一种对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供装置及方法，该装置包括导热油泵，太阳能集热器，蒸汽发生器，汽轮机或膨胀机，发电机，热水换热器，溶液加热器，冷凝器，储液罐，工质泵，溶液再热器，溶液除湿空调机组；该装置主要包含三种回路，分别为导热油回路，动力循环工质回路和溶液回路。该发明结合溶液除湿空调具有较宽的热源适应性(40-70℃)的特点，对膨胀后的工质所含热量进行利用，实现系统中夏季冷量的输出。在冬季时候对膨胀后的工质热量进行换热满足采暖及热水需求。
【专利说明】一种对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于能源综合高效利用技术范围，是一种对太阳能进行梯级利用的冷热电多联供方法及装置，具体涉及太阳能中低温热能综合利用的系统。
【背景技术】
[0002]太阳能作为可再生清洁能源中的一种重要能源，取之不尽，其开发利用受到越来越多的重视。目前对于太阳能的利用最普遍的是太阳能热水器的直接利用，在发电方面有高温太阳能热发电和太阳能光伏发电等技术。高温太阳能热发电需要通过聚焦方式获取高温，往往成本相对较高。而中低温太阳能的收集相对比较容易,初始成本较低,技术难度也不大，因此中低温太阳能热发电技术近年来受到越来越多的关注。其中有机朗肯循环技术是一种可以有效利用中低温热源的动力循环技术，利用膨胀机或者汽轮机来将从热源中吸取的热量转化为动力，带动发电机发电。经过膨胀之后的工质通常直接进入冷凝器进行冷凝，然后变成液体，其中的冷凝热量直接被冷凝介质带走进行排放，这种方式对于能源在一定程度上意味着浪费。而溶液除湿空调技术要实现连续运行，需要对溶液进行再生，而且再生过程中需要一定温度的热原来驱动。鉴于该种空调技术的溶液再生温度范围比较广的特点，将膨胀后的工质的热量用于溶液的再生，实现能源的综合梯级利用，同时使系统实现对外冷量的输出。
【发明内容】
[0003]发明目的:本发明的目的是提供一种对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供装置，高效利用太阳能的制冷、发电、除湿、供热的装置，可以将收集的太阳能用于发电同时对太阳能进行梯级综合利用实现冷热量的输出，实现冷热电联产。
[0004]技术方案:为解决上述技术问题，本发明提供了一种对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供装置，该装置包括导热油泵，太阳能集热器，蒸汽发生器，汽轮机或膨胀机，发电机，热水换热器，溶液加热器，冷凝器，储液罐，工质泵，溶液再热器，溶液除湿空调机组
(12)；
[0005]该装置主要包含三种回路，分别为导热油回路，动力循环工质回路和溶液回路；
[0006]其中，导热油回路中导热油泵的出口端与太阳能集热器的进口端相连，太阳能集热器的出口端与蒸汽发生器的油侧进口端相连，蒸汽发生器的油侧出口端与溶液再热器的油测进口端相连，溶液再热器的油测出口端与导热油泵的进口端连接；
[0007]动力循环工质回路中，蒸汽发生器的工质侧出口端与汽轮机或膨胀机的进口端相连，汽轮机或膨胀机的轴端与发电机的轴端相连，汽轮机或膨胀机的出口端分别与热水换热器的进口端和溶液加热器的进口端相连，热水换热器和溶液加热器的工质出口端均与冷凝器的进口端相连，冷凝器的出口端与储液罐的进口端相连，储液罐的出口端与工质泵的进口端相连，工质泵的出口端与蒸汽发生器的工质侧进口端相连；
[0008]溶液回路中，溶液除湿空调机组的溶液出口端与溶液加热器的溶液进口端相连，溶液加热器的溶液出口端分别与溶液再热器和溶液除湿空调机组的进口端相连，溶液再热器溶液出口端和溶液除湿空调机组的溶液进口端相连。
[0009]优选的，所述太阳能集热器内直接将动力循环工质作为热媒介形成直接式系统，或采用导热油作为热媒介经换热器将热量传递给循环工质形成间接式系统。
[0010]本发明还提供了一种对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供方法，该方法包括如下步骤:太阳能集热器所收集的太阳能传递给蒸汽发生器内的动力循环工质，使之温度上升变成蒸汽；加热后产生的工质蒸汽进入汽轮机或膨胀机，使之对外做功带动发电机发电，输出电能；通过切换阀门，使汽轮机或膨胀机的排气进入热水换热器，实现热水的制取，用于生活热水或者采暖输出；或者使汽轮机或膨胀机的排气进入溶液加热器，结合溶液再热器使溶液加热实现再生，从而驱动溶液除湿空调机组实现冷量的输出。
