專利名稱：把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種利用太陽能的方法，特別是一種把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能的方法。
背景技術(shù)：
太陽能是一種清潔能源，可以把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能進行利用，如太陽能熱發(fā)電、工業(yè)工藝用熱等。按太陽能熱利用的溫度高低，可以分成太陽能低溫熱利用(t＜100℃)、中溫熱利用(100≤t≤250℃)、高溫熱利用(t＞250℃)。由于太陽能的能量密度低，并且有晝夜的間斷，要把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能，目前的方法是采用聚光型太陽能集熱器。雖然采用聚光型太陽能集熱器能獲得中高溫熱能，但由于造價高昂，跟蹤系統(tǒng)復雜，所以獲得的熱能成本較高，直到目前仍無法大規(guī)模推廣使用。而非聚光型太陽能集熱器則由于集熱面積等于吸熱面積，一般只獲得低溫熱能(＜100℃)，但由于造價較低，故在家用太陽能熱水器中得到廣泛的應用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服目前太陽能熱利用方法的缺點而提供了一種把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能的方法，使用本發(fā)明的方法，用非聚光型太陽能集熱器就可以把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能。
由物理學可知，物體吸熱后的溫度變化如下式所示t2＝t1+Q/(mc)從公式中可以看出，加熱后物體的溫度t2與四個因素有關物體的初溫t1、質(zhì)量m、比熱c及吸收的熱量Q。可見，對質(zhì)量m一定的物質(zhì)，要通過加熱獲得高溫，可以有三種途徑①提高物體的初溫；②使用比熱較小的物質(zhì)；③吸收盡量多的熱量。在太陽能熱利用中，由于單位面積的太陽能功率是一定的，所以要把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能，可以通過提高吸熱工質(zhì)的初溫和使用低比熱的吸熱工質(zhì)來實現(xiàn)?？v觀目前利用太陽能獲得中高溫熱能的方法，大多忽視了以上基本的物理學原理，表現(xiàn)為①吸熱工質(zhì)的初溫為室溫，即在室溫的基礎上吸收太陽能而提高溫度；②吸熱工質(zhì)大多使用水和高壓水，而水和高壓水的比熱在所有物質(zhì)中幾乎最高，比有機熱油等高得多。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的屬于流體介質(zhì)的吸熱工質(zhì)先被預熱，再吸收太陽能，然后通過熱交換間接對用熱設備進行加熱以獲得中高溫熱能，其工藝流程如下①啟動時，在吸熱工質(zhì)接受太陽能加熱前，首先把儲熱罐(1)中具有室溫或儲存溫度T0的吸熱工質(zhì)從儲熱罐(1)輸送到預熱器(2)中加熱，并且加熱到中高溫用熱設備(5)的使用溫度T1附近，優(yōu)選等于T1；預熱器為非太陽能集熱器類加熱器，可用電、燃料、蒸汽、儲存在高溫儲熱罐(4)中溫度為T2的吸熱工質(zhì)等加熱。天天連續(xù)開工時，儲熱罐(1)中的吸熱工質(zhì)的溫度為高于室溫的T0，長時間停工后再開工時儲熱罐(1)中的吸熱工質(zhì)的溫度為室溫；吸熱工質(zhì)為非水流體，如有機熱油、離子液體、熔融鹽等；②吸熱工質(zhì)在預熱器(2)中預熱后輸送到太陽能集熱器(3)中加熱升溫到T2，太陽能被轉(zhuǎn)換成中高溫熱能；③吸熱工質(zhì)在太陽能集熱器(3)加熱后輸送到用熱設備(5)進行熱交換，把中高溫熱能傳給用熱設備(5)，熱交換后吸熱工質(zhì)的溫度降為T1；④在用熱設備(5)中經(jīng)過熱交換后的吸熱工質(zhì)重新輸送到太陽能集熱器(3)中加熱，如此循環(huán)往復；
⑤當溫度達到T2的吸熱工質(zhì)超過用熱設備(5)的需求量時，把吸熱工質(zhì)輸送到具有保溫性能的高溫儲熱罐(4)中進行儲存；⑥結(jié)束循環(huán)時，具有溫度T1的吸熱工質(zhì)輸送到具有保溫性能的儲熱罐(1)中進行儲存。
由于在進入太陽能集熱器吸收太陽能升溫前吸熱工質(zhì)已經(jīng)在預熱器中加熱到用熱設備的中高溫度，使吸熱工質(zhì)在進入太陽能集熱器中吸收的太陽能全部轉(zhuǎn)換成中高溫熱能，在用熱設備中進行熱交換后這些太陽能就變成了用熱設備的中高溫熱能。所以，這種把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能的方法，對太陽能集熱器要求不高，即無須聚光型太陽能集熱器而用非聚光型太陽能集熱器就可以把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能，使利用太陽能獲得中高溫熱能的成本大大下降，從而有可能使這種中高溫熱能廣泛被工業(yè)工藝和太陽能熱發(fā)電站所利用，這是本發(fā)明的突出優(yōu)點所在。
