專利名稱：熱管飛輪式太陽(yáng)能光熱發(fā)電及儲(chǔ)能方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是太陽(yáng)能光熱發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)的新能源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能的高效利用是人類徹底擺脫能源危機(jī)的根本出路。將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為電能 并且高效率、低成本地儲(chǔ)存起來(lái)以便按需使用是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。 在現(xiàn)有的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)中，主要有光伏發(fā)電和光熱發(fā)電兩條技術(shù)路線。光伏發(fā) 電是基于光電效應(yīng)原理，利用某些材料(如硅)做成太陽(yáng)光能與電能直接轉(zhuǎn)換的太陽(yáng)能電 池。光伏發(fā)電有直接換能的優(yōu)點(diǎn)，但存在光電轉(zhuǎn)化效率低的問(wèn)題。目前實(shí)用的光伏發(fā)電技 術(shù)可達(dá)到的效率為20%左右。而且，稱之為太陽(yáng)能電池其實(shí)并不貼切，因?yàn)樗旧喜痪邆?蓄電的功能，一旦光源消失即停止供電。 光熱發(fā)電是利用集熱器的聚光系統(tǒng)(凹面鏡、凸透鏡等)將太陽(yáng)光能聚焦獲得熱
能，進(jìn)而使用熱力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能。這一技術(shù)路線雖然目前已可獲得遠(yuǎn)高于光伏發(fā)電的
效率(達(dá)到40%以上)，但是由于存在一系列的轉(zhuǎn)化的中間環(huán)節(jié)，不僅造成設(shè)備復(fù)雜、成本
高，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)化效率的空間較小等問(wèn)題，而且同樣沒(méi)有蓄電儲(chǔ)能的功能。 利用熱管原理制造發(fā)電機(jī)可以提高熱電轉(zhuǎn)化效率。專利200620134555公開(kāi)了一
種熱管式發(fā)電機(jī)。其技術(shù)方案主要是在熱管內(nèi)設(shè)有一扇葉，該扇葉周緣環(huán)設(shè)有磁鐵轉(zhuǎn)子，且
該磁鐵轉(zhuǎn)子相對(duì)于熱管外部設(shè)有發(fā)電線圈。當(dāng)熱管內(nèi)工作液體受熱蒸發(fā)形成蒸汽推動(dòng)扇葉
連同磁鐵轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，能使熱管外部的發(fā)電線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，成為熱管發(fā)電機(jī)。但
是，這種發(fā)電機(jī)受熱源強(qiáng)度的變化而使電流出現(xiàn)波動(dòng)，而且當(dāng)熱源消失后其輸出電流也迅
速衰減，沒(méi)有足夠的儲(chǔ)能能力。 飛輪儲(chǔ)能是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新的技術(shù)，由于具有無(wú)污染，儲(chǔ)能密度高，
使用壽命長(zhǎng)，充電速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，人們正在積極開(kāi)發(fā)替代傳統(tǒng)化學(xué)電池的飛輪電池。飛 輪電池已經(jīng)開(kāi)始在UPS不間斷電源，航天器用高容量電池等領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用，用于電動(dòng)
汽車的飛輪電池也已試驗(yàn)成功，一旦性能價(jià)格比問(wèn)題得到進(jìn)一步解決，便可望進(jìn)入到大規(guī) 模應(yīng)用的時(shí)代。有關(guān)飛輪電池的專利技術(shù)較多，如200310118907公開(kāi)了一種懸浮飛輪電 池。但是，目前有關(guān)飛輪電池的發(fā)明都集中在電能儲(chǔ)存方面。通過(guò)電子電路的切換，使充電 階段飛輪電池作為電動(dòng)機(jī)在輸入電能的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)子加速至每分鐘上萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速狀態(tài)，從而 以轉(zhuǎn)子動(dòng)能的形式儲(chǔ)存輸入的電能。當(dāng)電池需要對(duì)外放電時(shí)，飛輪電池又切換到發(fā)電機(jī)模 式，對(duì)外接負(fù)載輸出電流的同時(shí)轉(zhuǎn)子速度遞減。 若使飛輪加速旋轉(zhuǎn)所獲得的動(dòng)能由熱管內(nèi)高速流動(dòng)的蒸發(fā)氣體自身的動(dòng)能替代 現(xiàn)有飛輪電池的電能，則可成為一種熱管飛輪式發(fā)電及儲(chǔ)能方法。該方法比較適合于太陽(yáng) 能高效利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)中能量轉(zhuǎn)化效率低和不能直接儲(chǔ)存能量的
