СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ТРУБКА С АВТОМАТИЧЕСКОЙ ВЫДЕРЖКОЙ И СБОРОМ ТЕПЛА, УСТРОЙСТВО ЖЕЛОБКОВОГО ТИПА, СИСТЕМА ГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕХНОЛОГИЯ Российский патент 2017 года по МПК F01K13/00 F24J2/05 F24J2/07 F24J2/14 F24J2/42 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области генерации солнечной тепловой энергии, а более конкретно к устройству/системе генерации тепловой мощности содержащему солнечные термоколлекторы желобкового типа, заполненные водой, а также к способу генерации мощности, использующему подобное устройство/систему.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Солнечная энергия имеет широкое распространение, безграничные резервы, чистый сбор и утилизацию, нулевой выброс CO₂ и, таким образом, вызывает всеобщий интерес. Обычно технология солнечной тепловой энергии включает в себя три типа выработки энергии, то есть башенный тип, тарелочный тип и желобковый тип (в том числе параболический желобковый отражатель и желобковый отражатель Френеля).

Типичные желобковые системы генерации солнечной тепловой энергии используют турбину для привода двигателя и используют водяной пар в качестве рабочей среды. В настоящее время вакуумные трубки солнечных коллекторов желобковых систем генерации солнечной тепловой энергии используют проводящее масло (или расплавленную соль) для сбора солнечной энергии, и нагретое проводящее масло (или расплавленная соль) нагревает воду для получения пара, чтобы привести в действие турбину для генерации мощности. Фиг. 1 показывает модуль с вакуумной трубкой солнечного коллектора, который включает в себя параболический желобковый отражатель 1b1 и вакуумную трубку солнечного коллектора, расположенную в фокальной точке параболического желобкового отражателя. Вакуумная трубка солнечного коллектора включает в себя стеклянную трубку 1b2 и поглотительную трубку 1b3, покрытую слоем поглощения тепла. Стеклянная трубка надета на поглотительную трубку и пространство между стеклянной трубкой 1b2 и поглотительной трубкой 1b3 является вакуумным.

Конструкция вышеуказанных желобковых систем генерации солнечной тепловой энергии главным образом принимает в расчет следующие два основания. Во-первых, солнечная энергия является предметом погодных условий, поэтому она неустойчива и прерывиста. Проводящее масло (или расплавленная соль) может хранить тепловую энергию, компенсируя тем самым влияние погоды. Во-вторых, желобковые системы генерации солнечной тепловой энергии используют вакуумные трубки солнечного коллектора, которые не могут быть приспособлены к физическим свойствам воды, когда вода нагревается до определенной температуры и давления посредством солнечной энергии, трубки могут лопнуть.

То есть, так как солнечная энергия, концентрированная желобковым отражателем всегда нагревает сторону вакуумной трубки солнечного коллектора, близкой к параболическому желобковому отражателю 1b1 (как показано на фиг. 1, нижняя часть стеклянной трубки 1b2), в то время как противоположная сторона, то есть, верхняя часть стеклянной трубки на фиг. 1, никогда не получает концентрированный интенсивный свет, коэффициент сведения которого равен 80:1. В результате мгновенная разность температур между верхней и нижней части доходит более чем до 300°C. Пространство между стеклянной трубкой 1b2 и поглотительной трубкой 1b3 представляет собой вакуум. Если поглотительная трубка 1b3 заполнена проводящим маслом (или расплавленной солью), хорошая теплопроводность текучей среды может быстро выровнить температуру поглотительной трубки 1b3, тем самым предотвращая возникновение большой разницы температур и образование внутреннего напряжения. Если поглотительная трубка 1b3 заполнена водой, то когда температура воды превышает 100°C, образуется водяной пар, который всплывает на верхнюю часть горизонтально расположенной вакуумной трубки солнечного коллектора, а нижняя ее часть представляет собой жидкую воду. Разница теплопроводности водяного пара и жидкой воды огромна, что неизбежно вызывает огромную разность температуры верхней и нижней частей вакуумной трубки солнечного коллектора, и из-за теплового расширения и холодного сжатия трубок, возникает большое внутреннее напряжение, вакуумная трубка солнечного коллектора, как правило, лопается.

Таким образом, актуальным является разработка нового устройства/системы/метода генерации солнечной тепловой энергии, отличающегося от обычной технологии желобкового типа генерации солнечной тепловой энергии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В виду вышеописанных проблем, одной из целей изобретения является создание солнечной трубки с автоматическим выравниванием и сбором тепла и солнечного термосборного модуля желобкового типа, содержащего таковую. Солнечная трубка с автоматическим выравниванием и сбором тепла приспособлена для заполнения водой непосредственно и не лопается во время работы. Кроме того, изобретение также раскрывает систему генерации дополнительной солнечной тепловой энергии, содержащую солнечный термосборный модуль желобкового типа, содержащий солнечную трубку с автоматическим выравниванием и сбором тепла и способ генерации солнечной тепловой дополнительной мощности, использующий таковые. Способ изобретения генерации солнечной тепловой дополнительной мощности является всепогодным и может работать непрерывно и устойчиво ночью или в пасмурные или дождливые дни, с сохранением энергии и экологичности.

Для достижения вышеуказанных целей приняты следующие технические решения.

Для достижения вышеуказанной цели, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, предлагается солнечная трубка с автоматическим сбором и выравниванием тепла, содержащая: стеклянную трубку, поглотительную трубку и дефлектор. Стеклянная трубка надета на поглотительную трубку; поглотительная трубка покрыта слоем поглощения тепла; пространство между стеклянной трубкой и поглотительной трубкой является вакуумным; дефлектор располагается во внутренней полости поглотительной трубки и выполнен с возможностью приведения в движение текучей среды в поглотительной трубке для переворачивания ее вверх и вниз попеременно; и дефлектор представляет собой форму спирали и закреплен в поглотительной трубке.

