一種包括太陽能渦輪機(jī)或渦輪壓縮機(jī)的太陽能集熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包括太陽能渦輪機(jī)或渦輪壓縮機(jī)的太陽能集熱器，包括外部氣體入口，壓縮機(jī)（16），在省式熱交換器，螺旋形管形成的圓錐形太陽能集熱器（1），該圓錐形管使用陶瓷材料隔熱不暴露于太陽輻射，燃料氣體噴射器（30），耦合到所述壓縮機(jī)（16）和發(fā)電機(jī)（10）的渦輪機(jī)（4），和一個出口（8），用于釋放空氣和廢氣到外部。
【專利說明】一種包括太陽能渦輪機(jī)或渦輪壓縮機(jī)的太陽能集熱器

【發(fā)明內(nèi)容】

[0001]具有渦輪機(jī)或渦輪壓縮機(jī)的太陽能集熱器，使用由拋物鏡聚光器或日光反射裝置產(chǎn)生的太陽輻射加熱氣流，也具有流向其他各種太陽能渦輪燃料的集熱器。
[0002]該渦輪機(jī)由傳感器接收的氣流驅(qū)動，該傳感器代表性的創(chuàng)新是漏斗或錐形的徑向管道，基于此接收太陽光或太陽輻射，從而達(dá)到千瓦的功率。
[0003]低于15千瓦的輻射傳感器優(yōu)選中心為拋物鏡形，基于熱功率產(chǎn)生千瓦計的功率，更大直徑形狀能夠產(chǎn)生更多千瓦的電力，在理想情況下加熱通過傳感器到達(dá)壓縮機(jī)的氣流，熱量由具有一定數(shù)目的日光反射裝置的渦輪機(jī)接收，傳感器和其它裝置安裝在渦輪機(jī)塔臺上。通過更改機(jī)械運作結(jié)構(gòu)渦輪機(jī)在產(chǎn)生電流上具有顯著進(jìn)步。
[0004]本發(fā)明的渦輪機(jī)，與采用化石燃料、氫氣或生物來源的燃料(生物質(zhì)化合物)的渦輪電機(jī)相對，其也可為本專利所包括，理想做法是通過太陽輻射加熱氣流。本發(fā)明的渦輪機(jī)和集熱器，可以采用三種形式:一種形式是壓縮機(jī)采用外置壓縮機(jī)，另一種形式是壓縮機(jī)為渦輪機(jī)的一部分，渦輪機(jī)與壓縮機(jī)馬達(dá)相對，如發(fā)明及其附圖所示，另一種形式是采用傳感器的渦輪機(jī)由渦輪壓縮機(jī)替代。
[0005]總之，本發(fā)明的太陽能集熱器所采用的管道是圓形或者方形，徑向上采用錐形或漏斗形，本發(fā)明的渦輪機(jī)即使基于布雷頓循環(huán)的節(jié)能理念也打破了元件之間的順序，不同于目前任何使用的同流換熱結(jié)構(gòu)。
[0006]需要指出的是渦輪機(jī)和傳感器各自獨立，也可以與其他類型的適用于熱學(xué)應(yīng)用的傳感器單獨或一起工作。
[0007]此外，采用具有更高效率的新型傳感器，具有1-15千瓦的功率，獨立安裝在本發(fā)明的渦輪機(jī)上。為了得到所述產(chǎn)品，可以安裝增壓組件，安裝到本發(fā)明的新的太陽能集熱器上，使其具有更好的經(jīng)濟(jì)性和功率。
[0008]發(fā)明目的
[0009]本發(fā)明的目的是提高構(gòu)成使用太陽能輻射作為驅(qū)動力的部件的的能量性能的熱力學(xué)效率，避免這些裝置的水消耗，這些更便宜的設(shè)施本身不損失效率，使用熱空氣和部分能量生產(chǎn)氫氣或存儲鹽或者油，或者在沒有太陽輻射的時間以不同方式使用高溫流體產(chǎn)生用于蒸汽輪機(jī)的冷或者蒸汽，如發(fā)明人在2006年2月申請的西班牙專利U200600388，基于此優(yōu)先權(quán)的歐洲專利07381002-0-1267。
