CN102472526A - 热泵发电*** - Google Patents

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Abstract

提供能够有效地利用包含可见光区域和红外区域的大范围的波长区域的太阳能进行发电的热泵发电***。其具备：聚光器(1)，其对太阳光以及太阳热进行聚光和聚热；发电板(8)，其接受该聚光器聚光得到的太阳光进行发电；切换器(9)，其切换通过所述聚光器聚热得到的热而生成的热能或进行冷却而生成的冷能的供给目的地；蓄热装置(4、10)，其蓄积经过该切换器后的冷能或热能；以及热泵发电机(11)，其将该蓄热装置蓄积的冷能或热能作为热源进行发电。

Description

热泵发电***
技术领域
本发明涉及利用太阳热以及太阳光的热泵发电***。
背景技术
作为与复合利用太阳热和太阳光的***有关的现有技术，例如具有在专利文献1中记载的技术。在该技术文献1中记载了一种***，其具有进行太阳光发电和太阳热聚热的混合式太阳聚热器、高温蓄热槽以及低温蓄热槽、将低温蓄热槽作为低温侧热源使高温蓄热槽内升温的热泵，该***将该热泵用作热源来供给热水。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-234020号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在现有的太阳光发电***中，利用波长区域为可见光区域的太阳能来产生电，而没有利用波长区域为红外区域的太阳能。此外，在现有的太阳热发电***中，利用波长区域为红外区域的太阳能来产生电，而没有利用波长区域为可见光区域的太阳能。
本发明的目的在于提供一种热泵发电***，其能够有效地将包含可见光区域和红外区域的大范围的波长区域的太阳能用于发电。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，本发明提供一种利用太阳光以及太阳热的热泵发电***，其特征在于，具备：聚光器，其对太阳光以及太阳热进行聚光和聚热；发电板，其接受通过该聚光器聚光得到的太阳光来进行发电；切换器，其切换通过所述聚光器聚热得到的热而生成的热能或进行冷却而生成的冷能的供给目的地；蓄热装置，其蓄积经过该切换器后的冷能或热能；以及热泵发电机，其将通过该蓄热装置蓄积的冷能或热能作为热源来进行发电。
发明的效果
根据本发明，可以提供一种能够有效地将包含可见光区域和红外区域的大范围的波长区域的太阳能用于发电的热泵发电***。
附图说明
图1表示本发明第一实施例的热泵发电***的概要图。
图2表示本发明第二实施例的热泵发电***的概要图。
图3表示本发明第三实施例的热泵发电***的概要图。
图4是一般的太阳热发电***的概要图。
图5是太阳能强度相对于太阳光波长的分布图。
具体实施方式
作为利用太阳能的发电***，例如具有使用太阳能电池，从太阳光的能量直接产生电的太阳光发电***、聚集太阳光，通过太阳光的热使水蒸发，由此使蒸汽叶轮机旋转来发电的太阳热发电***。因此，首先，作为与本实施例的比较例，使用图4说明一般的太阳热发电***。
图4是一般的太阳热发电***的概要图。图示的太阳热发电***由以下各部构成：聚集太阳光的复合抛物线式聚光器1、使热介质吸收通过复合抛物线式聚光器1聚热得到的热能的聚热管2、通过与通过复合抛物线式聚光器1而升温的热介质的热交换，产生热能的热交换器3、对热交换器产生的热能进行蓄热的蓄热器4、将蓄热器4的热能和海水5的冷能作为热源来进行发电的郎肯循环6、切断从郎肯循环6向电路***提供的电的切断器7。
在以上那样构成的太阳热发电***中，通过复合抛物线式聚光器1聚集太阳光，在聚热管2中将其作为热能使热介质进行吸收，将该热介质导入到热交换器3产生热能，在蓄热器4中蓄积热能。将蓄热器4和海水5作为热源，通过郎肯循环6产生电，经由切断器7向***供电。