[0011]有益效果:
[0012]1、该装置对所收集太阳能进行梯级利用，综合利用效率得到提升；
[0013]2、结合溶液除湿空调系统，对本应该排放掉的高温段冷凝热进行回收合理利用，实现系统冷量输出；
[0014]3、冬季可以有效利用高温段冷凝热实现供热采暖功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例1的装置与结构示意图。
[0016]图2为本发明实施例2的装置与结构示意图。
[0017]其中有:导热油泵1，太阳能集热器2，蒸汽发生器3，汽轮机4，发电机5，热水换热器6，溶液加热器7，冷凝器8，储液罐9，工质泵10，溶液再热器11，溶液除湿空调机组12。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
[0019]本发明包括太阳能集热装置、有机朗肯循环动力装置、溶液除湿空调装置、生活热水装置、冬季供热采暖装置。在太阳能集热模块，采用导热油等传热介质作为吸热载体将吸收的太阳能输送到换热器与动力循环工质进行换热或者直接将动力循环工质通入集热器吸收太阳能。有机朗肯动力循环中，做功工质在换热器中吸收热量之后变成高压气体，推动汽轮机或者膨胀机做功，带动发电机输出电能。膨胀后的工质先经溶液加热器或者热水换热器，然后流经冷凝器被冷凝介质冷凝之后变成液态，之后流到储液罐后经工质泵加压输送到蒸汽发生器。夏季在溶液除湿空调装置中，利用有机朗肯循环工质在膨胀后所带的热量在驱动溶液的再生。利用该热量来驱动溶液除湿空调，实现制冷量的输出；冬季，利用有机朗肯循环工质在膨胀后所带的热量来获取一定温度的热水，用来提供生活热水和供热采暖。该系统通过对收集的太阳能进行有效的梯级利用，高温段用于有机朗肯循环发电，膨胀之后的工质仍带有一定量低温热量，再利用这部分热能在夏天用于溶液除湿空调系统的溶液再生，在冬天直接换热产生一定的热水用于实现生活热水或者供热采暖功能。
[0020]本发明的一种优选方案为:所述太阳能集热装置由导热油泵、太阳能集热器和蒸汽发生器依次顺序连接构成一个循环装置，所述蒸汽发生器的进口与所述工质泵连接，所述蒸汽发生器的出口与所述汽轮机或膨胀机连接。在太阳能集热装置中，采用导热油作为循环工质用于传热载体将吸收的太阳能输送到蒸汽发生器与另动力循环中的低沸点工质进行换热，工质吸收热量之后变成高压气体，推动汽轮机或者膨胀机做功，带动发电机输出电能。膨胀后的工质经溶液加热器或者热水换热器后经冷凝器变成液态工质，流入储液罐，再由工质泵加压输送到蒸汽发生器。这样形成完整的有机朗肯动力循环。在溶液加热器部分，稀溶液从膨胀后的工质中吸取热量，使溶液温度增加，而且也可以根据工况通过控制将溶液加热器出口处的溶液利用管道连到溶液再热器进行再次换热，之后将浓溶液输入溶液除湿装置中实现对环境的除湿与制冷输出。在所述热水换热器中利用膨胀后的工质所带热量加热冷水实现生活热水以及冬季采暖热水的产出。
[0021]本发明的另一种方案为:所述太阳能集热装置直接为太阳能集热器，所述太阳能集热器的进口与所述工质泵连接，所述太阳能集热器的出口与所述汽轮机或膨胀机连接，直接将动力循环工质通入集热器吸收太阳能进行循环。
[0022]为了进一步利用热量，所述冷凝器中的冷却介质为水，可以将冷凝热作为低温热水的热源加以利用。
[0023]该发明采用低沸点有机工质吸收采集的太阳能并变成工质蒸汽驱动汽轮机或膨胀机带动发电机发电，输出电能。并同时在夏天利用膨胀后的工质热量对溶液实现再生，驱动溶液除湿空调系统获取一定的冷量；在冬天直接利用热水换热器产生热水，提供热能输出用于供热采暖。
[0024]本发明提供的对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供装置，该装置包括导热油泵1，太阳能集热器2，蒸汽发生器3，汽轮机或膨胀机4，发电机5，热水换热器6，溶液加热器7，冷凝器8，储液罐9，工质泵10，溶液再热器11，溶液除湿空调机组12 ；