[0010]通過可再生能源生產(chǎn)電力和避免污染是本發(fā)明的重要部分。
[0011]發(fā)明背景
[0012]本發(fā)明的【背景技術(shù)】是廣為人知的，如燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)、用于不同項目的太陽熱能蒸汽輪機(jī)和渦輪壓縮機(jī)的傳感器和反射器。拋物鏡形狀用于發(fā)射和接收輻射，具有一或兩個焦點。從這些所有【背景技術(shù)】，本申請發(fā)明人進(jìn)行了顯著創(chuàng)新和不同組件的組合產(chǎn)生了更精確的集群模型對現(xiàn)有技術(shù)做出改進(jìn)。
[0013]要解決的技術(shù)問題
[0014]本發(fā)明要解決多個不同的技術(shù)問題:燃?xì)鉁u輪機(jī)使用燃料污染環(huán)境，技術(shù)復(fù)雜成本高，熱力學(xué)能源效率低。
[0015]本發(fā)明的目的是降低高溫對渦輪機(jī)電機(jī)和其它渦輪機(jī)部件的影響。
[0016]本發(fā)明要解決的另一個問題是基于所接收的太陽光的容量，將熱量帶給燃料，提供太陽輻射及機(jī)械之間的交換，所述機(jī)械是蒸汽渦輪機(jī)，渦輪壓縮機(jī)，例如燃?xì)鉁u輪機(jī)或其他物品。
[0017]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明主要由兩個組件組成，一體成型或各自分離，渦輪機(jī)或小功率的渦輪壓縮機(jī)，和集熱器，這些組件構(gòu)成裝置的組件。
[0019]傳感器具有徑向形狀，導(dǎo)管浸入，每個導(dǎo)管繞其中心旋轉(zhuǎn)并彼此封閉使熱空氣封閉在錐形內(nèi)，照射時熱空氣不脫離，這些部件不取決于其位置，可以是透明保護(hù)玻璃。
[0020]在外周，照射外部時傳感器不充滿陶瓷材料，陶瓷材料保留管道溫度傳感器，該材料是一層熱絕緣材料。
[0021]基于渦輪機(jī)的安裝和組成，傳感器的出口部分具有更大直徑，在照射前，輸入流向外部壓縮機(jī)，該外部壓縮機(jī)提供到傳感器的氣流，該氣流被拋物鏡或日光反射裝置反射的太陽光照射，導(dǎo)管定向到輸出管。圓錐的最內(nèi)部和端部具有直管，厚度為六個長管的防湍流管必要時具有內(nèi)部散熱片以防止旋轉(zhuǎn)或龍卷風(fēng)抵達(dá)渦輪機(jī)入口對應(yīng)于最里邊的錐形。
[0022]如果采用渦輪壓縮機(jī)，傳感器的輸入穿過絕緣管道到外部壓縮機(jī)出口
[0023]在這兩種情況下，太陽輻射加熱的氣流能更大范圍的覆蓋到圓錐內(nèi)的管道上，氣流到達(dá)傳感器在輸出口具有更高的溫度，氣流的溫度取決于所安裝的渦輪機(jī)所需功率。
[0024]所述傳感器，其中的管道是圓形或方形，但其可以是任何能夠最大化接收太陽光照的形狀，這種機(jī)械組件在渦輪上是可拆卸的。
[0025]在上述情況下，徑向錐形的集熱器，如本專利所述，渦輪機(jī)的流體由太陽輻射加熱，這些流體是空氣或其他流體:水，氦氣等，用于提供給另一種機(jī)械發(fā)電機(jī)。
[0026]渦輪機(jī)由若干部分組成，此處描述其最重要組成和使用操作:在背部，或高或低，渦輪機(jī)安裝到所需位置最后安裝吸收用的空氣壓縮機(jī)。安裝后，安裝過濾器除去進(jìn)入壓縮機(jī)的空氣中的雜質(zhì)，該元件具有兩個面和一個中間孔，其中的A面面向壓縮機(jī)，B面面向渦輪機(jī)輸出氣流。
