專(zhuān)利名稱：一種太陽(yáng)能定壓加熱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能定壓加熱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，屬于太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電是太陽(yáng)能發(fā)電的兩大不同類(lèi)型的發(fā)電方式。 太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電主要包括塔式、槽式、碟式、條式、塔筒熱氣流發(fā)電等方式。塔式、槽式和條式太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電需要水做為工質(zhì)，塔筒(煙囪)熱氣流太陽(yáng)能發(fā)電需要很高的塔筒(煙囪)。碟式(或盤(pán)式)太陽(yáng)能發(fā)電，無(wú)需塔筒，也可以無(wú)需水做為工質(zhì)，碟式發(fā)電采用斯特林循環(huán)，由于工質(zhì)無(wú)需水，因此，太陽(yáng)能碟式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)也稱為熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)，它的理想壓容P-V圖如圖1所示，它由兩條等溫線和兩條等容線組成。在圖1中，a-b是等溫壓縮過(guò)程，b-c是等容加熱過(guò)程，c-d是等溫膨脹過(guò)程，d-a是等容冷卻過(guò)程。根據(jù)熱力學(xué)第二定律對(duì)最高熱效率的要求，理想斯特林循環(huán)的熱效率和卡諾循環(huán)相同，都是最大。2010年12月，國(guó)家能源局組織開(kāi)展的全國(guó)第一個(gè)大型光伏特許權(quán)示范項(xiàng)目—— 敦煌20兆瓦光伏發(fā)電項(xiàng)目全面實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。國(guó)內(nèi)首個(gè)太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電特許權(quán)示范項(xiàng)目——內(nèi)蒙古50兆瓦槽式太陽(yáng)能光熱發(fā)電項(xiàng)目即將實(shí)施。國(guó)內(nèi)首個(gè)太陽(yáng)能塔筒熱氣流發(fā)電項(xiàng)目于2010年10月在內(nèi)蒙古烏海市并網(wǎng)發(fā)電。2009年3月20日胡錦濤總書(shū)記參觀 2009中國(guó)國(guó)際節(jié)能減排和新能源科技博覽會(huì)，并來(lái)到中國(guó)科學(xué)院電工研究所八達(dá)嶺MW級(jí)太陽(yáng)能塔式熱發(fā)電示范電站展臺(tái)，對(duì)該技術(shù)的前沿性給予了充分的肯定，并指出“這個(gè)(太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù))挺好”，在我國(guó)的發(fā)展“前期造價(jià)高點(diǎn)不要緊，關(guān)鍵是技術(shù)要掌握”，預(yù)計(jì)該太陽(yáng)能塔式熱發(fā)電示范電站在2011年并網(wǎng)發(fā)電。2005年國(guó)內(nèi)第一座太陽(yáng)能熱發(fā)電示范電站-南京江寧區(qū)70kW塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電試驗(yàn)工程成功發(fā)電。目前，在國(guó)內(nèi)，碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電還沒(méi)有示范電站，對(duì)其研究也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。國(guó)際上碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電已經(jīng)開(kāi)始商業(yè)化運(yùn)作，美國(guó)加州Solar One與Solar Two電站合計(jì) 850MW(二期達(dá)到1750MW)的運(yùn)行，已經(jīng)證明了碟式斯特林系統(tǒng)技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上是可行的， 具有強(qiáng)大的生命力，美國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展方向主要以太陽(yáng)能熱發(fā)電為主，而且由于碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電在當(dāng)前的太陽(yáng)能發(fā)電中發(fā)電效率最高，美國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展方向首選碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工質(zhì)為空氣，無(wú)需水做工質(zhì)，也無(wú)需塔筒(或煙囪)，省去了太陽(yáng)能蝶式發(fā)電中斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)巨大的散熱機(jī)構(gòu)的太陽(yáng)能定壓加熱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括雙軸跟蹤太陽(yáng)能聚焦反射鏡面系統(tǒng)、太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元或稱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，其特征是太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、 太陽(yáng)能吸收器、輸出軸功氣缸組件構(gòu)成，輸出軸功氣缸組件包括氣缸、活塞、連桿及曲柄，氣缸上設(shè)有的進(jìn)氣口和排氣口、進(jìn)氣口上裝有的進(jìn)氣閥、排氣口上裝有的排氣閥，空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、太陽(yáng)能吸收器用輸氣管順序串聯(lián)后與進(jìn)氣口連接，活塞通過(guò)連桿與曲柄連接， 曲柄軸與發(fā)電機(jī)軸連接，太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元的工作方式為定壓加熱循環(huán)方式， 加熱由太陽(yáng)能通過(guò)太陽(yáng)能吸收器完成，太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元是開(kāi)口系統(tǒng)，其工質(zhì)為空氣。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是工質(zhì)為空氣，無(wú)需水做工質(zhì)，也無(wú)需塔筒(或煙囪)，采用太陽(yáng)能定壓加熱循環(huán)方式，取消了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)巨大的散熱機(jī)構(gòu)，成本低、發(fā)電效率高，穩(wěn)定性好。