В классе этого варианта осуществления, дефлектор спирально и непрерывно распределен в поглотительной трубке, и осевые шаги дефлектора являются одинаковыми; или дефлектор спирально распределен с интервалами в поглотительной трубке и осевые шаги в различных участках дефлектора являются одинаковыми; в осевом направлении абсорбционной трубки один конец дефлектора закреплен во внутренней полости поглотительной трубки, а другой конец дефлектора свободен; или дефлектор использует множество спиральных лопастей, закрепленных на осевом стержне, один конец спиральных лопастей закреплен во внутренней полости поглотительной трубки, а другой конец спиральных лопастей свободен; спиральные лопасти равномерно распределены и их шаги одинаковы.

Модуль желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла содержит солнечную трубку с автоматическим сбором и выравниванием тепла. Солнечная трубка с автоматическим сбором и выравниванием тепла расположена в фокальной точке параболического желобкового отражателя.

Изобретение также раскрывает систему генерации тепловой мощности, которая является системой генерации солнечной тепловой дополнительной мощности, причем система содержит модуль солнечной концентрации и подачи тепла, модуль подачи тепла для котла и блок турбогенератора. Модуль солнечной концентрации и подачи тепла содержит секцию предварительного нагрева и пароводяную двухфазную секцию испарения, которые соединены последовательно, секция предварительного нагрева содержит вакуумную трубку солнечного коллектора, и пароводяная двухфазная секция испарения содержит модуль желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла; по меньшей мере, один пароводяной сепаратор соединен последовательно с выходной трубкой на одном конце пароводяной двухфазной секции испарения; паровой выходной конец пароводяного сепаратора сходится с выходным концом барабана парового котла, и сходящийся пар транспортируется в блок турбогенератора через пароперегреватель модуля подачи тепла для котла; выходной конец отделенной воды пароводяного сепаратора соединяется с солнечной трубкой с автоматическим сбором и выравниванием тепла модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла через трубу обратного потока; выходной конец конденсатора блока турбогенератора соединен с модулем подачи воды; модуль подачи воды содержит одну водоприемную трубу и две водовыпускные трубы, одна водовыпускная труба сообщается с первой вакуумной трубкой солнечного коллектора, и вторая водовыпускная труба сообщается с трубкой подачи воды для котла.

В классе данного варианта осуществления, паровой выходной конец последнего пароводяного сепаратора сходится с выходным концом барабана парового котла через паровой клапан.

Изобретение, кроме того, раскрывает способ генерации мощности, использующий систему генерации тепловой мощности, причем генерация мощности включает в себя режим генерации солнечной тепловой дополнительной мощности в солнечные дни и режим генерации мощности теплоснабжения котла в ночное время или пасмурные/дождливые дни, при этом способ включает в себя: в солнечные дни введение питательной воды обеспеченной трубой подачи воды к модулю солнечной концентрации и поставки тепла, предварительный нагрев питательной воды за счет солнечной энергии в вакуумной трубке солнечного коллектора секции предварительного нагрева, и затем продолжение нагрева питательной воды в солнечной трубке с автоматическим сбором и выравниванием тепла пароводяной двухфазной секции испарения, в которой производится пароводяной двухфазный смешанный поток в поглотительной трубке, позволяя смешанному потоку переворачиваться по спирали в поглотительной трубке под действием дефлектора чтобы быстро выравнить температуру поглотительной трубки, а затем введение смешанного потока в пароводяной сепаратор и разделение пара от воды; возвращение отделенной воды в пароводяную двухфазную секцию испарения для повторного испарения и сведение отделенного пара с насыщенным паром из барабана парового котла, нагрев смешанного пара в модуле нагрева котла для выработки перегретого пара, и транспортировки перегретого пара в блок турбогенератора для генерации солнечной тепловой дополнительной мощности;

ночью или в пасмурные/дождливые дни, введение питательной воды только в модуль нагрева котла для производства перегретого пара, и транспортировку перегретого пара через пароперегреватель в блок турбогенератора для генерации тепловой мощности. В режиме генерации мощности теплоснабжения котла, солнечный нагревающий модуль прекращает работу, и вода в солнечной трубке с автоматическим сбором и выравниванием тепла останавливает течение и остается в изолированном состоянии.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения раскрыта система генерации тепловой мощности, которая является системой генерации солнечной тепловой дополнительной мощности, при этом система содержит модуль солнечной концентрации и подачи тепла, модуль подачи тепла котла и блок турбогенератора. Модуль солнечной концентрации и подачи тепла содержит секцию предварительного нагрева, пароводяную двухфазную секцию испарения, секцию перегрева, которые соединены последовательно, причем секция предварительного нагрева содержит вакуумную трубку солнечного коллектора и пароводяную двухфазную секцию испарения и секция перегрева содержит модуль желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла; по меньшей мере, один пароводяной сепаратор соединен последовательно с выходной трубкой на одном конце пароводяной двухфазной секции испарения; паровой выходной конец пароводяного сепаратора соединен с солнечной трубкой с автоматическим сбором и выравниванием тепла первого модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла секции перегрева, и последняя солнечная трубка с автоматическим сбором и выравниванием тепла секции перегрева соединена с входом блока турбогенератора; выходной конец с отделенной водой от пароводяного сепаратора соединен с солнечной трубкой с автоматическим сбором и выравниванием тепла модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла через трубу обратного потока; выходной конец барабана парового котла соединен с входом блока турбогенератора через пароперегреватель; выходной конец конденсатора блока турбогенератора соединен с модулем подачи воды; модуль подачи воды содержит одну водоприемную трубу и две водовыпускные трубы, одна водовыпускная труба сообщается с первой вакуумной трубкой солнечного коллектора, и вторая водовыпускная труба сообщается с трубой подачи воды в котел.