图5是太阳能强度相对于太阳光波长的分布图。在一般的太阳光发电***中，利用区域A(可见光区域)的波长区域的太阳能产生电，而没有使用区域B(红外区域)的波长区域的太阳能。此外，在一般的太阳热发电***中，利用区域B的太阳能进行发电，而不使用区域A的太阳能。
本实施例的热泵发电***提供能够有效地利用包含可见光区域和红外区域的大范围的波长区域的太阳能的热泵发电***。
以下使用附图说明本发明的实施方式。
(实施例1)
图1是本发明的第一实施例的热泵发电***的概要图。本实施例的热泵发电***具备：聚集太阳光的复合抛物线式聚光器1；使用通过复合抛物线式聚光器1聚集的太阳光进行发电的两面太阳光发电板8；使热介质吸收通过复合抛物线式聚光器1聚热得到的热能量的聚热管2；通过与通过复合抛物线式聚光器1而升温的热介质或通过放射冷却而冷却的热介质的热交换，产生热能或冷能的热交换器3；切换通过热交换器3得到的热能或冷能的供给目的地的切换器9；蓄积从热交换器3经由切换器9供给的热能的蓄热器4；蓄积同样地经由切换器9供给的冷能的蓄冷器10；将蓄热器4中蓄积的热能作为热源的热泵循环11；将作为该热泵循环11的输出的热作为热源来产生电的郎肯循环6。
构成了如后所述在把蓄热器4中蓄积的热能提供给热泵循环11后，提供给热交换器3的***，但是还具备从蓄热器4直接将蓄积的热能提供给热交换器3的***。同样地，具备使蓄冷器10的冷能经由郎肯循环6提供给热交换器3的***、和不经由郎肯循环6直接提供给热交换器3的***。
在本实施例中，具有对两面太阳光发电板8产生的电的频率进行调整的逆变器12、使通过郎肯循环6产生的电的频率与通过该逆变器12调整了频率后的电同步的同步器13、调整通过同步器13同步后的电的电压和电流的调整器14、以及向***供给从调整器14输出的电或者切断该供给的切断器7。
然后，说明构成热泵发电机的热泵11的详细结构。热泵11由以下构成：被供给作为其工作介质的热源而在蓄热器4中蓄积的热能的蒸发器101；对通过蒸发器101进行蒸发而成为气相状态的工作介质进行压缩的压缩机102；使通过压缩机102成为高温高压的工作介质凝结的冷凝器104；以及使通过冷凝器104成为液相状态的高温高压的工作介质膨胀的膨胀阀105。向蒸发器101供给通过膨胀阀105以低温低压成为液相状态的工作介质。在冷凝器104中，与从后述的郎肯循环6供给的低温的介质进行热交换，把在冷凝器104中通过与郎肯循环的工作介质的热交换而成为高温的介质作为郎肯循环6的热源，再次提供给郎肯循环6。
此外，构成热泵发电机的郎肯循环6的详细结构如下。郎肯循环6由以下构成：使郎肯循环的液相状态的工作介质与从热泵11供给的具有的高温的热的介质进行热交换的蒸发器106、使在蒸发器106中成为高温高压的气相状态的工作介质进行绝热膨胀的叶轮机107、通过叶轮机107驱动来产生电的发电机108、通过从蓄冷器10供给的冷能使通过叶轮机107膨胀后的气相状态的工作介质凝结的冷凝器109、以及对在冷凝器109中成为液相状态的工作介质进行升压的泵110。
说明如上那样构成的热泵发电***的动作。通过复合抛物线式聚光器1聚集太阳光，在聚热管2中作为热能使热介质吸收，并且在两面太阳光发电板8中产生电。聚热管2内部的热介质在太阳光照射的白天吸收热能成为高温状态，在没有太阳光照射的夜间通过放射冷却而释放热能成为低温状态。将该热介质导入热交换器3，白天产生热能，夜间产生冷能。对于来自热交换器3的热，通过根据热能生成时(白天)和冷能生成时(夜间)进行切换的昼夜切换器9，把热能蓄积在蓄热器4中，把冷能蓄积在蓄冷器10中。
在热泵11中，把在蓄热器4中蓄积的热能作为热源来产生热。更具体地说，在蒸发器101中，在液相状态下流入的热泵11的工作介质，通过从蓄热器4供给的热能被加热而蒸发，成为低温低压的气相状态。在压缩机102中，工作介质被绝热压缩，成为高温高压的气相状态。在冷凝器104中，工作介质被冷却而凝结，成为高压的液相状态，并且向外部产生热。在膨胀阀105中，工作介质进行节流膨胀，成为低温低压的液相状态。