圖1是太陽(yáng)能碟式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的理想壓容P-V圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元連接發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元理想定壓加熱循環(huán)壓容圖；圖5是本發(fā)明的一種并網(wǎng)型太陽(yáng)能定壓加熱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)施狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式參照附圖2、3、4，本發(fā)明包括雙軸跟蹤太陽(yáng)能聚焦反射鏡面系統(tǒng)11、太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元(熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī))12、發(fā)電機(jī)10，太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元12由空氣壓縮機(jī)1、儲(chǔ)氣罐2、太陽(yáng)能吸收器3、輸出軸功氣缸組件構(gòu)成，輸出軸功氣缸組件包括氣缸5、活塞4、連桿8及曲柄9，氣缸5上設(shè)有的進(jìn)氣口和排氣口、進(jìn)氣口上裝有的進(jìn)氣閥6、 排氣口上裝有的排氣閥7，太陽(yáng)能吸收器3是熱交換器，可以為腔式太陽(yáng)能吸收器，空氣壓縮機(jī)1、儲(chǔ)氣罐2、太陽(yáng)能吸收器3用輸氣管順序串聯(lián)后與進(jìn)氣口連接，輸出軸功氣缸5中裝有活塞4，活塞4通過(guò)連桿8連接曲柄9，曲柄9軸與發(fā)電機(jī)10的軸連接。本發(fā)明的一種太陽(yáng)能定壓加熱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其發(fā)電系統(tǒng)核心太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元(熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī))12，如圖3所示。圖3中，空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)1壓縮后送到儲(chǔ)氣罐2中，儲(chǔ)氣罐2使空氣壓力在太陽(yáng)能吸收器3中維持恒定；當(dāng)活塞4自內(nèi) (左)死點(diǎn)向外(右)移動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣閥6開(kāi)啟，壓縮空氣自儲(chǔ)氣罐2經(jīng)太陽(yáng)能吸收器3加熱在輸出軸功氣缸5中定壓膨脹；活塞4向外移動(dòng)到一定程度，關(guān)閉進(jìn)氣閥6，活塞4仍然向外移動(dòng)直到外(右)死點(diǎn)，這段過(guò)程，空氣在輸出軸功氣缸5中絕熱膨脹；然后，活塞4開(kāi)始自外死點(diǎn)向內(nèi)移動(dòng)，排氣閥7開(kāi)啟，直到內(nèi)死點(diǎn)時(shí)關(guān)閉排氣閥7。圖3中，活塞4自內(nèi)死點(diǎn)向外移動(dòng)到外死點(diǎn)過(guò)程，輸出軸功氣缸5內(nèi)空氣經(jīng)過(guò)定壓膨脹和絕熱膨脹，通過(guò)活塞4、連桿8和曲柄9輸出軸功，曲柄9軸與發(fā)電機(jī)10同軸，軸功通過(guò)發(fā)電機(jī)10轉(zhuǎn)換為電能。太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元工質(zhì)為空氣，無(wú)需水做工質(zhì)，也無(wú)需塔筒(或煙筒)，采用太陽(yáng)能定壓加熱循環(huán)方式，它的壓容P-V圖如圖4所示。在圖4中，e-f是絕熱壓縮過(guò)程，由空氣壓縮機(jī)1完成；f_g是等壓加熱過(guò)程，由儲(chǔ)氣罐2、太陽(yáng)能吸收器3、活塞4、輸出軸功氣缸5及進(jìn)氣閥6完成；g-h是絕熱膨脹過(guò)程，由輸出軸功氣缸5、關(guān)閉進(jìn)氣閥6、活塞4完成；h-e是等容放熱過(guò)程，由排氣閥7控制。本發(fā)明的太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元中空氣流動(dòng)方向只有一個(gè)方向，并且，該單元為開(kāi)口系統(tǒng)，空氣由空氣壓縮機(jī)1入口進(jìn)入該單元并從輸出軸功氣缸5的排氣口流出該單元，因此，本發(fā)明的太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元稱為熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)。四沖程柴油機(jī)也是采用圖4所示的定壓加熱循環(huán)，但柴油機(jī)與本發(fā)明的熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)有很多不同之處柴油機(jī)采用內(nèi)燃方式，本發(fā)明采用太陽(yáng)能外加熱式；柴油機(jī)氣缸有四個(gè)沖程，即壓縮空氣沖程、膨脹做功沖程、排氣沖程和吸氣沖程，本發(fā)明中的輸出軸功氣缸只有兩個(gè)沖程，即膨脹做功沖程和排氣沖程；柴油機(jī)需設(shè)油泵(燃油泵和噴油泵)，本發(fā)明不設(shè)油泵；本發(fā)明的絕熱壓縮過(guò)程由另設(shè)的壓縮機(jī)完成，而柴油機(jī)的絕熱壓縮過(guò)程在同一氣缸內(nèi)完成；定壓加熱所用能源不同，柴油機(jī)燃料是柴油，本發(fā)明能源來(lái)自太陽(yáng)能。本發(fā)明的熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)不同之處是采用的循環(huán)過(guò)程不同，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)采用斯特林循環(huán)，本發(fā)明的熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)采用定壓加熱循環(huán)；斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是閉口系統(tǒng)，該發(fā)明的熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)是開(kāi)口系統(tǒng)；斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中氣體流動(dòng)方向是雙向的、是熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)，而本發(fā)明的熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)中空氣流動(dòng)方向只有一個(gè)方向、是熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)，以便與稱為熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)別。熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)的理想定壓加熱循環(huán)的熱效率與理想斯特林循環(huán)相同，本發(fā)明的熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)與太陽(yáng)能蝶式發(fā)電的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)相比，該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是取消了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)巨大的散熱機(jī)構(gòu)，該發(fā)明輸出軸功氣缸5中熱空氣膨脹做完功后，熱空氣直接排放到大氣中，利用大氣冷卻，無(wú)需像斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)要設(shè)置膨脹做功后氣體的冷卻散熱機(jī)構(gòu)，從而提高了本發(fā)明的發(fā)電效率。由雙軸跟蹤太陽(yáng)能聚焦反射鏡面系統(tǒng)11、太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元12和發(fā)電機(jī)10構(gòu)成的一種太陽(yáng)能定壓加熱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，如圖2所示，雙軸跟蹤太陽(yáng)能聚焦反射鏡面系統(tǒng)的焦點(diǎn)落到太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元中的太陽(yáng)能吸收器上。本發(fā)明發(fā)出的電能可以離網(wǎng)獨(dú)立使用。本發(fā)明中的空氣壓縮機(jī)1可由電動(dòng)機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，也可以不另設(shè)電動(dòng)機(jī)，而由曲柄9 軸同軸驅(qū)動(dòng)，以降低損耗、提高發(fā)電效率?？諝鈮嚎s機(jī)1可采用活塞式壓縮機(jī)，這樣本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)就有兩個(gè)氣缸，一個(gè)是活塞式壓縮機(jī)的壓縮空氣氣缸，另一個(gè)是輸出軸功氣缸 5?？梢园芽諝鈮嚎s機(jī)軸與曲柄9軸以及發(fā)電機(jī)10軸同軸相連。附圖5示出一種并網(wǎng)型太陽(yáng)能定壓加熱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)具體實(shí)施方案。圖 5中，雙軸跟蹤太陽(yáng)能聚焦反射鏡面系統(tǒng)11的焦點(diǎn)始終控制在太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元12中的太陽(yáng)能吸收器3上，太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元12經(jīng)過(guò)定壓加熱循環(huán)方式把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力，該機(jī)械動(dòng)力經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能輸出，這與圖2所示的系統(tǒng)相同； 發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能再經(jīng)過(guò)升壓變壓器13升高電壓后送到電網(wǎng)14。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能定壓加熱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，包括雙軸跟蹤太陽(yáng)能聚焦反射鏡面系統(tǒng)、太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元或稱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，其特征是太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、太陽(yáng)能吸收器、輸出軸功氣缸組件構(gòu)成，輸出軸功氣缸組件包括氣缸、活塞、連桿及曲柄，氣缸上設(shè)有的進(jìn)氣口和排氣口、進(jìn)氣口上裝有的進(jìn)氣閥、排氣口上裝有的排氣閥，空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、太陽(yáng)能吸收器用輸氣管順序串聯(lián)后與進(jìn)氣口連接，活塞通過(guò)連桿與曲柄連接，曲柄軸與發(fā)電機(jī)軸連接，太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元是開(kāi)口系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能定壓加熱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征是空氣壓縮機(jī)采用活塞式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)軸與輸出軸功氣缸組件的曲柄軸同軸連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能定壓加熱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，包括雙軸跟蹤太陽(yáng)能聚焦反射鏡面系統(tǒng)、太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元或稱熱氣流發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，其特征是太陽(yáng)能定壓加熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換單元由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、太陽(yáng)能吸收器、輸出軸功氣缸組件構(gòu)成，輸出軸功氣缸組件包括氣缸、活塞、連桿及曲柄，氣缸上設(shè)有的進(jìn)氣口和排氣口、進(jìn)氣口上裝有的進(jìn)氣閥、排氣口上裝有的排氣閥，空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、太陽(yáng)能吸收器用輸氣管順序串聯(lián)后與進(jìn)氣口連接，活塞通過(guò)連桿與曲柄連接，曲柄軸與發(fā)電機(jī)軸連接。其優(yōu)點(diǎn)是工質(zhì)為空氣，無(wú)需水做工質(zhì)，也無(wú)需塔筒(或煙筒)，取消了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)巨大的散熱機(jī)構(gòu)，成本低、發(fā)電效率高，穩(wěn)定性好。
文檔編號(hào)F03G6/06GK102287347SQ201110119488
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者魏毅立 申請(qǐng)人:包頭市愛(ài)能控制工程有限責(zé)任公司