В классе данного варианта осуществления, последняя солнечная трубка с автоматическим сбором и выравниванием тепла секции перегрева сходится с выходом пароперегревателя через паровой клапан, и трубка сведения соединена с входом блока турбогенератора; до точки сведения, на выходе трубы пароперегревателя предусмотрены паровой коммутирующий клапан и регулятор расхода пара.

В классе данного варианта осуществления, модуль подачи воды содержит деаэратор и насос питательной воды, соединенные последовательно; резервуар смягченной воды соединен с деаэратором через водоприемную трубу; выходной конец конденсатора блока турбогенератора соединен деаэратором; выход насоса питательной воды соединен с двумя водовыпускными трубами; каждая водовыпускная труба снабжена коммутирующим клапаном, и одна водовыпускная труба снабжена клапаном управления питательной водой.

Кроме того, изобретение раскрывает способ генерации мощности, использующий систему генерации тепловой мощности, причем генерация мощности включает в себя режим генерации солнечной тепловой дополнительной мощности в солнечные дни, режим генерации солнечной энергии в дневное время, имеющее достаточно солнечного света, и режим генерации мощности теплоснабжения котла в ночное время или облачные/дождливые дни, и при этом способ содержит: в солнечные дни, введение питательной воды, поданной трубой подачи воды в модуль солнечной концентрации и подачи тепла, предварительный нагрев питательной воды за счет солнечной энергии в вакуумной трубке солнечного коллектора секции предварительного нагрева, а затем продолжение нагрева питательной воды в солнечной трубке с автоматическим сбором и выравниванием тепла пароводяной двухфазной секции испарения, посредством чего производится пароводяной двухфазный смешанный поток в поглотительной трубке, позволяя смешанному потоку переворачиваться по спирали в поглотительной трубке под действием дефлектора для быстрого выравнивания температуры поглотительной трубки, а затем введение смешанного потока в пароводяной сепаратор и разделение пара от воды; возврат отделенной воды в пароводяную двухфазную секцию испарения для повторного испарения и транспортировка отделенного пара в солнечную трубку автоматического сбора и выравнивания тепла в секции перегрева для получения перегретого пара; позволяя перегретому пару переворачиваться по спирали в поглотительной трубке для выравнивания температуры поглотительной трубки, и сведение перегретого пара с перегретым паром из пароперегревателя котла и транспортировка смешанного перегретого пара, к блоку турбогенератора для генерации солнечной тепловой дополнительной энергии;

ночью или в пасмурные/дождливые дни, введение питательной воды только в модуль нагрева котла для производства перегретого пара, и транспортировка перегретого пара через пароперегреватель в блок турбогенератора для генерации тепловой мощности. В режиме генерации мощности теплоснабжения котла солнечный модуль нагрева прекращает работу, и вода в солнечной трубке с автоматическим сбором и выравниванием тепла прекращает течение, и остается в изолированном состоянии;

в дневное время, имеющее достаточно солнечного света, нагрев питательной воды секцией предварительного нагрева и двухфазной секцией испарения для получения пароводяного двухфазного смешанного потока, разделение смешанного потока пароводяным сепаратором и дальнейшего нагрева отделенного насыщенного пара в секции перегрева для получения перегретого пара и транспортировка перегретого пара в блок турбогенератора для генерации тепловой мощности. В режиме генерации солнечной энергии, котлу необходимо работать в ночное время, чтобы сократить время разгона котла, только небольшое количество воды подается в котел, чтобы обеспечить работу котла при низкой нагрузке (около 10%).

В классе данного варианта осуществления питательная вода предварительно нагревается до 90°С в вакуумной трубке солнечного коллектора секции предварительного нагрева.

В классе данного варианта осуществления котел представляет собой углесжигающий котел, котел на жидком топливе, газовый котел, котел прямого сгорания биомассы, или угольно-газовый котел, предпочтительно, газовый котел с газификацией биомассы или котел прямого сгорания биомассы.

В солнечном, желобковом теплосборном модуле, пароводяная двухфазная секция испарения следует, по меньшей мере, за одним пароводяным сепаратором. Отделенный насыщенный пар может быть непосредственно доставлен в блок турбогенератора для генерации мощности, или сначала смешан с насыщенным паром, полученным в котле, а затем транспортирован в пароперегреватель и нагрет в нем для получения перегретого пара, который транспортируется в блок турбогенератора для генерации мощности. Или отделенный насыщенный пар нагревается с помощью модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла в секции пароперегревателя, сходится с насыщенным паром, полученным в котле, а затем транспортируется в блок турбогенератора для генерации мощности. Отделенная вода из пароводяного сепаратора возвращается в пароводяную двухфазную секцию испарения для повторного испарения через насос обратной воды. Могут быть запущены различные режимы генерации мощности в зависимости от погодных условий, так что это является энергосберегающим и экологически чистым.