在郎肯循环6中，把在热泵11中产生的热和在蓄冷器10中蓄积的冷能作为热源而产生电。更具体地说，在蒸发器106中，在液相状态下流入的郎肯循环6的工作介质通过在热泵11中产生的热被加热而蒸发，成为高温高压的气相状态。在叶轮机107中，工作介质绝热膨胀而成为低温低压的气相状态，并且驱动发电机108产生电。在冷凝器109中，工作介质通过从蓄冷器10供给的冷能被冷却而凝结，成为液相状态。在泵110中，工作介质被绝热压缩，成为高压的液相状态。
在逆变器12中，调整在两面太阳光发电板8中产生的电的频率。在同步器13中，使来自逆变器12的电的频率与来自郎肯循环6的电的频率同步，在调整期14中调整电压/电流，在切断器7中向***供给产生的电。
在本实施例中，在聚热管2中吸收红外区域的波长区域的太阳能，在郎肯循环6中产生电，并且在两面太阳光发电板8中吸收可见光区域的太阳能，产生电。由此，可以有效地利用包含可见光区域和红外区域的大范围的波长区域的太阳能来产生电。此外，通过太阳热发电和太阳光发电的合并，与现有的利用太阳能的发电***相比，能够提高输出。
在郎肯循环6中，高温热源的温度越高、低温热源的温度越低，则发电效率越高。在本实施例中，在郎肯循环6中，把在热泵11中产生的热用作高温热源，把在蓄冷器10中蓄积的冷能用作低温热源来产生电。即，在调查郎肯循环6的高温热源时，在图4的例子中在蓄热器4中蓄积的热能成为热源，但是在本实施例中，将作为热泵11的输出的高温介质作为热源。因为在该热泵11中产生的热的温度高于蓄热器4的热能，所以在郎肯循环6中在发电效率方面有利。此外，在调查郎肯循环6的低温热源时，在图4的例子中将海水5作为热源，但是在本实施例中蓄冷器10的冷能由于夜间的放射冷却而被冷却，因此能够成为更低的温度。因此，根据本实施例，与现有的发电***相比，能够提高发电效率。
此外，在使用了郎肯循环6的现有的太阳热发电***中，在启动设备时，工作介质开始蒸发，直到驱动发电机来产生电为止需要花费时间，因此存在设备的启动时间长的问题。但是，在本实施例中，在设备启动的同时能够在两面太阳光发电板8中产生电，所以能够缩短设备的启动时间。
根据以上说明的本实施例，可以提供能够有效地将包含可见光区域和红外区域的大范围的波长区域的太阳能用于发电的热泵发电***。
(实施例2)
然后，使用图2说明本发明的第二实施例。
在图1的实施例中，在蓄热器4中蓄积来自昼夜切换器9的热能，把蓄积的热能作为热源来在热泵11中产生热，将产生的热作为高温热源在郎肯循环6中产生电。与此相对，在本实施例中，把来自昼夜切换器9的热能作为热源在热泵21中产生热，把产生的热蓄积在蓄热器22中，将蓄积的热作为高温热源在郎肯循环6中产生电。
在本实施例中，把为使郎肯循环6运转所需要的热能蓄积在蓄热器22中。在使郎肯循环6连续运转的情况下，在蓄热器22中蓄积有热能的期间，即使不使热泵21运转，也能够从蓄热器22向郎肯循环6提供热能，所以可以减少热泵21的运行时间。由此，能够降低为了通过电动机202驱动压缩机201所需要的动力。
(实施例3)
然后，使用图3说明本发明的第三实施例。
本实施例的特征为，通过分支31使来自昼夜切换器9的热能分支为两路，将分支后的一方的热能作为高温热源，在郎肯循环6中产生电，将分支后的另一方热能作为热源，在热泵32中产生热，将产生的热蓄积在蓄热器33中。然后，为了使经由切断器7向***供给的电量恒定，把在蓄热器33中蓄积的热能提供给郎肯循环6，调整在郎肯循环6中产生的电量。在向郎肯循环6供给热能时，为了使冷凝器301和蓄热器33之间的闭合流路(图3中的粗线)中的流体流量成为恒定，从阀34供给流体。
在现有的太阳光发电***或太阳热发电***中，由于太阳光的照射量变动，因此，难以恒定地保持向***供给的电量。与此相对，在本实施例中，通过把蓄热器33中蓄积的热能适当地提供给郎肯循环6，可以调整在郎肯循环6中产生的电量，因此能够恒定地保持向***供给的电量。
