CN109724268B - 一种基于沙热传导的光热转换发电储热设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出的的一种基于沙热传导的光热转换发电储热设备，沙热传导装置和汽轮发电组件，沙热传导装置包括一级光反射组件、二级光反射镜和沙热蒸汽罐，沙热蒸汽罐包括冷罐、热罐和加热管道，热罐内设搅拌叶、换热盘管、过热蒸汽盘管和离心陶瓷转盘，换热盘管连接水箱，热罐连通沙箱，本发明采用沙子作为太阳能的储热介质，在通过与水的换热，产生过热蒸汽，进而通过汽轮发电组件进行发电，其生产成本大大低于同功率的太阳能电池，且结构简单，故障率也较低，非常适用于沙漠地带较多或者说沙子产量较大的国家和地区。

Description

一种基于沙热传导的光热转换发电储热设备

技术领域

本发明涉及太阳能发电领域，特别是一种基于沙热传导的光热转换发电储热设备。

背景技术

随着社会的发展和环保意识的提高，新能源的重要程度也日益突显。

现有的新能源，包括太阳能、水能、风能等，其中，为大众周知的新能源发电设备就是太阳能电池了。但对于有些国家和地区而言，仅仅依靠进口太阳能电池，来进行新能源发展，是非常昂贵的，最好是能够利用本土储能材料，进行太阳能的转换发电。

发明内容

本发明以沙漠地带较多或者说沙子产量较大的国家和地区为设计基础，以利用其本土储能材料--沙子，进行太阳能的发电为设计重点，从而提出了一种基于沙热传导的光热转换发电储热设备。

具体的技术方案如下：

一种基于沙热传导的光热转换发电储热设备，包括沙热传导装置和汽轮发电组件，其特征在于，所述沙热传导装置包括一级光反射组件、二级光反射镜和沙热蒸汽罐，所述沙热蒸汽罐包括冷罐、热罐和加热管道；

所述一级光反射组件由多个带有转向支架的一级光反射镜，多个所述一级光反射镜通过转向支架均匀环绕设置于沙热蒸汽罐的周边，所述二级光反射镜固定安装于沙热蒸汽罐的顶部，且镜面方向竖直朝下，所述沙热蒸汽罐中，冷罐、加热管道和热罐自上而下依次设置，所述冷罐呈中空的圆柱形，包括上端的光射进口和下端的光射出口，所述光射进口呈锥形漏口状，所述光射出口连通加热管道，所述加热管道呈圆台形，其下端与热罐连通，所述热罐呈圆柱形，其内设有搅拌叶、换热盘管、过热蒸汽盘管和离心陶瓷转盘，热罐的下端设有水箱和沙箱，所述水箱和沙箱均呈圆环形；

所述搅拌叶位于热罐内下端，其与主轴连接，并通过与主轴连接的电机、减速机实现转动，所述换热盘管和过热蒸汽盘管位于热罐内，并以主轴为轴线盘绕上升，换热盘管包括进水管、出水管和蒸汽出口管，所述进水管与水箱连通，并***水箱底部，与位于水箱底部的水泵连接，所述出水管与水箱连通，所述蒸汽出口管位于换热盘管上端，所述过热蒸汽盘管位于换热盘管上方，其下端与蒸汽出口管连通，其上端贯穿热罐，并与汽轮发电组件相连，为汽轮发电组件提供蒸汽，进行发电；

所述热罐的下端面上设有介质出口槽，所述介质出口槽呈圆环形，其截面呈梯形，其上设有均匀分布有多个介质出口孔，所述介质出口槽通过介质出口孔连通沙箱，进而实现沙箱与热罐的连通，所述沙箱的底部呈斜向设置，且连通介质送料管道，所述介质送料管道的下端连通沙箱、上端连通冷罐，其中部设有螺旋送料机；

所述离心陶瓷转盘位于加热管道正下方，其下端连接有电动转盘，电动转盘通过多个弧形连接管进行固定，并控制离心陶瓷转盘转动；

进一步的，所述介质出口槽所呈的圆环形以主轴为轴线分布；

进一步的，所述转向支架为光伏跟踪支架；

进一步的，所述弧形连接管为中空的耐高温管，供电动转盘从弧形连接管中走线；

进一步的，所述主轴上设有导向块，所述导向块的外壁与沙箱所呈的圆环形的内壁固定连接；

进一步的，所述汽轮发电组件包括汽轮机、发电机组、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器和高压加热器。

本发明的有益效果为：

本发明的一种基于沙热传导的光热转换发电储热设备，沙热传导装置和汽轮发电组件，沙热传导装置包括一级光反射组件、二级光反射镜和沙热蒸汽罐，沙热蒸汽罐包括冷罐、热罐和加热管道，热罐内设搅拌叶、换热盘管、过热蒸汽盘管和离心陶瓷转盘，换热盘管连接水箱，热罐连通沙箱，本发明采用沙子作为太阳能的储热介质，在通过与水的换热，产生过热蒸汽，进而通过汽轮发电组件进行发电，其生产成本大大低于同功率的太阳能电池，且结构简单，故障率也较低，非常适用于沙漠地带较多或者说沙子产量较大的国家和地区。