Дефлектор расположен во внутренней полости поглотительной трубки солнечного модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла, и может приводить в движение текучую среду в поглотительной трубке, чтобы она переворачивалась вверх и вниз попеременно. Таким образом, ламинарное состояние двухфазной текучей среды нарушается, текучая среда автоматически перемещается вверх и вниз в поглотительной трубке для получения эффекта собственного перемешивания, тем самым выравнивая тепловую энергию верхней и нижней частей поглотительной трубки, предотвращая взрыв трубки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение описывается ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 - схематическое изображение модуля вакуумной трубки солнечного коллектора, содержащего вакуумную трубку солнечного коллектора в предшествующем уровне техники;

Фиг. 2 - схематическое изображение солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла первого примера изобретения;

Фиг. 3 - схематическое изображение солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла второго примера изобретения;

Фиг. 4 – вид в поперечном разрезе модуля желобкового типа с автоматическим выравнивания тепла, содержащего солнечную трубку с автоматическим сбором и выравниванием тепла на фиг. 2 или 3 (вид в поперечном разрезе модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла берется от линии А-А на фиг. 2 или 3);

Фиг. 5 - схематическое изображение солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла третьего примера изобретения;

Фиг. 6 - схематическое изображение системы генерации тепловой мощности первого примера изобретения; и

Фиг. 7 - схематическое изображение системы генерации тепловой мощности второго примера изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Подробное описание изобретения дано ниже в сочетании с прилагаемыми чертежами.

Фиг. 2 - схематическое изображение солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла первого примера изобретения. На фиг., 1b2 обозначает внешнюю стеклянную трубку солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла и 1b3 обозначает внутреннюю поглотительную трубку солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла (1b3 выполнена из стойких к высоким температурам металлических материалов, таких как нержавеющая сталь, сплав бериллия (например, бериллиевая бронза), а пространство между стеклянной трубкой и поглотительной трубкой является вакуумным). Поглотительная трубка покрыта слоем поглощения тепла. 1b4 обозначает дефлектор, расположенный во внутренней полости поглотительной трубки 1b3. 1b4 изготавливается из тех же или аналогичных материалов как и 1b3. А-А обозначает положение и направление поперечного сечения модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла (то есть, чтобы разрезать модуль желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла в положении А-А и наблюдать поперечное сечение с правой стороны, солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла показанной на фиг. 4).

Дефлектор 1b4 является спиралью с соответствующими шагами. Наружный диаметр спирали равен или меньше внутреннего диаметра 1b3, так что дефлектор может быть непрерывно расположен во внутренней полости поглотительной трубки 1b3. Чтобы обеспечить равномерную скорость переворачивания текучей среды в поглотительной трубке, осевые шаги дефлектора предпочтительно являются одинаковыми. В осевом направлении поглотительной трубки, один конец дефлектора 1b4 закреплен во внутренней полости поглотительной трубки 1б3, а другой конец дефлектора является свободным.

Фиг. 3 - схематическое изображение солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла второго примера изобретения. На фиг., 1b2 обозначает внешнюю стеклянную трубку солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла и 1b3 обозначает внутреннюю поглотительную трубку солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла (1b3 изготовлена из стойких к высоким температурам металлических материалов, таких как нержавеющая сталь, сплав бериллия (например, бериллиевая бронза)), а пространство между стеклянной трубкой и поглотительной трубкой является вакуумным. Поглотительная трубка покрыта слоем поглощения тепла. 1b4 обозначает две секции дефлектора (на самом деле, множество секций дефлектора также применяется), расположенные во внутренней полости поглотительной трубки 1b3. Дефлектор 1b4 представляет собой спираль с соответствующими шагами. Наружный диаметр спирали равен или меньше внутреннего диаметра 1b3, так что дефлектор может быть непрерывно расположен во внутренней полости поглотительной трубки 1b3. Чтобы обеспечить равномерную скорость переворачивания текучей среды в поглотительной трубке, осевые шаги дефлектора предпочтительно являются одинаковыми. 1b4 изготавливается из тех же или аналогичных материалов, как и 1b3. А-А обозначает положение и направление поперечного сечения модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла (то есть, чтобы разрезать модуль желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла на линии А-А и наблюдать его с правой стороны, когда солнечная трубка с автоматическим сбором и выравниванием тепла показана в центре фиг. 4). В осевом направлении поглотительной трубки, один конец дефлектора 1b4 закреплен во внутренней полости поглотительной трубки 1b3, а другой конец дефлектора является свободным.

Фиг. 4 – вид в поперечном разрезе модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла, содержащего солнечную трубку с автоматическим сбором и выравниванием тепла на фиг. 2 или 3. Вид в поперечном сечении берется от линии А-А на фиг. 2 или 3. Солнечная трубка с автоматическим сбором и выравниванием тепла расположена в фокальной точке параболического желобкового отражателя. 1b1 обозначает параболический желобковый отражатель, 1b2 обозначает внешнюю стеклянную трубку солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла, и 1b3 обозначает внутреннюю поглотительную трубку солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла (1b3 изготовлена из высокотемпературных стойких металлических материалов таких как нержавеющая сталь, сплав бериллия), и пространство между стеклянной трубкой и поглотительной трубкой является вакуумным. Поглотительная трубка покрыта слоем поглощения тепла. 1b4 обозначает дефлектор, расположенный во внутренней полости поглотительной трубки 1b3. 1b4 изготавливается из тех же или аналогичных материалов, как и 1b3. Стрелки на рисунке обозначают оптический путь солнечных лучей, которые сходятся на солнечной трубке с автоматическим сбором и выравниванием тепла, расположенной в фокальной точке параболического желобкового отражателя.