附圖為吸熱工質(zhì)的循環(huán)流程圖，1儲熱罐，2預熱器，3太陽能集熱器，4高溫儲熱罐，5用熱設備。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
本實施例是利用太陽能把水加熱成280℃、6.4MPa的飽和水蒸氣，該水蒸氣既可用于工藝加熱，也可用于驅(qū)動汽輪機發(fā)電，屬于太陽能高溫熱利用。用能耐受300～400℃的有機熱油作為吸熱工質(zhì)，儲熱罐(1)、高溫儲熱罐(4)均采用真空絕熱方式進行保溫，預熱器(2)采用燃油加熱的有機熱油爐，太陽能集熱器(3)采用非聚光型的具有吸熱管板結(jié)構(gòu)的直通式真空集熱器，用熱設備(5)為用有機熱油加熱的蒸汽鍋爐。
啟動時，把在儲熱罐(1)中經(jīng)過一夜保溫后溫度由280℃降到260℃的吸熱工質(zhì)輸送到預熱器(2)中加熱到280℃，再進入太陽能集熱器(3)中加熱到370℃，然后進入用熱設備(5)中通過熱交換把水加熱蒸發(fā)成為280℃、6.4MPa的飽和水蒸氣，吸熱工質(zhì)的溫度在熱交換后降為280℃，重新輸送回太陽能集熱器(3)中繼續(xù)加熱，如此循環(huán)往復；當從太陽能集熱器(3)中出來的溫度為370℃的吸熱工質(zhì)超過用熱設備(5)的使用量時，過量的部分輸送到高溫儲熱罐(4)中儲存起來備用；太陽落山后，循環(huán)結(jié)束時，從用熱設備(5)出來的溫度為280℃的吸熱工質(zhì)輸送到儲熱罐(1)中儲存起來，到第二天啟動時使用。
本實施例中，通過把吸熱工質(zhì)在預熱器中先升溫到用熱設備的用熱溫度280℃，則再進入太陽能集熱器加熱后，太陽能全部被轉(zhuǎn)換成了溫度達到370℃的高溫熱能，然后在用熱設備中通過熱交換后得到280℃高溫水蒸氣，即太陽能轉(zhuǎn)換成了高溫水蒸氣的高溫熱能。由于每天循環(huán)結(jié)束后吸熱工質(zhì)被保溫儲存，夜間降溫不多(真空絕熱儲存)，第二天在預熱器中升溫到280℃時消耗的能量并不多(有機熱油的比熱比水低得多)，即用較少的代價把太陽能全部轉(zhuǎn)換成中高溫熱能，這是完全值得的。當該蒸汽再用370℃的吸熱工質(zhì)加熱成330℃的過熱蒸汽時，就可以用來驅(qū)動汽輪機并帶動發(fā)電機發(fā)電，其理論循環(huán)熱效率達到η＝1-(273+30)/(273+330)＝49.8％，完全具備進行大規(guī)模工業(yè)發(fā)電的潛力。顯然，本發(fā)明的方法為太陽能的大規(guī)模中高溫利用鋪平了道路。
權(quán)利要求
1.一種把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能的方法，即屬于流體介質(zhì)的吸熱工質(zhì)先被預熱，再吸收太陽能，然后通過熱交換間接對用熱設備進行加熱以獲得中高溫熱能，其特征在于啟動時，在吸熱工質(zhì)接受太陽能加熱前，首先把儲熱罐(1)中具有室溫或儲存溫度T0的吸熱工質(zhì)從儲熱罐(1)輸送到屬于非太陽能集熱器類加熱器的預熱器(2)中進行加熱升溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能的方法，其特征在于吸熱工質(zhì)為非水流體，如有機熱油、離子液體、熔融鹽等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能的方法，其特征在于預熱器(2)為非太陽能集熱器類加熱器，可用電、燃料、蒸汽、儲存在高溫儲熱罐(4)中溫度為T2的吸熱工質(zhì)等加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能的方法，其特征在于吸熱工質(zhì)在預熱器(2)中加熱到中高溫用熱設備(5)的使用溫度T1附近，優(yōu)選等于T1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能的方法，其特征在于在用熱設備(5)中經(jīng)過熱交換后的吸熱工質(zhì)重新輸送到太陽能集熱器(3)中加熱，如此循環(huán)往復。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能的方法，其特征在于當溫度達到T2的吸熱工質(zhì)超過用熱設備(5)的需求量時，把吸熱工質(zhì)輸送到具有保溫性能的高溫儲熱罐(4)中進行儲存。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能的方法，其特征在于結(jié)束循環(huán)時，具有溫度T1的吸熱工質(zhì)輸送到具有保溫性能的儲熱罐(1)中進行儲存。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種把太陽能轉(zhuǎn)換成中高溫熱能的方法，即屬于流體介質(zhì)的吸熱工質(zhì)先被預熱，再吸收太陽能，然后通過熱交換間接對用熱設備進行加熱以獲得中高溫熱能，其特征在于啟動時，在吸熱工質(zhì)接受太陽能加熱前，首先把儲熱罐(1)中具有室溫或儲存溫度T
文檔編號F24J2/00GK1928459SQ20061015969
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月30日
發(fā)明者陳培豪 申請人:陳培豪