3問(wèn)題。
本發(fā)明熱管飛輪式太陽(yáng)能光熱發(fā)電及儲(chǔ)能方法采用的技術(shù)方案如下太陽(yáng)能集熱
器使熱管的熱端被加熱，熱管內(nèi)熱管工作介質(zhì)蒸發(fā)并快速流向冷端，熱管工作介質(zhì)蒸汽流
動(dòng)到冷端在散熱器作用下于管壁放熱冷凝后沿?zé)峁軆?nèi)壁回流槽作用回流到熱端，再吸熱蒸
發(fā)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)；熱管工作介質(zhì)蒸發(fā)汽流在熱管內(nèi)高速流動(dòng)過(guò)程中推動(dòng)渦扇葉輪旋轉(zhuǎn)，渦扇葉
輪、儲(chǔ)能飛輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子都安裝在一根中心軸上，中心軸的兩端為軸承，因而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子
旋轉(zhuǎn)使發(fā)電機(jī)發(fā)電；當(dāng)熱管外熱源消失后，熱管內(nèi)熱管工作介質(zhì)全部冷凝，儲(chǔ)能飛輪在真空
環(huán)境中由于慣性力作用保持高速旋轉(zhuǎn)，儲(chǔ)存一定量的動(dòng)能。當(dāng)外部負(fù)載需要繼續(xù)供電時(shí)，儲(chǔ)
能飛輪的動(dòng)能釋放使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)繼續(xù)對(duì)外供電，起到真正的太陽(yáng)能電池的蓄能作用。 本發(fā)明中的中心軸兩端的軸承可采用磁浮軸承，以減少轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。 本發(fā)明中的渦扇葉輪、儲(chǔ)能飛輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子可以合并為一個(gè)零件，也可以任意
兩個(gè)合并成為兩個(gè)零件，使結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。 本發(fā)明中熱管內(nèi)壁的回流槽也可以是吸液芯毛細(xì)管，以增強(qiáng)冷凝效果。 本發(fā)明利用熱管對(duì)太陽(yáng)光能等外部熱能的高效吸收特點(diǎn)，中心軸上儲(chǔ)能飛輪和發(fā)
電機(jī)轉(zhuǎn)子既能發(fā)電又可儲(chǔ)能，而且具有儲(chǔ)能密度大、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，因而本技術(shù)方案是
一種高效率的太陽(yáng)能光熱發(fā)電及儲(chǔ)能方法。


圖1是熱管飛輪式太陽(yáng)能光熱發(fā)電及儲(chǔ)能方法的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中l(wèi)-太陽(yáng)能集熱器，2-熱管工作介質(zhì)，3-熱管，4-回流槽，5-散熱器，6-軸承，
7_儲(chǔ)能飛輪，S-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，9-渦扇葉輪，10-中心軸。
具體實(shí)施例方式
熱管飛輪式太陽(yáng)能光熱發(fā)電及儲(chǔ)能方法，熱管上下豎立放置的情況，下部為熱端， 上部為冷端，其結(jié)構(gòu)如圖l所示。該裝置由太陽(yáng)能集熱器1、熱管工作介質(zhì)2、熱管3、回流槽 4、散熱器5、軸承6、儲(chǔ)能飛輪7、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子8和渦扇葉輪9構(gòu)成，除太陽(yáng)能集熱器1以外， 其余各部分都與熱管3安裝為一個(gè)整體。中心軸10連同其上面的轉(zhuǎn)動(dòng)部件通過(guò)軸承6安 裝在熱管3內(nèi)，熱管3內(nèi)充填一定量的熱管工作介質(zhì)后抽成真空并且密封可靠，軸承6為磁 浮軸承。 熱管飛輪式太陽(yáng)能光熱發(fā)電及儲(chǔ)能方法的工作原理是太陽(yáng)能集熱器1接受太陽(yáng) 光能聚焦到熱管3的熱端。熱管3內(nèi)熱管工作介質(zhì)2受熱蒸發(fā)后高速流向冷端，熱管工作 介質(zhì)2蒸汽流動(dòng)到冷端在散熱器5作用下于管壁放熱冷凝后沿?zé)峁?內(nèi)壁回流槽4回流到 熱端，再吸熱蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)，直到太陽(yáng)光熱量不足以蒸發(fā)熱管工作介質(zhì)2為止；熱管工作 介質(zhì)2蒸發(fā)汽流在熱管3內(nèi)高速流動(dòng)過(guò)程中推動(dòng)渦扇葉輪9旋轉(zhuǎn)，渦扇葉輪9、儲(chǔ)能飛輪7 和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子8都安裝在一根中心軸10上，中心軸10的兩端為軸承6，因而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子8 旋轉(zhuǎn)使發(fā)電機(jī)發(fā)電；當(dāng)熱管3外熱源消失后，熱管3內(nèi)熱管工作介質(zhì)2全部冷凝，儲(chǔ)能飛輪 7在真空環(huán)境中由于慣性力作用保持高速旋轉(zhuǎn)，儲(chǔ)存一定量的動(dòng)能。