Фиг. 5 - схематическое изображение солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла третьего примера изобретения, которое представляет собой продольный разрез вдоль центральной оси солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла. 1b2 обозначает внешнюю стеклянную трубку. 1b3 обозначает внутреннюю поглотительную трубку. Пространство между стеклянной трубкой и поглотительной трубкой является вакуумным. 1b5 обозначает осевой стержень. 1b4 обозначает спиральные лопасти, закрепленные на осевом стержне с помощью сварки или других фиксирующих способов. Пространство между лопастями одинаковое, и лопасти 2, 3, 4 или N расположены в каждом спиральном цикле. На фигуре две лопасти приведены в каждом спиральном цикле. Модуль желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла, содержащий солнечную трубку с автоматическим сбором и выравниванием тепла имеет ту же структуру, что и на фиг. 4.

Как показано на фиг. 6 и 7, 1a обозначает секцию предварительного нагрева, содержащую множество обычных вакуумных трубок солнечного коллектора (как показано на фиг. 1), соединенных последовательно. 1b обозначает пароводяную двухфазную секцию испарения, содержащую множество модулей желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла, соединенных последовательно. 1c обозначает пароводяной сепаратор, 1d обозначает насос обратной воды, 1e обозначает секцию перегрева, содержащую множество модулей желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла, соединенных последовательно (которая показана только на фиг. 7), и 1f обозначает паровой клапан. 2 обозначает модуль нагрева котла (котел представляет собой углесжигающий котел, котел на жидком топливе, газовый котел, котел прямого сгорания биомассы, или, угольногазовый котел, предпочтительно, газовый котел газификации биомассы или котел прямого сгорания биомассы), 2а - пароперегреватель, 2b - барабан парового котла, 3 - блок турбогенератора, 3а - конденсатор блока турбогенератора, 3b и 3с коммутирующие клапаны; 3d - клапан управления потоком пара; 4 - деаэратор, 5 - насос питательной воды, 5а и 5b - коммутирующие клапаны, 5с клапан управления питательной водой, 6 - резервуар для смягченной воды (смягченная вода – это вода из установки для химической обработки воды).

Способ генерации мощности системы генерации тепловой мощности на фиг. 6 подытожен следующим образом.

В дневное время, имеющее достаточно солнечного света, коммутирующие клапаны 5а, 5б, и 1f открыты, и насос 1d обратной воды открыт. Вода из деаэратора приводится в движение насосом 5, питательной воды, большинство которой течет в секцию 1а предварительного нагрева вакуумных трубок солнечного коллектора, где вода нагревается до 90°С. Вода продолжает течь в пароводяную двухфазную секцию испарения и нагревается для получения пароводяного двухфазного смешанного потока. Смешанный поток спирально переворачивается в поглотительной трубке под действием дефлектора и течет в пароводяной сепаратор 1с. Отделенный пар сходится с насыщенным паром из барабана парового котла, смешанный пар далее нагревается в пароперегревателе котла для получения перегретого пара, и перегретый пар транспортируется в блок турбогенератора для генерации дополнительной солнечной-тепловой мощности. Отделенная вода из пароводяного сепаратора 1c возвращается в пароводяную, двухфазную секцию 1b испарения через насос 1d обратной воды для повторного испарения.

Так как спиральный дефлектор 1b4 расположен во внутренней полости 1b3 поглотительной трубки солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла, в двухфазной секции испарения двухфазная смешанная текучая среда приводится в движение насосом 5 питательной воды, чтобы переворачиваться вверх и вниз поочередно в поглотительной трубке 1b3. Вода имеет хорошие свойства теплопроводности. Хотя это - нижняя часть поглотительной трубки 1b3, которая поглощает тепловую энергию, переворачивание воды быстро передает тепло к верхней части поглотительной трубки 1b3 так, что верхняя и нижняя части поглотительной трубки 1b3 могут достигать теплового выравнивания в кратчайшее время, тем самым предотвращая взрыв вакуумной трубки солнечного коллектора, когда вода непосредственно заполнена.

В облачные/дождливые дни, открытие клапана 5с управления питательной водой на выходе из насоса 5 питательной воды убавляется, так что поток воды в вакуумной трубке солнечного коллектора уменьшается, в то время как поток воды, в котел через коммутирующий клапан 5b увеличивается. Нагрузка котла увеличивается, и больше пара производится чтобы обеспечить выходную мощность блока турбогенератора неизменной.

Ночью, коммутирующие клапаны 5а и 1f закрыты, и насос 1d обратной воды закрыт. Вода из деаэратора 4 приводится в движение насосом 5 питательной воды и полностью течет в котел 2, посредством которого производится перегретый пар. Перегретый пар транспортируется в блок турбогенератора для генерации мощности. Вакуумные трубки солнечного коллектора прекращают работу, среда прекращает течение и все остается в изолированном состоянии.

Способ генерации мощности системы генерации тепловой мощности на фиг. 7 может быть подытожен следующим образом.

В дневное время, имеющее достаточно солнечного света, коммутирующие клапаны 5а, 5б, и 1f открыты, и насос 1d обратной воды открыт. Вода из деаэратора приводится в движение насосом 5 питательной воды, большинство из которой течет в секцию предварительного нагрева 1а вакуумных трубок солнечного коллектора, где вода нагревается до 90°С. Вода продолжает течь в пароводяную двухфазную секцию испарения и нагревается для получения пароводяного двухфазного смешанного потока. Смешанный поток спирально переворачивается в поглотительной трубке под действием дефлектора и течет к пароводяному сепаратору 1с. Отделенная вода из пароводяного сепаратора 1c возвращается в пароводяную двухфазную секцию испарения 1b через насос 1d обратной воды для повторного испарения.