[0027]在其兩側(cè)的外側(cè)圓周，由管道將其連接在一起，這些管子通過壓縮機(jī)提供的壓縮氣流，但隔離渦輪機(jī)氣流。
[0028]管道覆蓋了圓周外部，僅有表面的孔和管道在外面，面向兩面之間的內(nèi)側(cè)的圓周里面是不可見的且不聯(lián)通。
[0029]面向馬達(dá)的B側(cè)表面與其渦輪機(jī)封閉管道向壓縮機(jī)的空氣傳感器的聯(lián)通。
[0030]B具有聯(lián)通來自渦輪機(jī)馬達(dá)流向A和B面內(nèi)部的氣流的孔，使得空氣渦輪機(jī)通過這些孔噴射高溫氣體。這些高溫氣體穿過具有管道的空氣壓縮機(jī)抵達(dá)傳感器，通過空氣壓縮機(jī)管道的空氣被壓縮并離開壓縮機(jī)通過管道傳到傳感器，這種情況下最大化的使用了離開渦輪機(jī)馬達(dá)的熱空氣。
[0031]確定與傳感器聯(lián)通的壓縮空氣管道系統(tǒng)是重要的，其可以是任何形狀，只要其內(nèi)的管道直徑和數(shù)量不會阻礙空氣流動。側(cè)面表面A、B的材料和管道是固定或可移動的機(jī)械部件，為具有耐高溫、低膨脹率、耐腐蝕的合金機(jī)械部件。[0032]連接渦輪機(jī)和壓縮機(jī)的傳動軸具有密封室，熱交換器穿過此密封室，密封室部分具有壓縮機(jī)散熱片送出經(jīng)過計算的一定量的空氣用來接收冷卻渦輪機(jī)但不吸入氣體，空氣壓縮機(jī)接收冷空氣，其內(nèi)的散熱片將氣體排出。
[0033]不考慮多片式傳感器，渦輪機(jī)連接四個主要部件:壓縮室連接內(nèi)部熱交換器作為熱氣出口，熱交換器連接到覆蓋馬達(dá)的渦輪機(jī)室，馬達(dá)室連接到傳感器及其后面的裝置。
[0034]電機(jī)產(chǎn)生的動態(tài)運動移動渦輪機(jī)壓縮機(jī)，并在同一軸線上移動發(fā)電機(jī)，在使用渦輪壓縮機(jī)的情況下，對渦輪機(jī)的描述同樣可適用于渦輪壓縮機(jī)。
[0035]無論壓縮機(jī)外螺紋是什么類型，渦輪機(jī)電機(jī)無中間壓縮帶動發(fā)電機(jī)工作。
[0036]在具有兩個加熱工作流體的熱交換器的情況下，一個位于氣體出口，一個位于上述的太陽能集熱器的進(jìn)氣口，空氣位于壓縮機(jī)的外部。在本發(fā)明中，太陽輻射傳感器，可以是拋物鏡或反射鏡。安裝的組件:傳感器、渦輪壓縮機(jī)、壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)可以安裝在塔臺或類似物上。
[0037]附圖概述
[0038]多種附圖可以分別代表本發(fā)明的一個實施方式。除非采用圖02所示的渦輪壓縮機(jī)，圖01所示結(jié)構(gòu)由下述所有組件構(gòu)成:集熱器1，渦輪電機(jī)4，熱交換器管道:具有位于渦輪傳感器輸出口 3的熱氣體出口上的進(jìn)口 24和出口 17，其長度大約等于管道直徑的6倍，最后是葉輪傳感器12，該傳感器接收太陽輻射的最高溫度；蓄熱陶瓷涂層13 ;出口孔19的內(nèi)表面上所用的氣體，離開渦輪機(jī)馬達(dá)4和馬達(dá)4中的管道冷卻散熱片21的氣體出孔19，該氣體出孔位于內(nèi)表面，該冷卻氣體到達(dá)壓縮機(jī)16的散熱片22。
