太阳能光热罐阵热风发电系统及使用方法与流程

1.本发明涉及一种节能环保系统，特别涉及一种利用太阳能光热罐组成的矩阵进行热风供暖和发电的节能环保系统，属于节能环保设备领域。
2.

背景技术：

3.随着社会的进步和发展，人们对能源利用和环境保护的要求越来越高，新能源的开发和利用正成为未来可持续发展的方向。
4.在能源利用领域，中国主要以煤炭能源为主，煤炭能源使用简单、方便，配套设施成熟、齐全，应用范围广，资源虽然丰富、但热效率很低，污染严重，造成地球表面温室效应严重，可持续性较差，不利于人类长期、安全地使用。近年来，全球已开始降低化石产品的使用范围和使用量。而清洁能源，如太阳能、风能、水能、潮汐能等由于能量来源的可持续性，利用过程中的环保性，其应用范围正在不断扩大，并越来越多的受到大家的重视和喜爱。
5.如何进一步开发清洁能源，降低碳排放，减少温室气体，特别是深入开发太阳能资源，就成为本发明想要解决的主要问题。
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技术实现要素：

7.鉴于上述情况，本发明旨在提供一种可利用地球表面恶劣的自然环境，提高地球表面空间利用效率，同时，具有适用性好、热效率利用率高、可长期使用的太阳能光热罐阵热风发电系统及使用方法，通过对太阳能光热罐进行大面积的矩阵排列和连接使用，形成高效、可靠的热风供暖和发电过程，实现了太阳能资源的充分开发和利用，避免了对化石能源的依赖。
8.本发明是通过以下技术方案来实现的：本发明所述的太阳能光热罐阵热风发电系统，包括一条总进气管、两个以上相互并联的太阳能光热罐以及一个以上的汇气罐。汇气罐按比例与固定数量、相互并联的太阳能光热罐上的排气口相连通，汇气罐上还设有两个带有阀门的排气通道，其中一个排气通道上设有风叶轮发电机。总进气管与相互并联的太阳能光热罐的进气口分别连通，总进气管的传送通道上设有风叶轮发电机。
9.所述太阳能光热罐包括一个封闭的罐体、至少一个反光板和一套散热系统。罐体上设有进气口和排气口，进气口和排气口上分别设有进气阀门和排气阀门，罐体表面附着有保温层。散热系统包括高导热散热器和开合式保温罩，高导热散热器由罐体内穿过罐壁到罐体外，高导热散热器位于罐体内的部分为吸热部，高导热散热器位于罐体外的部分为散热部。开合式保温罩通过开合过程包裹在高导热散热器的散热部上。罐体为玻璃或金属罐体，或所述罐体上设有透明玻璃天窗。反光板与玻璃罐体或透明玻璃天窗相对应。
10.所述罐体内还装有沙粒，沙粒位于罐体内部的下方。
11.所述高导热散热器靠近罐体底部，高导热散热器的吸热部位于罐体内的沙粒中。
12.所述罐体的内壁上还附着有吸热膜。
13.所述汇气罐外表面附着有保温层。
14.所述保温层为保温布、保温毡、保温棉或保温板。
15.本发明所述太阳能光热罐阵热风发电系统的使用方法，具体步骤包括：步骤1、根据使用需要，将太阳能光热罐阵热风发电系统固定在沙漠、戈壁、荒滩、盐碱地或海洋浮动平台等需要热风或电力的地方。
16.步骤2、开合式保温罩包裹在散热部上，保持进气阀门关闭和排气阀门开启，太阳光通过反光板不断照射到罐体内，罐体及汇气罐内空气升温、升压。
17.步骤3、保持一天24小时开启汇气罐上两个排气通道上的阀门，或只开启其中一个排气通道上的阀门，排气通道对外输送热空气和/或推动风叶轮发电机对外发电。
18.步骤4、当夜晚空气降温到最低点附近时，罐体对汇气罐的热风输出能力最低，关闭罐体的排气阀门，保持汇气罐内已汇集热空气继续对外输送的状态下，开启散热部上的开合式保温罩。