Отделенный пар из пароводяного сепаратора 1с течет в секцию перегрева, содержащую множество модулей желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла, соединенных последовательно, где пар нагревается до получения перегретого пара. Перегретый пар сходится с перегретым паром из пароперегревателя 2а обычного котла, и смешанный пар транспортируется в блок турбогенератора 3 для генерации мощности.

Из-за спирального дефлектора 1b4, расположенного во внутренней полости 1b3 поглотительной трубки солнечного трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла, в двухфазной секции испарения двухфазная, смешанная текучая среда приводится в движение насосом 5 обратной воды для переворачивания вверх и вниз поочередно в поглотительной трубке 1b3. Вода имеет хорошие свойства теплопроводности. Хотя это - нижняя часть абсорбционной трубки 1b3, которая поглощает тепловую энергию, переворачивание воды быстро передает тепло к верхней части поглотительной трубки 1b3, таким образом, верхние и нижние части поглотительной трубки 1b3 могут достигать теплового выравнивания в кратчайшее время, тем самым предотвращая взрыв вакуумной трубки солнечного коллектора, когда вода непосредственно заполнена.

В секции 1е перегрева, спиральный дефлектор 1b4 расположен во внутренней полости 1b3 поглотительной трубки солнечной трубки с автоматическим сбором и выравниванием тепла. Перегретый пар продолжает переворачиваться вверх и вниз по спирали в поглотительной трубке 1b3. Спиральное переворачивание единой текучей среды приводит к сильному вертикальному перемешиванию, хотя перегретый пар имеет плохую теплопроводность, сильное перемешивание может также быстро выровнять тепловую энергию в поглотительной трубке 1b3, тем самым предотвращая взрыв вакуумной трубки солнечного коллектора.

В пасмурные/дождливые дни, открытие клапана 5с управления питательной водой на выходе из насоса 5 питательной воды убавляется, так что водяной поток в вакуумной трубке солнечного коллектора уменьшается, в то время как водяной поток в котел через коммутирующий клапан 5b увеличивается. Нагрузка котла увеличивается и больше пара производится, чтобы обеспечить выходную мощность блока турбогенератора неизменной.

Ночью, коммутирующие клапаны 5а и 1f закрыты, и насос 1d обратной воды закрыт. Вода из деаэратора 4 приводится в движение насосом 5 питательной воды и полностью поступает в котел 2, посредством которого получается перегретый пар. Перегретый пар транспортируется в блок турбогенератора для генерации мощности. Вакуумные трубки солнечного коллектора прекращают работу, среда прекращает течение, и все остается в изолированном состоянии.

Преимущества системы генерации солнечной тепловой дополнительной мощности, согласно изобретению могут быть подытожены следующим образом. Система содержит секцию предварительного нагрева и пароводяную двухфазную секцию испарения, содержащую модули солнечной концентрации (или, содержащую секцию предварительного нагрева, пароводяную двухфазную секцию испарения и секцию перегрева). Пароводяная двухфазная секция испарения и секция перегрева содержат солнечную трубку с автоматическим сбором и выравниванием тепла и модуль желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла и, по меньшей мере, один пароводяной сепаратор, расположенный в пароводяной двухфазной секции испарения, содействуя, таким образом, дополнению и смешению пара из солнечных модулей и котла. В результате, установка мощности свободна от влияния погодных условий, и может генерировать мощность даже ночью. В частности, солнечная трубка с автоматическим сбором и выравниванием тепла и модуль желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла могут быть непосредственно заполнены водой для генерации мощности, которая является новым технологическим направлением.

Изобретение относится к области генерации солнечной тепловой энергии, а более конкретно к устройству/системе генерации тепловой мощности, содержащему солнечные термоколлекторы желобкового типа, заполненные водой, а также к способу генерации мощности, использующему подобное устройство/систему. Солнечная энергетическая трубка с автоматической выдержкой и сбором тепла содержит стеклянную трубку (1b2) и поглотительную трубку (1b3), покрытую теплопоглощающим слоем, нанесенным на нее, между стеклянной трубкой (1b2) и поглотительной трубкой (1b3) существует вакуум. Отражательная пластина (1b4) способна обеспечить текучей среде в поглотительной трубке (1b3) поочередно поток вверх и вниз во внутренней камере поглотительной трубки (1b3), разделительная пластина (1b4) представляет собой спиральную форму и фиксируется в поглотительной трубке (1b3). Также раскрыта система генерации тепловой мощности и технология, использующая дополнительный свет и генерацию тепловой мощности при воздействии погодных условий и поддерживающая устойчивую генерацию мощности в ночное время или когда нет достаточного солнечного света. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Тепловая система генерации энергии, являющаяся взаимодополняющей солнечно-тепловой системой генерации энергии, при этом система содержит модуль солнечной концентрации и подачи тепла, модуль подачи тепла для котла и блок турбогенератора, отличающаяся тем, что модуль солнечной концентрации и подачи тепла содержит секцию предварительного нагрева и пароводяную двухфазную секцию испарения, которые соединены последовательно, причем секция предварительного нагрева содержит вакуумную трубку солнечного коллектора и пароводяная двухфазная секция испарения содержит модуль желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла; по меньшей мере, один пароводяной сепаратор, соединенный последовательно с выходной трубкой на одном конце пароводяной двухфазной секции испарения; паровой выходной конец пароводяного сепаратора сходится с выходным концом барабана парового котла, и сходящийся пар транспортируется в блок турбогенератора через пароперегреватель модуля подачи тепла для котла; выходной конец с отделенной водой из пароводяного сепаратора соединяется с солнечной трубкой с автоматическим сбором и выравниванием тепла модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла через трубку обратного потока; выходной конец конденсатора блока турбогенератора соединен с модулем подачи воды; модуль подачи воды содержит одну водоприемную трубу и две водовыпускных трубы, причем одна водовыпускная труба сообщается с первой вакуумной трубкой солнечного коллектора, а вторая водовыпускная труба сообщается с трубкой подачи воды в котел;