[0025]该装置主要包含三种回路，分别为导热油回路，动力循环工质回路和溶液回路；
[0026]其中，导热油回路中导热油泵I的出口端与太阳能集热器2的进口端相连，太阳能集热器2的出口端与蒸汽发生器3的油侧进口端相连，蒸汽发生器3的油侧出口端与溶液再热器11的油测进口端相连，溶液再热器11的油测出口端与导热油泵I的进口端连接；
[0027]动力循环工质回路中，蒸汽发生器3的工质侧出口端与汽轮机或膨胀机4的进口端相连，汽轮机或膨胀机4的轴端与发电机5的轴端相连，汽轮机或膨胀机4的出口端分别与热水换热器6的进口端和溶液加热器7的进口端相连，热水换热器6和溶液加热器7的工质出口端均与冷凝器8的进口端相连，冷凝器8的出口端与储液罐9的进口端相连，储液罐9的出口端与工质泵10的进口端相连，工质泵10的出口端与蒸汽发生器3的工质侧进口端相连；
[0028]溶液回路中，溶液除湿空调机组12的溶液出口端与溶液加热器7的溶液进口端相连，溶液加热器7的溶液出口端分别与溶液再热器11和溶液除湿空调机组12的进口端相连，溶液再热器11的溶液出口端和溶液除湿空调机组12的溶液进口端相连。
[0029]所述太阳能集热器2内直接将动力循环工质作为热媒介形成直接式系统，或采用导热油作为热媒介经换热器将热量传递给循环工质形成间接式系统。
[0030]本发明还提供了一种对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供方法，该方法包括如下步骤:太阳能集热器2所收集的太阳能传递给蒸汽发生器3内的动力循环工质，使之温度上升变成蒸汽；加热后产生的工质蒸汽进入汽轮机或膨胀机4，使之对外做功带动发电机5发电，输出电能；通过切换阀门，使汽轮机或膨胀机4的排气进入热水换热器6，实现热水的制取，用于生活热水或者采暖输出；或者使汽轮机或膨胀机4的排气进入溶液加热器7，结合溶液再热器11使溶液加热实现再生，从而驱动溶液除湿空调机组12实现冷量的输出。
[0031]实施例1:如图1所示，一种对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供方法及装置，主要由太阳能集热装置、有机朗肯动力循环装置、溶液除湿空调装置、生活热水装置以及采暖供热装置组成。所述太阳能集热装置由导热油泵1、太阳能集热器2、蒸汽发生器3和溶液再热器11依次顺序连接构成一个循环装置。所述蒸汽发生器3的工质侧出口与所述汽轮机或膨胀机4连接，所述汽轮机或膨胀机4与所述发电机5连接，所述汽轮机或膨胀机4的工质出口与所述溶液加热器6或者热水换热器7连接，所述热水换热器6或者溶液加热器7的工质侧出口与冷凝器8、储液罐9、工质泵10依次连接，最后所述工质泵10的出口与所述蒸汽发生器3的进口连接，构成一个有机朗肯动力循环。所述溶液加热器7的溶液侧出口与溶液再热器11连接之后连接至溶液除湿空调机组12或者直接连接到溶液除湿空调机组12。所述热水换热器6水侧出口直接与生活热水装置或供热采暖末端装置连接，进口则与生活用水供水管路或者采暖回水管路进行连接。
[0032]太阳能集热装置中采用导热油作为循环介质，该循环中导热油先经过导热油泵1，然后进入太阳能集热器2，经管道连接到蒸汽发生器3进行换热，换热之后再回到导热油泵I的入口。动力循环中，工质在蒸汽发生器3内经加热后，形成高温高压气体，进入到汽轮机或膨胀机4中进行膨胀做功，带动发电机5，然后依次流经热水换热器6或者溶液加热器7，然后流经冷凝器8被冷却成液态，之后连接到储液罐9和工质泵10，经过加压后回到蒸汽发生器3，从而形成整个动力循环。当冷凝器8以水作为冷却介质时，可以将冷凝热作为低温热水的热源加以利用。溶液除湿空调机组部分，稀溶液从机组出来流经溶液加热器7被加热，当除湿负荷比较大的时候还可以流经溶液再热器11由导热油进行进一步的加热之后，再返回到溶液除湿空调机组中，实现除湿与制冷的输出。在热水换热器6中利用膨胀后的工质实现热水的产出用于生活热水或者供热采暖。