[0039]壓縮機(jī)16壓縮的空氣并將其導(dǎo)向到管道的空氣入口 24，使使得空氣在抵達(dá)出口 8的過程中被熱交換器加熱，空氣通過入口 24進(jìn)入壓縮機(jī)16，從指向到傳感器I的管道出口17出來，該傳感器具有絕緣體23保護(hù)以隔離外界空氣。壓縮機(jī)16壓縮的空氣由(圖05所示)管道40加熱，依次通過熱交換機(jī)的入口 24、出口 17、熱管壁20，抵達(dá)傳感器I的入口。傳感器I由拋物鏡或日光反射裝置反射的太陽輻射進(jìn)行照射，從而決定發(fā)電機(jī)的功率，該發(fā)電機(jī)10安裝在連到潤輪機(jī)馬達(dá)4與壓縮機(jī)16、發(fā)電機(jī)10的主軸9上。
[0040]通過操作驅(qū)動壓縮機(jī)16和發(fā)電機(jī)10的渦輪電機(jī)4，壓縮空氣和照射抵達(dá)導(dǎo)管12和傳感器I的出氣口 3。所有傳感器I中，從外往里看具有絕緣體23和一個熱絕緣粉末或陶瓷球13緩沖器，以避免從入口 6內(nèi)側(cè)到換能器I到輸出端3的流量波動。
[0041]圖02顯示了相同結(jié)構(gòu)，在圖02中渦輪機(jī)4和壓縮機(jī)16均配備了渦輪壓縮機(jī):從壓縮機(jī)16到進(jìn)氣口 27，或定向到熱交換器24并再次被加熱抵達(dá)換能器I的輸入。陽光輻射相繼進(jìn)入和離開渦輪機(jī)4的管道并對其進(jìn)行加熱。
[0042]絕緣的溫度蓄能器13積累外部溫度并反過來構(gòu)成了輻射的溫度變化。所有動能從渦輪機(jī)4通過軸9傳遞到壓縮機(jī)16，減速機(jī)26和發(fā)電機(jī)10。
[0043]圖03為本發(fā)明的模型，其中壓縮機(jī)為獨立部件并安裝。傳感器I在入口 6接收來自外部壓縮機(jī)的壓縮空氣空氣通過熱交換器2并進(jìn)入進(jìn)入集熱管道1，與其他附圖一樣為頸項錐形管道。傳感器I在尾部12具有設(shè)有散熱片的排氣管道3，排出渦輪機(jī)馬達(dá)4上的高溫和高壓氣流。
[0044]輸出通路8中的氣體穿過熱交換器5，熱交換器5捕捉通過管道7，尤其在傳感器I中的，的熱循環(huán)中的熱量以防止熱損失。熱交換器5通過傳感器I的入口將熱量輸送至熱交換器2。渦輪機(jī)馬達(dá)4將動力施加在壓縮機(jī)10和與其連接的起動離合器11上。
[0045]圖04顯示了傳感器的徑向主視圖，其中渦輪機(jī)馬達(dá)4的最內(nèi)部12在此視角下是不可見的。從此處可以看出，散熱器2到集熱器I的入口 6和螺桿壓縮機(jī)14、氣體出口 8、排氣管7的路徑內(nèi)的熱交換器5、傳感器I內(nèi)部和外部。
[0046]圖05顯示了熱交換器管道40及其表面24、17。從側(cè)面24、27，其中24顯示了中心部分是對壓縮機(jī)不可見的位置，孔的外面是離開表面17并使壓縮空氣輸入圖01的傳感器I。對于導(dǎo)管18，從表面17可以看到外孔為輸出管道將空氣從圖1的壓縮機(jī)16運送至傳感器1，同樣可以理解孔19，通過管道40將氣體從渦輪機(jī)馬達(dá)4輸送到路徑出口 8。
[0047]圖06顯示了如何安裝傳感器組件36的另一種方式，作為整個專利附圖01或02的一部分。圖06顯示的組件36安裝在裝置中心，位于背面。太陽輻射38聚焦在反射器37，反射器37將輻射集中到裝置中心的傳感器I。也可以直接在裝置的焦點位置安裝傳感器的所有部件和其它配件，圖06所示僅為裝置安裝的一種可行方式。
優(yōu)選實施例
[0048]在優(yōu)選實施例中，可能面臨兩種情況(壓縮機(jī)集成與拋物鏡或塔臺或者通過渦輪軸連接):具有足夠的高度安裝太陽能塔臺使其不被投影掩蓋，或者小規(guī)模的，集熱器集中拋物鏡的輻射。