при этом солнечная трубка с автоматическим сбором и выравниванием тепла модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла расположена в фокальной точке параболического желобкового отражателя, и при этом содержит: стеклянную трубку, поглотительную трубку и дефлектор; причем стеклянная трубка надета на поглотительную трубку; поглотительная трубка покрыта слоем поглощения тепла; пространство между стеклянной трубкой и поглотительной трубкой является вакуумным; дефлектор расположен во внутренней полости поглотительной трубки и выполнен с возможностью приведения в движение текучей среды в поглотительной трубке, чтобы переворачивать ее вверх и вниз попеременно; и дефлектор имеет форму спирали и закреплен в поглотительной трубке.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дефлектор спирально и непрерывно распределен в поглотительной трубке и осевые шаги дефлектора одинаковы; или дефлектор спирально распределен с интервалами в поглотительной трубке и осевые шаги в разных секциях дефлектора являются одинаковыми; при этом вдоль осевого направления поглотительной трубки один конец дефлектора закреплен во внутренней полости поглотительной трубки, а другой конец дефлектора свободен; или дефлектор содержит множество спиральных лопастей, закрепленных на осевом стержне, причем один конец спиральных лопастей закреплен во внутренней полости поглотительной трубки, а другой конец спиральных лопастей свободен; при этом спиральные лопасти равномерно распределены и их шаги одинаковы.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что паровой выходной конец последнего пароводяного сепаратора сходится с выходным концом барабана парового котла через паровой клапан.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что модуль подачи воды содержит деаэратор и насос питательной воды, соединенные последовательно; резервуар смягченной воды соединен с деаэратором через водоприемную трубу; выходной конец конденсатора блока турбогенератора соединен с деаэратором; выход насоса питательной воды соединен с двумя водовыпускными трубами; при этом каждая водовыпускная труба снабжена коммутирующим клапаном и одна водовыпускная труба снабжена клапаном управления питательной водой.

5. Способ генерации энергии, использующий тепловую систему генерации энергии по любому из пп. 1-4, причем генерация энергии включает в себя режим взаимодополняющей солнечно-тепловой генерации энергии в солнечные дни и режим генерации энергии теплового снабжения котла в ночное время или в пасмурные/дождливые дни, при этом способ содержит: в солнечные дни, введение питательной воды, обеспеченной трубой подачи воды в модуль солнечной концентрации и подачи тепла, предварительный нагрев питательной воды за счет солнечной энергии в вакуумной трубке солнечного коллектора секции предварительного нагрева, а затем продолжение нагрева питательной воды в солнечной трубке с автоматическим сбором и выравниванием тепла пароводяной двухфазной секции испарения, чтобы произвести пароводяной двухфазный смешанный поток в поглотительной трубке, позволяя смешанному потоку переворачиваться по спирали в поглотительной трубке под действием дефлектора, чтобы быстро уравнять температуру поглотительной трубки, а затем введение смешанного потока в пароводяной сепаратор и отделение пара из воды; возврат отделенной воды в пароводяную двухфазную секцию испарения для повторного испарения и сведение отделенного пара с насыщенным паром из барабана парового котла, нагрев смешанного пара в модуле нагрева котла для получения перегретого пара и транспортировка перегретого пара в блок турбогенератора для генерации солнечной тепловой дополнительной мощности;

ночью или в пасмурные/дождливые дни, введение питательной воды только в модуль нагрева котла для производства перегретого пара и транспортировка перегретого пара через пароперегреватель в блок турбогенератора для генерации тепловой мощности, в котором в режиме генерации мощности теплового снабжения котла модуль солнечного нагрева прекращает работу и вода в солнечной трубке с автоматическим сбором и выравниванием тепла прекращает течение и остается в изолированном состоянии.

6. Тепловая система генерации энергии, являющаяся системой генерации солнечной тепловой дополнительной мощности, при этом система содержит модуль солнечной концентрации и подачи тепла, модуль теплового снабжения котла и блок турбогенератора, отличающаяся тем, что модуль солнечной концентрации и подачи тепла включает секцию предварительного нагрева, пароводяную двухфазную секцию испарения и секцию перегрева, которые соединены последовательно, причем секция подогрева содержит вакуумную трубку солнечного коллектора и пароводяная двухфазная секция испарения и секция перегрева содержат модуль желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла; по меньшей мере, один пароводяной сепаратор соединен последовательно с выходной трубой на одном конце пароводяной двухфазной секции испарения; паровой выходной конец пароводяного сепаратора соединен с солнечной трубкой с автоматическим сбором и выравниванием тепла первого модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла секции перегрева и последняя солнечная трубка с автоматическим сбором и выравниванием тепла секции перегрева соединена с входом блока турбогенератора; выходной конец с отделенной водой от пароводяного сепаратора соединяется с солнечной трубкой с автоматическим сбором и выравниванием тепла модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла через трубу обратного потока; выходной конец барабана парового котла соединен с входом блока турбогенератора через пароперегреватель;

