[发明专利]基于太阳能集热器和相变材料换热的有机朗肯循环系统

说明书

本发明公开了基于太阳能集热器和相变材料换热的有机朗肯循环系统，包括太阳能集热器、PCM储热器、泵A、膨胀机、发电机、冷凝器、泵B和管路网络，通过管路网络分别与太阳能集热器、PCM储热器、膨胀机和冷凝器连接，且在管路网络上设置阀门，通过阀门的关闭与开启改变太阳能集热器、PCM储热器、膨胀机和冷凝器之间连接方式，实现工作模式的切换，本发明用太阳能集热器和PCM储热器代替有机朗肯循环内的蒸发器，有效解决蒸发器传热不可逆问题，提高系统的输出净功率和效率，同时还保证了系统的稳定运行。

技术领域

本发明属于太阳能有机朗肯循环系统，尤其是基于太阳能集热器和相变材料换热的有机朗肯循环系统。

背景技术

太阳能ORC是相对于生物质、废热回收或地热ORC的一种新的应用。自1960年以来，大规模的太阳能热电厂得到了发展。然而，有机朗肯循环是一种很有前途的低温应用技术，其的运行范围在100℃到200℃之间，因此将太阳能技术结合有机朗肯循环是一种很有前途的选择。

此外，由于太阳能的间歇性和波动性，太阳能发电系统的平稳运行十分困难。为解决这一问题，提出利用热能储存为稳定运行提供缓冲。许多研究人员提出相变材料(PCMs)可作为太阳能热发电系统的蓄热单元。相变材料(PCMs)是一种很有发展前途的高效蓄热材料。

但是简单的将PCM储热器嵌入太阳能有机朗肯循环系统中仍不能解决有机朗肯循环蒸发器传热不可逆性。同时，使用导热油等换热流体换热使投资成本增加，推动换热流体流动的泵也会使小规模的太阳能ORC系统明显减少净功率的输出，减少系统效率。

发明内容

本发明根据现有技术中存在的问题，提出了基于太阳能集热器和相变材料换热的有机朗肯循环系统，用太阳能集热器和PCM储热器代替有机朗肯循环内的蒸发器，有效解决蒸发器传热不可逆问题，提高系统的输出净功率和效率，同时还保证了系统的稳定运行。

本发明所采用的技术方案如下：

基于太阳能集热器和相变材料换热的有机朗肯循环系统，包括太阳能集热器、PCM储热器、泵A、膨胀机、发电机、冷凝器、泵B和管路网络，通过管路网络分别与太阳能集热器、PCM储热器、膨胀机和冷凝器连接，且在管路网络上设置阀门，通过阀门的关闭与开启改变太阳能集热器、PCM储热器、膨胀机和冷凝器之间连接方式，实现工作模式的切换。

进一步，所述工作模式包括：模式一，太阳能集热器、膨胀机、冷凝器和泵B依次串联形成回路，且太阳能集热器作为热源；模式二，太阳能集热器、膨胀机和冷凝器串联后与PCM储热器并联，且太阳能集热器作为热源；模式三，太阳能集热器、PCM储热器并联后分别与膨胀机和冷凝器串联，且太阳能集热器和PCM储热器都是热源；模式四，PCM储热器、膨胀机和冷凝器依次串联形成回路，且PCM储热器作为热源；模式五，太阳能集热器与PCM储热器串联形成回路，且太阳能集热器作为热源；

进一步，所述PCM储热器为圆柱形容器，在圆柱形容器内设有螺旋形管道或者蛇形管道；

进一步，所述PCM储热器内部填充有相变材料，所述相变材料采用无机相变储热材料，所述无机相变储热材料为盐水合物，熔点为117℃，潜热为160kJ/kg。

进一步，有机朗肯循环系统内的循环工质为制冷剂；

进一步，所述制冷剂采用R123,R245fa，R141b，R1234ze。

本发明的有益效果：

本发明提出了一种基于太阳能集热器和相变材料换热的有机朗肯循环系统，针对蒸发器不可逆性等问题，提出用太阳能集热器和PCM储热罐代替蒸发器的作用，有效的减少了系统的不可逆损失。同时没有了导热油等换热流体的循环，大大减少了投资成本。对于小型的太阳能ORC，去除推动换热流体流动的泵的使用，明显提高系统整体输出功，提高系统的循环效率。再者，PCM储热器的嵌入使系统运行更加平稳。