19.步骤5、高导热散热器通过罐体内、外温差对罐体内空气进行快速降温，罐体内空气压力减小、气温降低，罐体内形成负压。
20.步骤6、当负压趋近最大值时，开启进气阀门，外界空气通过总进气管不断吸入到罐体内，总进气管上的风叶轮发电机开始旋转并对外发电。
21.步骤7、当罐体内、外气压趋于平衡，关闭进气阀门，闭合散热部上的开合式保温罩。
22.步骤8、当罐体受到阳光照射时，开启罐体排气阀门，罐体内热空气不断汇入到汇气罐中。
23.步骤9、重复上述步骤4
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8，持续供热和/或发电的过程中不断完成汇气罐内热空气的补充。
24.本发明所述的太阳能光热罐阵热风发电系统及使用方法的有益效果包括：1、在一个24小时的循环使用过程中，其过程分为罐内空气升温升压过程、排出罐内热风工作过程、罐内剩余空气自然冷却降温降压过程和罐体吸气工作过程。其中，排出罐内热风工作过程和罐体吸气工作过程两个阶段可以对外输出能量，即四个冲程中有两个“冲程”对外做工，同时，在排出罐内热风工作过程中还可同步进行罐体内空气的太阳能继续加热和升温过程，提高了太阳能光热罐的工作效率。极限情况下，光热罐输出功率的时间可占到一天循环时间的三分之二左右，可持续性好，太阳能资源利用率高。
25.2、在一个24小时的循环过程中，数个太阳能光热罐和汇气罐组成热风发电系统，可以利用汇气罐存储的热空气进行24小时不间断的发电，或者24小时不间断的输出热空气，或者24小时同时输出热空气和发电，性能好，使用灵活。
26.3、整个系统在使用过程中不会消耗任何化石能源，自然冷却降温过程只需利用低温环境通过高导热散热器就可进行罐体内的自然降温、降压。系统不产生任何排放，不会对周围环境造成二次污染，避免了温室气体效应，运行成本低，科学、环保。
27.4、整个系统没有风力发电、光伏发电、水力发电、火力发电、潮汐发电、核电、页岩气发电等系统的复杂结构和较高的成本，也没有类似活塞的机械机构和运动过程的磨损，
维护性好、效率高，结构简单、使用安全，可长期、稳定、可靠的运行。
28.5、罐体和汇气罐可采用金属、塑料、织物、水泥、玻璃等材料制成，利用外表的保温层进行保温，通过吸热膜和沙粒进行温度吸收和存储，结构简单、耐用性好、使用寿命长、制造成本低。
29.6、产生的热空气可以用于家庭和楼宇取暖，也可烘干粮食、谷物、木材、中药材、烤漆等，还可用于调节环境温度或湿度，甚至合理融化部分冰川获得水资源，改善地球表面冰川、沙漠、戈壁等自然环境状况，大面积地修复地球表面生态环境。
30.7、产生的电力可以用于外界生产、生活使用，不产生污染，也不会增加额外能源的消耗，降低了对其它能源的依赖以及因此产生的环境污染。
31.8、本系统可建造在沙漠、荒滩、戈壁、盐碱地、海洋浮动平台等恶劣环境中，不会影响或占用现有耕地；也可以见缝插针地用在需要热风和电力的城镇、耕地、道路、森林等场所，既可为远端提供服务，又可直接服务于本地。
32.附图说明
33.图1为本发明所述太阳能光热罐的结构示意图一；图2为本发明所述太阳能光热罐的结构示意图二；图3为本发明所述太阳能光热罐阵热风发电系统的结构示意图。
具体实施方式
34.下面以三个太阳能光热罐并联为例，结合附图1、图2、图3对本发明所述的太阳能光热罐阵热风发电系统作进一步的详细描述：本发明所述的太阳能光热罐阵热风发电系统包括一条总进气管1、三个相互并联的太阳能光热罐和一个汇气罐3。