выходной конец конденсатора блока турбогенератора соединен с модулем подачи воды; модуль подачи воды содержит одну водоприемную трубу и две водовыпускные трубы, одна водовыпускная труба сообщается с первой вакуумной трубкой солнечного коллектора, и вторая водовыпускная труба сообщается с трубой подачи воды для котла,

при этом солнечная трубка с автоматическим сбором и выравниванием тепла модуля желобкового типа с автоматическим выравниванием тепла расположена в фокальной точке параболического желобкового отражателя, при этом солнечная трубка с автоматическим сбором и выравниванием тепла содержит стеклянную трубку, поглотительную трубку и дефлектор; при этом стеклянная трубка надета на поглотительную трубку; поглотительная трубка покрыта слоем поглощения тепла; пространство между стеклянной трубкой и поглотительной трубкой является вакуумным; дефлектор расположен во внутренней полости поглотительной трубки и выполнен с возможностью приведения в движение текучей среды в поглотительной трубке, чтобы переворачивать ее вверх и вниз попеременно; и дефлектор имеет форму спирали и закреплен в поглотительной трубке.

7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что дефлектор спирально и непрерывно распределен в поглотительной трубке и осевые шаги дефлектора одинаковы; или дефлектор спирально распределен с интервалами в поглотительной трубке и осевые шаги в разных секциях дефлектора являются одинаковыми; при этом вдоль осевого направления поглотительной трубки один конец дефлектора закреплен во внутренней полости поглотительной трубки, а другой конец дефлектора свободен; или дефлектор содержит множество спиральных лопастей, закрепленных на осевом стержне, причем один конец спиральных лопастей закреплен во внутренней полости поглотительной трубки, а другой конец спиральных лопастей свободен; при этом спиральные лопасти равномерно распределены и их шаги одинаковы.

8. Система по п. 6, отличающаяся тем, что последняя солнечная трубка с автоматическим сбором и выравниванием тепла секции перегрева сходится с выходом пароперегревателя через паровой клапан и труба сведения соединена с входом блока турбогенератора; перед схождением на выходной трубе пароперегревателя предусмотрены паровой коммутирующий клапан и регулятор потока пара.

9. Система по п. 6, отличающаяся тем, что модуль подачи воды содержит деаэратор и насос питательной воды, соединенные последовательно; резервуар смягченной воды соединен с деаэратором через водоприемную трубу; выходной конец конденсатора блока турбогенератора соединен с деаэратором; выход насоса питательной воды соединен с двумя водовыпускными трубами; каждая водовыпускная труба снабжена коммутирующим клапаном и одна водовыпускная труба снабжена клапаном управления питательной водой.

10. Способ генерации энергии, использующий тепловую систему генерации энергии по любому из пп. 6-9, причем генерация энергии включает в себя режим взаимодополняющей солнечно-тепловой генерации энергии в солнечные дни, режим солнечной генерации энергии в дневное время, имеющее достаточно солнечного света, и режим генерации энергии теплоснабжением котла в ночное время или облачные/дождливые дни, и при этом способ содержит: в солнечные дни, введение питательной воды, обеспеченной трубой подачи воды в модуль солнечной концентрации и подачи тепла, предварительный нагрев питательной воды за счет солнечной энергии в вакуумной трубке солнечного коллектора секции предварительного нагрева, а затем продолжение нагрева питательной воды в солнечной трубке с автоматическим сбором и выравниванием тепла пароводяной двухфазной секции испарения, чтобы произвести пароводяной двухфазный смешанный поток в поглотительной трубке, позволяя смешанному потоку переворачиваться по спирали в поглотительной трубке под действием дефлектора, чтобы быстро уравнять температуру поглотительной трубки, а затем введение смешанного потока в пароводяной сепаратор и разделение пара от воды; возврат отделенной воды в пароводяную двухфазную секцию испарения для повторного испарения и транспортировки отделенного пара в солнечную трубку с автоматическим сбором и выравниванием тепла в секции перегрева для получения перегретого пара, позволяя перегретому пару переворачиваться по спирали в поглотительной трубке для выравнивания температуры поглотительной трубки, и сведение перегретого пара с перегретым паром из пароперегревателя котла и транспортировка смешанного перегретого пара в блок турбогенератора для генерации солнечной тепловой дополнительной мощности;

ночью или в пасмурные/дождливые дни, введение питательной воды только в модуль нагрева котла для производства перегретого пара и транспортировка перегретого пара через пароперегреватель в блок турбогенератора для генерации тепловой мощности, в котором в режиме генерации мощности теплового снабжения котла модуль солнечного нагрева прекращает работу и вода в солнечной трубке с автоматическим сбором и выравниванием тепла прекращает течение и остается в изолированном состоянии;

в дневное время, имеющее достаточно солнечного света, нагревание питательной воды секцией предварительного нагрева и двухфазной секцией испарения, чтобы получить пароводяной двухфазный смешанный поток, разделение смешанного потока пароводяным сепаратором и дальнейший нагрев отделенного насыщенного пара секцией перегрева для получения перегретого пара и транспортировка перегретого пара в блок турбогенератора для генерации тепловой мощности, в котором в режиме генерации солнечной энергии котлу необходимо работать в ночное время, чтобы сократить время разгона котла, только небольшое количество воды подается в котел, чтобы обеспечить работу котла на малой нагрузке.

11. Способ по п. 5, отличающийся тем, что питательная вода предварительно нагревается до 90°С в вакуумной трубке солнечного коллектора секции предварительного нагрева.

12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что питательная вода предварительно нагревается до 90°С в вакуумной трубке солнечного коллектора секции предварительного нагрева.