产业上的可利用性
可以用于利用太阳光和太阳热进行发电的热泵发电***。
符号说明
1复合抛物线式聚光器
2聚热管
3热交换器
4、22、33蓄热器
5海水
6郎肯循环
7切断器
8两面太阳光发电板
9昼夜切换器
10蓄冷器
11、21、32热泵
12逆变器
13同步器
14调整器
31分支
34阀
101、106蒸发器
102、201压缩机
103、202电动机
104、109、301冷凝器
105膨胀阀
107叶轮机
108发电机
110泵

Claims (10)

1.一种利用太阳光以及太阳热的热泵发电***，其特征在于，具备：
聚光器，其对太阳光以及太阳热进行聚光和聚热；
发电板，其接受通过该聚光器聚光得到的太阳光来进行发电；
切换器，其切换通过所述聚光器聚热得到的热而生成的热能或进行冷却而生成的冷能的供给目的地；
蓄热装置，其蓄积经过该切换器后的冷能或热能；以及
热泵发电机，其将通过该蓄热装置蓄积的冷能或热能作为热源来进行发电。
2.一种利用太阳光以及太阳热的热泵发电***，其特征在于，具备：
聚光器，其对太阳光以及太阳热进行聚光和聚热；
发电板，其利用通过该聚光器聚光得到的波长区域为可见光区域的太阳能来进行发电；
切换器，其切换使用通过所述聚光器聚热得到的波长区域为红外区域的太阳能所生成的热能或冷能的供给目的地；
蓄热装置，其蓄积经过该切换器后的冷能或热能；以及
热泵发电机，其将通过该蓄热装置蓄积的冷能或热能作为热源来进行发电。
3.一种利用太阳光以及太阳热的热泵发电***，其特征在于，具备：
聚光器，其对太阳光进行聚光；
发电板，其接受通过该聚光器聚光得到的太阳光来进行发电；
集热管，其通过用所述聚光器聚光得到的太阳光被加热；
热交换器，其与该集热管连接；
切换器，其切换通过该热交换器回收的冷能和热能的供给目的地；
蓄冷器，其蓄积所述冷能；
蓄热装置，其蓄积所述热能；
热泵发电机，其将所述蓄冷器的冷能以及所述蓄热器的热能作为热源来进行发电；
逆变器，其调整所述发电板发出的电的频率；
同步器，其使该逆变器以及所述热泵发电机发出的电的频率同步；
调整器，其调整通过该同步器同步后的电的电压、电流；以及
切断器，其切断经过该调整器后的电对于***的供给。
4.根据权利要求1所述的热泵发电***，其特征在于，
所述蓄热装置由蓄积热能的蓄热器和蓄积冷能的蓄冷器构成。
5.根据权利要求1所述的热泵发电***，其特征在于，
所述切换器在太阳光照射的时间段切换为聚热而生成的所述热能，在太阳光不照射的时间段切换为冷却而生成的所述冷能。
6.根据权利要求1所述的热泵发电***，其特征在于，
所述热泵发电机由热泵循环和郎肯循环的组合而构成，所述热泵循环将所述热能作为热源，输出比所述热能温度高的热，所述郎肯循环将从所述热泵循环输出的热和所述冷能作为热源来产生电。
7.根据权利要求4所述的热泵发电***，其特征在于，
所述切换器进行切换，以便在太阳光照射的时间段将所述热能作为所述蓄热器或所述热泵发电机的热源，直接提供给该热泵发电机，在太阳光不照射的时间段将所述冷能提供给蓄冷器。
8.根据权利要求4所述的热泵发电***，其特征在于，
组合热泵循环和郎肯循环而构成所述热泵发电机，所述热泵循环将从所述切换器供给的热能作为热源来产生热，然后提供给所述蓄热器，所述郎肯循环将所述蓄热器的热能和所述蓄冷器的冷能作为热源来产生电。
9.根据权利要求4所述的热泵发电***，其特征在于，
组合热泵循环和郎肯循环而构成所述热泵发电机，所述热泵循环将以经由所述切换器分支后的一方的热能作为热源而产生的热提供给所述蓄热器，所述郎肯循环将所述蓄热器的热能或所述分支后的另一方的热能、以及所述蓄冷器的冷能作为热源来产生电。
10.根据权利要求8或9所述的热泵发电***，其特征在于，所述蓄热器将在所述蓄热器中蓄积的热能提供给所述郎肯循环，以使通过所述热泵发电机发出的电恒定。
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