35.太阳能光热罐包括一个封闭的长条形罐体11和一个反光板13，以及针对罐体11内部进行散热控制的散热系统。其中，长条形罐体11为一个玻璃制成的圆柱体，圆柱形罐体11水平摆放并固定。为实现罐体11保温和吸热，在罐体11表面还附着有保温层22，保温层22为保温布，保温布附着在罐体11的外壁上，同时，在罐体11的内壁上还粘贴有吸热膜21，通过吸热膜21可以有效提高罐体11对太阳能的吸收效率。为实现空气流动，本例中，在罐体11左、右两侧的端面上还分别设有进气口12和排气口14，进气口12和排气口14的传送通道上分别设有进气阀门和排气阀门。反光板13与玻璃罐体11的上部相对应，反光板13可将阳光反射到玻璃罐体11内。散热系统包括高导热散热器和开合式保温罩18。高导热散热器由罐体11内穿过罐壁到罐体11外，高导热散热器位于罐体11内的部分为吸热部17，高导热散热器位于罐体11外的部分为散热部16。本例中，高导热散热器采用的是导热系数在500000瓦/(米.开)的导热产品，其导热系数超过白银的导热系数，故可以快速、高效地将热量从罐体11内导出。开合式保温罩18通过开合过程包裹在散热部16上，从而通过开合过程完成对罐体11外散热部16的全向密封和开启散热控制。为进一步提高吸热和储能效果，本例中，在罐体11内还装有沙粒19，沙粒19位于罐体11的下方。高导热散热器靠近罐体11底部，吸热部17位于罐体11内的沙粒19中，吸热部17可快速、直接地将沙粒19中的热量吸收并传送到罐体
11外，从而通过散热部16完成罐体11内热量的高效、快速散出。
36.当然，上述罐体11也可由金属或其它材料制成，在金属或其它材料制成的罐体11上方设置玻璃天窗，通过反光板13与玻璃天窗的对应及反光照射，实现聚能和使罐体11内空气升温、升压的效果。
37.汇气罐3为一个封闭的、用于储存热空气的气罐。本例中，汇气罐3表面也附着有保温层，保温层为保温布，保温层整体包裹在汇气罐3的外表面。当然，汇气罐3上也可有天窗，可以让阳光射入；汇气罐内部也可有吸热沙子和吸热膜，但是没有散热系统。汇气罐3分别与三个并联罐体11的排气口14连通，三个罐体排气口14上分别设有fo1、fo2、fo3三个排气阀门。汇气罐3上还设有两个带有阀门fe1、fh1的排气通道4，其中一个排气通道上设有风叶轮发电机g1，由阀门fe1控制，另外一个排气通道则直接输出热风，由fh1控制。
38.当然，如果并联的太阳能光热罐的数量较多时，还可设置多个汇气罐3，将每个汇气罐3与固定数量的、并联的罐体11连通，从而形成多个汇气罐3与多个并联太阳能光热罐同时组网工作的效果。
39.总进气管1分别与三个罐体11的前端进气口12连通，三个进气口12上分别设有fin1、fin2、fin3三个进气阀门，总进气管1的传送通道上设有风叶轮发电机g2。如果光热罐较多，总进气管1也可以有多个。
40.当然，上述罐体11和汇气罐3的保温层也可为保温毡、保温棉或保温板等保温材料，其附着在外表面，既不会影响光照效果，又可对罐内环境形成良好保温。
41.本发明所述太阳能光热罐阵热风发电系统的使用方法，具体步骤包括：步骤1、根据使用需要，将太阳能光热罐阵热风发电系统固定在沙漠上。
42.太阳能光热罐阵热风发电系统也可大面积固定在戈壁、荒滩、盐碱地或海洋浮动平台等阳光照射充足的地方，也可见缝插针地安装在城乡、森林、耕地、道路、高原等需要热风或电力的地方。
43.步骤2、将开合式保温罩18包裹在散热部16上，保持进气阀门fin1、fin2、fin3关闭以及排气阀门fo1、fo2、fo3开启，随着太阳光对汇气罐3的照射以及通过反光板13对罐体11内的照射，罐体11及汇气罐3内空气升温、升压，保持一天24小时开启汇气罐3上两个排气通道4上的阀门fh1、fe1，两个排气通道4对外输送热空气和推动风叶轮发电机g1对外发电。本例中，利用太阳能对罐体及汇气罐升温升压过程的时间段控制在8:00