附图说明

图1为本发明示意图。

图2为沙热传导装置截面图。

图3为图2的沙热传导装置中，热罐截面图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。

如图所示的一种基于沙热传导的光热转换发电储热设备，包括沙热传导装置1和汽轮发电组件2，其特征在于，所述沙热传导装置1包括一级光反射组件3、二级光反射镜4和沙热蒸汽罐5，所述沙热蒸汽罐5包括冷罐6、热罐7和加热管道8；

所述一级光反射组件3由多个带有转向支架9的一级光反射镜10，多个所述一级光反射镜10通过转向支架9均匀环绕设置于沙热蒸汽罐5的周边，所述二级光反射镜4固定安装于沙热蒸汽罐5的顶部，且镜面方向竖直朝下，所述沙热蒸汽罐5中，冷罐6、加热管道8和热罐7自上而下依次设置，所述冷罐6呈中空的圆柱形，包括上端的光射进口11和下端的光射出口12，所述光射进口11呈锥形漏口状，所述光射出口12连通加热管道8，所述加热管道8呈圆台形，其下端与热罐7连通，所述热罐7呈圆柱形，其内设有搅拌叶13、换热盘管14、过热蒸汽盘管15和离心陶瓷转盘16，热罐7的下端设有水箱17和沙箱18，所述水箱17和沙箱18均呈圆环形；

所述搅拌叶13位于热罐7内下端，其与主轴19连接，并通过与主轴19连接的电机20、减速机21实现转动，所述换热盘管14和过热蒸汽盘管15位于热罐7内，并以主轴19为轴线盘绕上升，换热盘管14包括进水管22、出水管23和蒸汽出口管24，所述进水管22与水箱17连通，并***水箱17底部，与位于水箱17底部的水泵25连接，所述出水管23与水箱17连通，所述蒸汽出口管24位于换热盘管14上端，所述过热蒸汽盘管15位于换热盘管14上方，其下端与蒸汽出口管24连通，其上端贯穿热罐7，并与汽轮发电组件2相连，为汽轮发电组件2提供蒸汽，进行发电；

所述热罐7的下端面上设有介质出口槽26，所述介质出口槽26呈圆环形，其截面呈梯形，其上设有均匀分布有多个介质出口孔，所述介质出口槽26通过介质出口孔连通沙箱18，进而实现沙箱18与热罐7的连通，所述沙箱18的底部呈斜向设置，且连通介质送料管道27，所述介质送料管道27的下端连通沙箱18、上端连通冷罐6，其中部设有螺旋送料机28；

所述离心陶瓷转盘16位于加热管道8正下方，其下端连接有电动转盘29，电动转盘29通过多个弧形连接管30进行固定，并控制离心陶瓷转盘16转动；

进一步的，所述介质出口槽26所呈的圆环形以主轴19为轴线分布；

进一步的，所述转向支架9为光伏跟踪支架；

进一步的，所述弧形连接管30为中空的耐高温管，供电动转盘从弧形连接管中走线；

进一步的，所述主轴19上设有导向块31，所述导向块31的外壁与沙箱18所呈的圆环形的内壁固定连接；

进一步的，所述汽轮发电组件2包括汽轮机32、发电机组33、凝汽器34、凝结水泵35、低压加热器36、除氧器37和高压加热器38。

本实施例的功能在于，通过一级光反射镜和二级光反射镜对太阳光的二次反射，对沙热蒸汽罐内的导热介质(沙子)进行加热，再通过导热介质，将热能传递给水；水吸热蒸发，产出水蒸气，进而通过汽轮发电组件中的汽轮机进行发电；

同时，本实施例所选用的导热介质(沙子)为纳米级；

具体工作原理如下：

导热介质(以下均称：沙子)进入冷罐，通过冷罐和光射进口之间的间隙，掉落至离心陶瓷转盘上，此时，太阳光经过二次反射，对沙子进行加热，沙子在离心陶瓷转盘上堆积成锥形，加热后的沙子在离心陶瓷转盘转动时产生的离心力作用下，被均匀撒入热罐中，热罐中高温沙子堆积，并通过搅拌叶搅拌，加快高温沙子与换热盘管、过热蒸汽盘管换热；水通过水箱，在水泵的作用下，进入换热盘管，随后吸热，并产生大量高温水和高温蒸汽，高温水经出水管回到水箱，高温蒸汽经蒸汽出口管，进入过热蒸汽盘管，再次进行吸热，得到过热蒸汽；

过热蒸汽经过热蒸汽盘管排出后，进入汽轮发电组件的汽轮机中，汽轮机通过过热蒸汽驱动发电机组，使发电机组进行发电，随后乏汽排出，经凝汽器凝汽后，得到凝结水，凝结水在凝结水泵的作用下，依次进入低压加热器、除氧器，并通过给水泵41，进入高温加热器，并通过出水管重新返回至水箱中；