[0049]在第一種情況下需要具有一定的高度固定平臺以支撐發(fā)電機(jī)、渦輪機(jī)和傳感器。該傳感器具有若干毫米的管道，管道的截面可以是正方形或圓形，管道所用材料是具有高的熱傳遞率和高的耐熱性，耐高溫性，具有最低的膨脹率的合金，所有這些為了獲得更好的傳輸太陽輻射，材料中充滿循環(huán)流體，在本發(fā)明中流體是空氣，管道形成圓錐狀螺旋構(gòu)象，每個后面相繼形成，每轉(zhuǎn)一圈直徑降低，直到在聯(lián)接到渦輪機(jī)的進(jìn)氣導(dǎo)管和其他電機(jī)的輸出輸入到傳感器。在第一個圓上，也就是與壓縮機(jī)連接的出口圓錐體具有一個傾斜傳感器，徑向位置定向到日光反射器使得太陽入射角的最高點與渦輪傳感器連接的最后一個環(huán)。
[0050]這將使得第一個環(huán)外部的徑向傳感器達(dá)到很高的溫度，并隨著每個環(huán)增加，在最終的輸出位置溫度高達(dá)1200°C。
[0051]當(dāng)渦輪傳感器連接的渦輪壓縮機(jī)或增壓發(fā)動機(jī)，如本發(fā)明所述:太陽輻射加熱空氣流，壓縮空氣管道連接傳感器輸入，本發(fā)明隱含包括了壓縮機(jī)渦輪機(jī)與任何渦輪壓縮機(jī)結(jié)合的情況。
[0052]空氣直接進(jìn)入支撐裝置的塔臺的出口，原則上由于其是中空的，熱氣、凈化空氣產(chǎn)生和提升溫差，空氣流通冷卻所有組件。
[0053]渦輪電機(jī)的出口處，在空氣通過管道后，該管道將壓縮氣流從壓縮機(jī)到傳感器，為了利用廢熱空氣，通過換熱器使用空氣、流體油，鹽等用于存放或生產(chǎn)，從而在該位置產(chǎn)生熱能。在沒有陽光的時間，或由蒸汽產(chǎn)生氫氣，使用由太陽能高峰期利用太陽提供的能源產(chǎn)生的電力。太陽輻射由陽光反射裝置聚焦到，尤其是安裝在塔臺上的，可以分別聚焦的位置。
[0054]在另一優(yōu)選實施例中，使用相同的部件用于塔臺的安裝。這些部件是小尺寸的，可以安裝到拋物鏡，其中傳感器位于聚焦焦點位置從而提升小型渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的直流或交流輸出。在所給定的大小下，拋物鏡的直徑，能夠產(chǎn)生高于15Kw的能量，盡管其它大小也是可行的，當(dāng)所需電力超過15kW時更適合的設(shè)施優(yōu)選為電力塔臺。
【權(quán)利要求】
1.包括太陽能渦輪機(jī)或渦輪壓縮機(jī)的太陽能集熱器，其特征在于:-接收太陽輻射:具有徑向為圓錐形導(dǎo)管的傳感器(1)，導(dǎo)管內(nèi)部為圓形或方形，徑向管道的第一個環(huán)形比接下來的更大，每圈環(huán)形之間沒有間隙，直到最后的環(huán)形(12)與供給渦輪電機(jī)(4)和連接空氣壓力壓縮機(jī)(16)的入口(6)的管道(3)連接；-通過連接徑向錐形結(jié)構(gòu)的傳感器(1)，覆蓋周圍和到集熱器(I)的導(dǎo)管(18)的絕緣層(23)進(jìn)行保護(hù)，絕緣層(23)和管道(18)下為陶瓷層，為固體，粉末或片狀(13)，存儲熱量；-傳感器(I)的各種噴嘴(30)注入氣體以產(chǎn)生熱量,并為來自于壓縮機(jī)(16)的周圍的空氣提供熱量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的包括太陽能渦輪機(jī)或渦輪壓縮機(jī)的太陽能集熱器，其特征在于:-包括一個渦輪機(jī)(4)，由傳感器(I)通過太陽輻射或其他類型的燃料提供熱量，渦輪機(jī)(4 )，與傳感器(I)相適應(yīng)，獨立于通過軸(9 )連接的壓縮機(jī)(16 )和交流發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)(10)；-裝有換熱器的渦輪機(jī)，該換熱器分離壓縮機(jī)(16)的渦輪電機(jī)(4)，具有兩個與管道(40)連接的表面，其中(17)是空氣，出口(24)，連接到其它兩個表面和孔盲區(qū)(20)，該孔盲區(qū)(20)封閉空氣壓縮機(jī)(16)并使通過表面(24)和(17)的管道(18)不接觸渦輪電機(jī)區(qū)域(4)；-中間區(qū)域分開傳感器(16)與渦輪電機(jī)(4)，在渦輪電機(jī)的表面區(qū)域和氣體向外部出口(18)傳輸?shù)膬?nèi)孔(19)，該區(qū)域封閉壓縮機(jī)(16)，加熱內(nèi)壁(20)和從管道(40)的空氣入口(24)傳輸?shù)焦艿?40)的出口(17)的穿過管道(40)的空氣；-中心區(qū)域具有聯(lián)通和通過形成管道(31)的腔室之間的軸(9)的中心通道，除了因為具有散熱片(22)的壓縮機(jī)(16)發(fā)送外部室溫空氣到渦輪電機(jī)葉片(4)冷卻和空氣渦輪電機(jī)外部，在此位置氣體混合物去向出口(8);-渦輪機(jī)的中心軸線(9)的中間區(qū)域，其中所述壓縮機(jī)(16)除了發(fā)送壓縮空氣到管道(40 )的進(jìn)氣口( 24 )外，還從結(jié)合到壓縮機(jī)(16 )中心部分的散熱片(22 )發(fā)送未壓縮空氣到渦輪電機(jī)的散熱片(21)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的包括太陽能渦輪機(jī)或渦輪壓縮機(jī)的太陽能集熱器，其特征在于:圓錐形的太陽能集熱器(I)受到安裝在塔臺上的拋物鏡或日光反射裝置照射，具有渦輪機(jī)功能的渦輪壓縮機(jī)，結(jié)合與權(quán)利要求1相同特征的熱交換器(24):通過接入收集管道(I)通過空氣壓縮機(jī)(16)到渦輪電機(jī)(4)的管道(18)，其它管道(3)的輸出通過穿過熱交換器入口(24)到出口(8)將空氣壓力和高溫帶給渦輪電機(jī)(4)，齒輪箱(26)采用通過動能發(fā)電機(jī)(10)和收集管道(I)的扭曲和軸(9)增減和減少扭矩，同樣具有蓄能器隔離溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的包括太陽能渦輪機(jī)或渦輪壓縮機(jī)的太陽能集熱器，其特征在于:沒有內(nèi)置在壓縮機(jī)內(nèi)的太陽能集熱器(I)和渦輪電機(jī)(4 )通過抵達(dá)傳感器(I)的氣流驅(qū)動，該氣流在集熱器(I)加熱，通過壓縮機(jī)(14)穿過傳感器(I)的空氣壓力入口(6)、穿過在輸入和輸出位置(12)具有渦輪電機(jī)(4)的熱交換器(2)，出口(8)為交換器(5)，該交換器由從渦輪電機(jī)(4)穿過管道(7)傳輸熱流體到散熱入口(2)的氣流加熱。
【文檔編號】F02C1/05GK103477053SQ201180063304
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2011年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月18日
【發(fā)明者】約納斯·比利亞魯維亞·魯伊斯 申請人:約納斯·比利亞魯維亞·魯伊斯