊朗肯循環(huán)包括位于頂部的蒸汽朗肯循環(huán)和位于底部的有機(jī)朗肯循環(huán)； 所述蒸汽朗肯循環(huán)包括帶相變材料的蓄熱罐、氣液分離器、蒸汽螺桿膨脹機(jī)和中間換熱器，所述拋物面槽式集熱器陣列的出口通過管道與所述蓄熱罐的入口連通，所述蓄熱罐的出口與所述氣液分離器的入口連通，所述氣液分離器的出口與所述蒸汽螺桿膨脹機(jī)的入口連通，所述蒸汽螺桿膨脹機(jī)的出口與所述中間換熱器的一側(cè)入口連通，所述中間換熱器的一側(cè)出口通過第一水栗與所述拋物面槽式集熱器陣列的入口連通； 所述有機(jī)朗肯循環(huán)包括所述中間換熱器、渦輪膨脹機(jī)和冷凝器，所述中間換熱器的另一側(cè)出口與所述渦輪膨脹機(jī)的入口連通，所述渦輪膨脹機(jī)的出口與所述冷凝器的一側(cè)入口連通，所述冷凝器的一側(cè)出口通過工質(zhì)栗與所述中間換熱器的另一側(cè)入口連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)疊朗肯循環(huán)的直膨式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝器的另一側(cè)出口連通著冷卻水的入口，所述冷凝器的另一側(cè)入口連通著冷卻水的出口，且冷卻水的進(jìn)口和冷卻水的出口均位于所述冷凝器的同一側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)疊朗肯循環(huán)的直膨式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述氣液分離器的出口與所述蒸汽螺桿膨脹機(jī)的入口之間設(shè)置有第一閥門。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)疊朗肯循環(huán)的直膨式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一水栗和所述拋物面槽式集熱器陣列的入口之間設(shè)置有第二閥門和第三閥門，所述第一水栗和所述蓄熱罐的入口之間設(shè)置有所述第二閥門和第五閥門。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)疊朗肯循環(huán)的直膨式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述氣液分離器的底部和所述第一水栗之間依次設(shè)置有第二水栗和第四閥門。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于復(fù)疊朗肯循環(huán)的直膨式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，包括拋物面槽式集熱器陣列和復(fù)疊朗肯循環(huán)，所述復(fù)疊朗肯循環(huán)包括位于頂部的蒸汽朗肯循環(huán)和位于底部的有機(jī)朗肯循環(huán)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型能同時(shí)具備以下優(yōu)點(diǎn)：在低環(huán)境溫度下能很好地運(yùn)行，而且具有更高的發(fā)電效率，適于小規(guī)模分布式建設(shè)，集熱和蓄熱的技術(shù)要求很低，且具有高穩(wěn)定性與高可靠性。
【IPC分類】F01K23/02, F03G6/06
【公開號(hào)】CN205370873
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521056969
【發(fā)明人】季杰, 李晶, 李鵬程, 裴剛
【申請(qǐng)人】廣東五星太陽能股份有限公司
【公開日】2016年7月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月17日