高温沙子在换热后，通过介质出口槽进入沙箱，进入沙箱的沙子进入介质送料管道，并通过螺旋送料机重新返回至冷罐中；

本实施例中，转向支架为光伏跟踪支架，保证太阳能反射准确，确保离心陶瓷转盘上的沙子，可以快速加热，发电机组连接变压器，并通过变压器连接蓄电池39，大部分产出电能对外供给，少部分产出电能存储于蓄电池39中，用于本实施例中用电设备的供电。

其中，除氧器上连接有补水管道40，并通过补水管道40补充设备用水。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于沙热传导的光热转换发电储热设备，包括沙热传导装置和汽轮发电组件，其特征在于，所述沙热传导装置包括一级光反射组件、二级光反射镜和沙热蒸汽罐，所述沙热蒸汽罐包括冷罐、热罐和加热管道；所述一级光反射组件由多个带有转向支架的一级光反射镜，多个所述一级光反射镜通过转向支架均匀环绕设置于沙热蒸汽罐的周边，所述二级光反射镜固定安装于沙热蒸汽罐的顶部，且镜面方向竖直朝下，所述沙热蒸汽罐中，冷罐、加热管道和热罐自上而下依次设置，所述冷罐呈中空的圆柱形，包括上端的光射进口和下端的光射出口，所述光射进口呈锥形漏口状，所述光射出口连通加热管道，所述加热管道呈圆台形，其下端与热罐连通，所述热罐呈圆柱形，其内设有搅拌叶、换热盘管、过热蒸汽盘管和离心陶瓷转盘，热罐的下端设有水箱和沙箱，所述水箱和沙箱均呈圆环形；所述搅拌叶位于热罐内下端，其与主轴连接，并通过与主轴连接的电机、减速机实现转动，所述换热盘管和过热蒸汽盘管位于热罐内，并以主轴为轴线盘绕上升，换热盘管包括进水管、出水管和蒸汽出口管，所述进水管与水箱连通，并***水箱底部，与位于水箱底部的水泵连接，所述出水管与水箱连通，所述蒸汽出口管位于换热盘管上端，所述过热蒸汽盘管位于换热盘管上方，其下端与蒸汽出口管连通，其上端贯穿热罐，并与汽轮发电组件相连，为汽轮发电组件提供蒸汽，进行发电；所述热罐的下端面上设有介质出口槽，所述介质出口槽呈圆环形，其截面呈梯形，其上设有均匀分布有多个介质出口孔，所述介质出口槽通过介质出口孔连通沙箱，进而实现沙箱与热罐的连通，所述沙箱的底部呈斜向设置，且连通介质送料管道，所述介质送料管道的下端连通沙箱、上端连通冷罐，其中部设有螺旋送料机；所述离心陶瓷转盘位于加热管道正下方，其下端连接有电动转盘，电动转盘通过多个弧形连接管进行固定，并控制离心陶瓷转盘转动；

其中，所述介质出口槽所呈的圆环形以主轴为轴线分布，所述转向支架为光伏跟踪支架，所述弧形连接管为中空的耐高温管，供电动转盘从弧形连接管中走线；

沙子进入冷罐，通过冷罐和光射进口之间的间隙，掉落至离心陶瓷转盘上，此时，太阳光经过二次反射，对沙子进行加热，沙子在离心陶瓷转盘上堆积成锥形，加热后的沙子在离心陶瓷转盘转动时产生的离心力作用下，被均匀撒入热罐中，热罐中高温沙子堆积，并通过搅拌叶搅拌，加快高温沙子与换热盘管、过热蒸汽盘管换热；水通过水箱，在水泵的作用下，进入换热盘管，随后吸热，并产生大量高温水和高温蒸汽，高温水经出水管回到水箱，高温蒸汽经蒸汽出口管，进入过热蒸汽盘管，再次进行吸热，得到过热蒸汽；

过热蒸汽经过热蒸汽盘管排出后，进入汽轮发电组件的汽轮机中，汽轮机通过过热蒸汽驱动发电机组，使发电机组进行发电，随后乏汽排出，经凝汽器凝汽后，得到凝结水，凝结水在凝结水泵的作用下，依次进入低压加热器、除氧器，并通过给水泵，进入高温加热器，并通过出水管重新返回至水箱中；

高温沙子在换热后，通过介质出口槽进入沙箱，进入沙箱的沙子进入介质送料管道，并通过螺旋送料机重新返回至冷罐中；

转向支架为光伏跟踪支架，保证太阳能反射准确，确保离心陶瓷转盘上的沙子，可以快速加热，发电机组连接变压器，并通过变压器连接蓄电池，大部分产出电能对外供给，少部分产出电能存储于蓄电池中，用于用电设备的供电。

2.如权利要求1所述的一种基于沙热传导的光热转换发电储热设备，其特征在于，所述主轴上设有导向块，所述导向块的外壁与沙箱所呈的圆环形的内壁固定连接。

3.如权利要求1所述的一种基于沙热传导的光热转换发电储热设备，其特征在于，所述汽轮发电组件包括汽轮机、发电机组、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器和高压加热器。