陽光集熱淡化海水發電的制造方法
【專利摘要】陽光集熱淡化海水發電機，所屬【技術領域】；新能源熱力學機械機電工程；是一種能夠最高效利用太陽能的新型熱機，由加熱、做功、冷卻三個模塊構成。加熱模塊是陽光集熱鍋爐，利用時鐘傳動裝置帶動圓鏟形聚光鏡朝陽轉動，聚集陽光熱能加熱水管式鍋爐，產生蒸汽(或液流)動力，驅動渦輪發電機能做功發電，做功完畢，蒸汽(或液流)通過蛇形管換熱器，冷卻增壓回流，釋放熱能加熱蛇形管中的海水，海水注入淡化塔，淡化塔采用熱泵蒸發方式，循環利用水蒸氣的汽化潛熱，提高熱量利用效率，增加淡水產量。
【專利說明】陽光集熱淡化海水發電機
[0001]所屬領域:機電工程熱力學機械與新能源領域，這是一種能夠最有效利用太陽能的熱力學機械系統裝置，由三大模塊組成，包括加熱模塊、做功模塊、冷卻模塊。工作流程為加熱模塊利用聚光鏡集中陽光加熱水管式鍋爐產生蒸汽(或液流)動力，做功模塊利用蒸汽(或液流)驅動渦輪機做功發電，冷卻模塊，做功完畢的蒸汽(或液流)用海水冷卻，海水溫度升高流入海水淡化塔，蒸汽(或液流)溫度降低，體積減小，用增壓泵壓回水管式鍋爐循環加熱，這套裝置的創新性在于:采用技術新型方案，把已有技術組合應用，對機械結構進行創新設計，使集中太陽光熱能變得簡單容易，與熱力學機械組合使用更方便。
[0002]陽光集熱淡化海水發電機各部分機構如下:
[0003]一、加熱模塊，是一種新型太陽能集熱鍋爐，鍋爐是內外雙層套管式結構(如圖2所示)，內層并列兩根水管，一長一短，長管流出蒸汽(或液流)做功，短管流入水(或)液流，外層水管用于吸收陽光熱能加熱，外層水管長5米，內徑0.25米，管壁厚0.5cm,長管內徑5cm,管壁厚Icm,兩端伸出外層水管,南端伸出30cm,北端伸出20cm,短管內徑1.5cm,管壁厚0.5cm,長50cm,在外層水管南端伸出25cm,在外層水管兩端伸出的水管上纏繞3cm厚的石棉，長度為20cm,纏繞石棉后直徑達到13cm,在石棉層外再夾上長20cm,內徑13cm,管壁厚2cm的兩個半圓形鋼管扣件用螺栓緊固，扣緊鋼管后，直徑為17cm，水管式鍋爐同兩端的半圓形鋼管扣件固定安裝在南北兩端的支架上(如圖1所示)，傾斜角按緯度不同而改變，在熱帶地區與地平面平行，在溫帶地區傾斜角為30° —40°，在北半球北高南低，在南半球，南高北低。
[0004]聚光鏡以水管式鍋爐為軸轉動，在聚光鏡框架南北兩端的中心各有一個鐵制滑環扣件，內徑17cm，厚2cm，寬5cm，扣接在水管式鍋爐兩端的半圓形鋼管扣件上(如圖1所示)，聚光鏡鏡面是圓鏟形，由拋物線形曲面聚光鏡和一面放置在側面與曲面垂直的平面鏡組合而成(如圖1所示)，曲面鏡長寬各五米，曲面展開鋪平后，南北長5米，東西寬5.79米，用反光塑料膜粘貼在5米長12cm寬的帆布條上，共48條可兩兩對折，每隔兩條有一根滑桿，可在兩側拋物線形曲邊上滑動，不用時，可以像拉窗簾一樣收攏在一起，用時再拉開，側面的平面鏡用不銹鋼鐵皮制成(如圖3所示)。
[0005]圓鏟形聚光鏡只要在東西方向上對準太陽，就能把接收的陽光都匯聚在水管式鍋爐上，不必考慮在南北方向上陽光是否斜射。當正午太陽高度角<90° —鍋爐傾斜角時，平面鏡放在聚光鏡框架北端，反之，放在南端，一年只需改變兩次平面鏡位置即可，用幾何光學與鏡面反射原理可證明圓鏟形聚光鏡的原理。在這里平面鏡反射光的光源有兩個，太陽和曲面聚光鏡，平面鏡成像相當于把光源挪到了平面鏡后面，等于是延長了曲面鏡，并且把太陽光轉向，最終所有接收到的陽光都匯聚到水管式鍋爐上。