當(dāng)外部負(fù)載需要繼續(xù)供 電時(shí)，儲(chǔ)能飛輪7的動(dòng)能釋放使發(fā)電機(jī)對(duì)外供電，起到真正的太陽(yáng)能電池的蓄能作用，儲(chǔ)能 飛輪7的作用一是儲(chǔ)存能量，二是對(duì)太陽(yáng)能強(qiáng)弱變化過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。該熱管飛輪式發(fā)電及儲(chǔ)能方法可實(shí)現(xiàn)白天邊發(fā)電供應(yīng)使用又儲(chǔ)存多余的能量，夜間釋放出所儲(chǔ)存的能量，通過(guò) 儲(chǔ)能飛輪7帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子8繼續(xù)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)供電。
權(quán)利要求
熱管飛輪式太陽(yáng)能光熱發(fā)電及儲(chǔ)能方法，其特征在于太陽(yáng)能集熱器使熱管的熱端被加熱，熱管內(nèi)熱管工作介質(zhì)蒸發(fā)并快速流向冷端，熱管工作介質(zhì)形成的蒸汽流動(dòng)到冷端在散熱器作用下于管壁放熱冷凝后沿?zé)峁軆?nèi)壁回流槽回流到熱端，再吸熱蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)，熱管工作介質(zhì)蒸發(fā)汽流在熱管內(nèi)高速流動(dòng)過(guò)程中推動(dòng)渦扇葉輪旋轉(zhuǎn)，渦扇葉輪、儲(chǔ)能飛輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子都安裝在一根中心軸上，中心軸的兩端為軸承，渦扇葉輪帶動(dòng)飛輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電，當(dāng)熱管外熱源消失后，熱管內(nèi)熱管工作介質(zhì)全部冷凝，儲(chǔ)能飛輪在真空環(huán)境中由于慣性力作用保持高速旋轉(zhuǎn)，儲(chǔ)存一定量的動(dòng)能，當(dāng)外部負(fù)載需要繼續(xù)供電時(shí)，儲(chǔ)能飛輪的動(dòng)能釋放使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)繼續(xù)對(duì)外供電，起到蓄能作用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管飛輪式太陽(yáng)能光熱發(fā)電及儲(chǔ)能方法，其特征在于，安裝 渦扇葉輪、儲(chǔ)能飛輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的中心軸兩端的軸承可采用磁浮軸承。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱管飛輪式太陽(yáng)能光熱發(fā)電及儲(chǔ)能方法，其特征在于，渦扇 葉輪、儲(chǔ)能飛輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子可以合并為一個(gè)零件，也可以任意兩個(gè)合并成為兩個(gè)零件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管飛輪式太陽(yáng)能光熱發(fā)電及儲(chǔ)能方法，其特征在于，熱管 內(nèi)壁的回流槽也可以是吸液芯毛細(xì)管。
全文摘要
本發(fā)明熱管飛輪式太陽(yáng)能光熱發(fā)電及儲(chǔ)能方法，屬于太陽(yáng)能光熱發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)的能源領(lǐng)域，太陽(yáng)能集熱器使熱管熱端被加熱，熱管工作介質(zhì)蒸汽流動(dòng)到冷端在散熱器作用下于管壁放熱冷凝后沿?zé)峁軆?nèi)壁回流槽回流到熱端，熱管工作介質(zhì)蒸發(fā)汽流在熱管內(nèi)高速流動(dòng)過(guò)程中推動(dòng)渦扇葉輪旋轉(zhuǎn)，從而使儲(chǔ)能飛輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；當(dāng)熱管外熱源消失后，熱管內(nèi)熱管工作介質(zhì)全部冷凝，儲(chǔ)能飛輪在真空環(huán)境中由于慣性力作用保持高速旋轉(zhuǎn)，儲(chǔ)存一定量的動(dòng)能。當(dāng)外部負(fù)載需要繼續(xù)供電時(shí)，儲(chǔ)能飛輪的動(dòng)能釋放使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對(duì)外供電。本發(fā)明利用熱管對(duì)太陽(yáng)能的高效吸收特點(diǎn)，中心軸上儲(chǔ)能飛輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子既能發(fā)電，又可儲(chǔ)能，而且具有儲(chǔ)能密度大、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)F16C32/04GK101725488SQ200810158428
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者劉澤, 曾憲奎, 楊衛(wèi)民, 汪傳生 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)