[0033]实施例2:如图2所示，一种对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供方法及装置，主要由太阳能集热器2、汽轮机或膨胀机4、发电机5、溶液加热器6、热水换热器7、冷凝器8、储液罐9、工质泵10、溶液除湿空调机组12组成。所述太阳能集热器2的出口与所述汽轮机或膨胀机4连接，所述汽轮机或膨胀机4与所述发动机5连接，所述汽轮机或膨胀机4的蒸汽出口与所述热水换热器6或者溶液加热器7连接之后再与冷凝器8连接，然后依次与所述储液罐9、工质泵10连接，构成动力循环。溶液部分则是稀溶液流经溶液加热器6被加热，之后流入溶液除湿空调机组中，实现除湿与制冷输出；热水换热器6中利用膨胀后的工质实现热水的产出用于生活热水或者供热采暖。
[0034]采用低沸点工质作为循环介质，工质在太阳能集热器2内经加热后，形成高温高压气体，进入到汽轮机或膨胀机4中进行膨胀做功，带动发电机5，然后依次流经热水换热器6或者溶液加热器7，然后流经冷凝器8被冷却成液态，之后连接到储液罐9和工质泵10，经过加压后回到蒸汽发生器3，从而形成整个动力循环。当冷凝器8以水作为冷却介质时，可以将冷凝热作为低温热水的热源加以利用。溶液除湿空调机组部分，稀溶液从机组出来流经溶液加热器6经加热，再返回到溶液除湿空调机组中，实现除湿与制冷的输出。在热水换热器6中利用膨胀后的工质实现热水的产出用于生活热水或者供热采暖。
[0035]如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。
【权利要求】
1.一种对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供装置，其特征在于:该装置包括导热油泵(1)，太阳能集热器(2)，蒸汽发生器(3)，汽轮机或膨胀机(4)，发电机(5)，热水换热器(6)，溶液加热器(7)，冷凝器(8)，储液罐(9)，工质泵(10)，溶液再热器(11)，溶液除湿空调机组(12)； 该装置主要包含三种回路，分别为导热油回路，动力循环工质回路和溶液回路； 其中，导热油回路中导热油泵(I)的出口端与太阳能集热器(2)的进口端相连，太阳能集热器(2)的出口端与蒸汽发生器(3)的油侧进口端相连，蒸汽发生器(3)的油侧出口端与溶液再热器(11)的油测进口端相连，溶液再热器(11)的油测出口端与导热油泵(I)的进口端连接； 动力循环工质回路中，蒸汽发生器(3)的工质侧出口端与汽轮机或膨胀机(4)的进口端相连，汽轮机或膨胀机(4)的轴端与发电机(5)的轴端相连，汽轮机或膨胀机(4)的出口端分别与热水换热器(6)的进口端和溶液加热器(7)的进口端相连，热水换热器(6)和溶液加热器(7)的工质出口端均与冷凝器(8)的进口端相连，冷凝器(8)的出口端与储液罐(9)的进口端相连，储液罐(9)的出口端与工质泵(10)的进口端相连，工质泵(10)的出口端与蒸汽发生器(3)的工质侧进口端相连； 溶液回路中，溶液除湿空调机组(12)的溶液出口端与溶液加热器(7)的溶液进口端相连，溶液加热器(7 )的溶液出口端分别与溶液再热器(11)和溶液除湿空调机组(12 )的进口端相连，溶液再热器(11)的溶液出口端和溶液除湿空调机组(12)的溶液进口端相连。
2.根据权利要求1所述的对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供装置，其特征在于:所述太阳能集热器(2)内直接将动力循环工质作为热媒介形成直接式系统，或采用导热油作为热媒介经换热器将热量传递给循环工质形成间接式系统。
3.一种对太阳能实现梯级利用的冷热电多联供方法，其特征在于，该方法包括如下步骤:太阳能集热器(2)所收集的太阳能传递给蒸汽发生器(3)内的动力循环工质，使之温度上升变成蒸汽；加热后产生的工质蒸汽进入汽轮机或膨胀机(4)，使之对外做功带动发电机(5)发电，输出电能；通过切换阀门，使汽轮机或膨胀机(4)的排气进入热水换热器(6)，实现热水的制取，用于生活热水或者采暖输出；或者使汽轮机或膨胀机(4)的排气进入溶液加热器(7)，结合溶液再热器(11)使溶液加热实现再生，从而驱动溶液除湿空调机组(12)实现冷量的输出。
【文档编号】F01K17/02GK103670970SQ201310656564
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】宋建忠, 殷勇高, 张小松, 杨璨, 姚启矿, 顾维维, 徐国英 申请人:东南大学