[0006]在聚光鏡的正中間下方是一個直徑5米的半圓環，用兩根長7.85米的鋼筋并列彎曲制成，在兩根鋼筋中間每隔5.45cm，焊接一根長4cm，的短鋼筋，共143根形成144個間隔均勻的空格。在半圓形下方的支架上安裝有控制電機和齒輪減速裝置，控制電機是永磁步進電機，功率10瓦特，同軸齒輪d = 4.8cm、m = 6、z = 8,轉速I轉/4分鐘。一級減速齒輪d = 48cm、m = 6、z = 80轉速I轉/40分鐘。一級減速齒輪的同軸小齒輪直徑d = 4.8cm、m = 6、z = 8，與另一個同樣規格的小齒輪用鏈條傳動，轉速也為I轉/40分鐘。與這個齒輪同軸的齒輪齒距5.45cm,齒數8，與聚光鏡下方的半圓環嚙合傳動，每隔5分鐘轉動一個齒，半圓環一共有間距5.45cm的空格144個，轉動半周共用720分鐘，即12個小時，控制電機和減速齒輪，半圓環共同組成時鐘轉動裝置(如圖4所示)，使聚光鏡跟蹤太陽，與太陽同步做時鐘運動。
[0007]二、做功模塊:當蒸汽(或液流)受熱膨脹，從長管流出時，驅動與長管聯接的渦輪發電機做功發電，渦輪發電機固定在支架上(如圖5所示)，在北半球安裝在南端，在南半球安裝在北端，渦輪發電機功率在5-10千瓦。
[0008]三、冷卻模塊:做功完畢的蒸汽(或液流)經過一個蛇形管換熱器，把熱量交換給蛇形管內的海水，蒸汽(或液流)溫度降低，體積減小，從換熱器下方的水管流出，被增壓泵壓回到水管式鍋爐中循環加熱。蛇形管中的海水溫度升高，注入海水淡化塔，塔高2米，是方柱體，長寬各I米，用厚鐵皮焊接成。采用熱泵蒸發方式，塔上部I立方米空間是蒸發室，產生的水蒸氣被安裝在右側的壓縮機抽走，壓縮進位于塔中部的蛇形水管散熱器中，蒸汽被壓縮，溫度壓力都升高，熱量被散熱器交換給海水，蒸汽冷凝成淡水，從塔左側下方的一個小型換熱器通過，從出水管流出溫水，海水從左下方的進水管流入，經過小型換熱器，與出水管中的淡水交換熱量，再往上經過蛇形管換熱器，與渦輪機排出的流體交換熱量，最后注入海水淡化塔，因為蒸發室內水蒸氣被壓縮機抽走，塔內是低壓環境，水的沸點降低，很容易蒸發，當海水含鹽濃度過高時，可以打開淡化塔底部開關，使海水流出風干成鹽。海水淡化是一個熱量循環利用的過程(工作流程如圖5所示)，水蒸氣的汽化熱以及出水管淡水的熱量都被交換給海水，每生產I克淡水，至多需要100焦耳熱量，每秒鐘生產100克淡水，則需10千瓦的熱功率。集中25平米的陽光產生熱功率約為30千瓦，蒸汽(或液流)渦輪機的效率都在40%以上，按最低20%計算，發電機功率為6千瓦，其余熱量損耗掉一部分，剩余熱量都用于淡化海水，至少有10千瓦以上的熱功率用來淡化海水，壓縮機功率2千瓦，所耗電能由發電機提供，發電機剩余功率4千瓦，每天工作8小時，能發電32度，生產淡水
0.1X3600X8 = 2880千克=2.88噸，這是理論計算的最低值，在實際生產中，只會高不會低。
[0009]陽光集熱淡化海水發電機的用途:
[0010]這套機器可以大量用于離海洋不太遠、海拔較低的沙漠干旱地區，在沙漠中大規模應用，可以把沙漠變成發電廠和淡水工廠，也可以安裝在屋頂上，機器制造成本低，支撐機器的框架可以用鐵，也可以用木材，鍋爐和海水淡化塔，用鋼鐵鑄造焊接而成，渦輪發電機、壓縮機、增壓泵、換熱器、控制電機、減速齒輪等可以購買產品再組裝到機器上，整部機器成本不會超過I萬元。
[0011]這套機器也可以用在內陸地區，可以把淡化海水裝置取消，用自來水冷卻。
[0012]說明書
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1:陽光集熱鍋爐(以在熱帶地區鍋爐與地面平行的機器作圖)
[0014]1、南端支架；2、半圓管形扣件下半部；3、進水管；4、蒸汽(或液流)流出口 ；5、石棉絕熱層；6、半圓管形扣件上半部；7、水管式鍋爐；8、北端支架；9、半圓形扣件上半部；10、半圓滑環扣件下半部；11、側面平面鏡；12、拋物線型曲面鏡；13、半圓形時鐘軌道。
[0015]圖2:水管式鍋爐剖面圖
[0016]1、進水管；2、蒸汽或液流出口與渦輪機連接；3、石棉絕熱層；4、水管式鍋爐外壁；
5、蒸汽(或液流)出口 ；6、半圓管形扣件；7、北端支架；8、南端支架。
[0017]圖3:圓鏟形聚光鏡展開圖
[0018]1、曲面鏡邊框；2、細滑桿；3、折疊線；4、繩索系于兩邊滑桿中點；5、細鐵環；6、側面不銹鋼平面鏡；7、曲面鏡收放裝置(下拉a繩鏡面收攏折疊，下拉b繩，鏡面展開)。
[0019]圖4:時鐘傳動結構圖(視圖方向:由北向南)
[0020]1、與永磁步進電機同軸齒輪；2、一級減速齒輪；3、半圓形時鐘軌道；4、拋物線型聚光鏡；5、鏡框；6、半圓滑環扣件；7、傳動齒輪。
[0021 ] 圖5:做功與冷卻模塊
[0022]1、蓄電池組；2、南端支架；3、小增壓泵；4、進水管；5、發電機；6、渦輪機；7、蛇形冷凝管；8、換熱器外殼；9、海水淡化塔；10、蒸發室；11、壓縮機；12、散熱管；13、含鹽量過高海水排出口 ；14、海水進水管；15、淡水出水口 ；16、小型換熱器。
【權利要求】
1.一種新型技術方案，對機械結構進行創新設計，使熱機系統具備集中陽光熱能發電與淡化海水的功能，熱機包括加熱、做功、冷卻三個模塊； 加熱模塊是陽光集熱鍋爐，圓鏟形聚光鏡繞水管式鍋爐轉動，時鐘傳動裝置帶動聚光鏡跟蹤太陽作同步時鐘運動，聚焦陽光加熱鍋爐； 做功模塊，鍋爐受熱輸出蒸汽(或液流)動力，驅動渦輪發電機做功發電； 冷卻模塊，做功完畢的蒸汽(或液流)，通過蛇形管換熱器，冷卻回流，把熱量傳遞給蛇形管中的海水，海水注入淡化塔，海水淡化塔采用熱泵蒸發方式，充分利用水蒸氣的汽化潛熱，提高熱量利用效率增加淡水產量。
2.一種集中陽光熱能淡化海水與發電的新型機械產品，該產品由陽光集熱鍋爐、渦輪發電機、蛇形管換熱器、采用熱泵蒸發方式的海水淡化塔組合構成； 其中陽光集熱鍋爐傾斜角固定安裝在南北兩端的支架上，圓鏟形聚光鏡以水管式鍋爐為軸轉動，永磁步進電機與減速齒輪以及聚光鏡下方的半圓環組成時鐘傳動裝置，帶動聚光鏡朝陽轉動。
【文檔編號】F24J2/16GK104131955SQ201410281212
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】田廣東 申請人:田廣東