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19:00之间。
44.上述对外输送的热空气既可用于房屋、建筑等场所的取暖，也可提升场所的温度，减少场所的湿度等，而同时对外发电过程可用于满足当地生活和工作使用需要。当然，上述过程也可只开启其中一个排气通道4上的阀门，只对外界提供热空气或只发电。
45.步骤3、当夜晚空气降温到最低点附近时，罐体11对汇气罐3的热风输出能力最低，关闭排气阀门fo1、fo2、fo3，保持汇气罐3内已汇集热空气继续对外输送，开启散热部16上的开合式保温罩18。高导热散热器通过罐体内、外温差对罐体11内空气进行快速降温，罐体11内空气压力减小、气温降低，罐体11内形成负压。本例中，降温时间段控制在凌晨1:00
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3:00之间，此时，沙漠的地表空气温度较低，可利用效果最好。
46.快速降温过程中，三个罐体11分别处于密闭状态，三个排气阀门fo1、fo2、fo3和三个进气阀门fin1、fin2、fin3都处于关闭状态。本例中，高导热散热器采用的是导热系数为500000瓦/（米.开）的导热产品，其导热系数超过白银的导热系数，故在开启开合式保温罩
18后，三个罐体11内的热量可以在自然条件下被快速、高效地导出，从而使封闭状态下罐体11内空气形成低温、负压状态。
47.步骤4、当负压趋近最大值时，开启进气阀门fin1、fin2、fin3，在罐体11内负压状态的影响下，外界空气通过总进气管1不断吸入到三个罐体11内，总进气管1上的风叶轮发电机g2开始旋转并对外发电，直至罐体11的内、外气压趋于平衡，关闭进气阀门fin1、fin2、fin3，闭合散热部16上的开合式保温罩18。本例中，三个罐体11吸气过程的时间段控制在3:00
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8:00之间。
48.吸气过程中，吸入的空气质量数等于步骤2中排出的空气质量数，加上步骤3关闭排气阀门fo1、fo2、fo3之前排出的空气质量数。在罐体11内负压作用的影响下，外界空气被快速、高效的吸入到三个罐体11中，同时，带动了总进气管1上风叶轮发电机g2的风叶旋转并成功对外发电，实现了系统再一次的对外发电过程，提高了发电量和发电效率。
49.罐体11吸入空气的过程中，高导热散热器始终处于工作状态，吸入的空气不断地在罐体11内被进行降温，更有利于空气的高效、大量吸入。
50.步骤5、当罐体11再次受到阳光照射时，开启罐体排气阀门fo1、fo2、fo3，罐体11内的热空气又不断地汇入到汇气罐3中。
51.在热空气汇入汇气罐3的过程中，汇气罐3内的热空气始终处于对外工作状态，实现了汇气罐3的对外连续工作。
52.步骤6、重复上述步骤3
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5，持续供热和发电的过程中不断完成汇气罐3内热空气的补充。
53.至此，太阳能光热罐阵热风发电系统在沙漠中24小时内的工作过程完成，系统内空气升温升压、排气工作过程以及降温降压、吸气发电过程分别与沙漠中太阳升起、落下情况以及沙漠中地表空气温度情况相对应，从而实现了大面积太阳能光热罐阵热风发电系统铺设和24内供热、发电过程的顺利进行。这四个过程中，有两个过程对外输出能量，即排气过程和吸气过程，其方式优于传统四冲程发动机只有一个冲程对外做工的方式。