熱管式一次性通過直接產生蒸汽的裝置及方法
2023-05-29 19:58:46
專利名稱：熱管式一次性通過直接產生蒸汽的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能聚光集熱系統，尤其是一種應用在太陽能中、高溫系 統中的太陽能聚光集熱裝置，屬於太陽能集熱技術領域。
背景技術：
為了得到高溫蒸汽、電能等，科研工作者對太陽能轉換和利用中的聚光原理 進行了探索和研究，開發出槽式太陽能熱利用技術、塔式太陽能熱利用技術和碟 式太陽能熱利用技術。槽式太陽能熱利用技術是其中最為成熟的技術，巳成為所 有可再生能源技術中最有可能替代常規能源的一種手段。常規槽式太陽能熱利用 系統 一迴路為聚光集熱迴路，工質為導熱油，槽形聚光器聚光得到高能流密度 的太陽能，通過集熱管(一般為金屬-玻璃直通式真空集熱管)中的金屬吸收管表 面的吸收塗層轉化為熱能加熱集熱管內工質，得到高溫的導熱油；二迴路為水-蒸 汽迴路，工質為水，通過換熱器， 一迴路中的高溫導熱油將熱量傳遞給二迴路中 的水，產生高溫、高壓蒸汽。
20世紀80年代，開始研究以水為工質的單迴路一次性通過DSG(Direct Steam Generation)熱利用系統。採用單迴路原理，以水代替常規系統集熱管內的導熱 油工質，吸收太陽能，直接獲得高溫、高壓蒸汽。
一次通過方式的運行過程集熱管中的工質水由集熱場入口處泵入，經過預 熱、蒸發、過熱三個階段，逐步產生過熱蒸汽。由水變成過熱蒸汽是一個逐步但 連續的過程。
相對於常規聚光太陽能熱利用的雙迴路系統，單迴路一次性通過DSG系統具 有以下明顯優點1、雖然與蒸汽相關的高壓運行條件帶來管道費用的增加，但系 統中可以省去導熱油、熔鹽等系統所需的換熱器、火焰保護系統、油箱及其管路 系統，該項費用足以得到彌補；2、由於省去了導熱油系統中的換熱器換熱環節， 系統的整體效率得到提高；3、由於工質粘性係數不同，DSG系統中集熱器內部的 壓降減小，附加損失減小，因此運行成本也會相應減小。
3儘管單迴路一次性通過DSG系統具有諸多優點，但由於聚光後的太陽能"直接"作用在承受高溫、高壓的真空集熱管的金屬吸收管上，因而1、為了應對DSG系統所產生的高壓問題，對真空集熱管的要求很高；2、在控制方面，控制系統會十分複雜，並且在電站布置以及集熱器傾斜角度方面也會很複雜；3、由水變為汽-水兩相流流入金屬吸收管時，管子會由於壓力、振動等問題引起永久性變形或者會造成玻璃管破裂。
發明內容
技術問題為了解決採用單迴路一次性通過DSG系統的問題，本發明提出熱管式一次性通過直接產生蒸汽的裝置及方法，採用熱管式真空集熱管取代現有金屬-玻璃直通式真空集熱管，形成熱管式一次性通過DSG系統，既能保留普通DSG系統單迴路相對於常規聚光太陽能熱利用雙迴路的優勢，又將DSG系統的承壓部分和吸熱部分分開，利用熱管技術實現源匯分離，解決普通DSG系統中的難點。
技術方案熱管式一次性通過DSG系統將多個聚光器經過串並聯的排列，聚光器聚集的太陽光透過熱管式真空集熱管的玻璃外管和真空腔，被選擇性吸收塗
層吸收後，加熱熱管蒸發段內的工質，熱管內工質蒸發上升至熱管的冷凝段，工質蒸汽將熱量傳遞給熱管管外、系統總管中的冷卻介質水後，工質凝結成液體重新回到熱管蒸發段循環使用。系統總管中的冷卻介質水由泵泵入到總管中，被不斷加熱後，由水變成水蒸汽輸出到需要場所。系統中，熱管式真空集熱管的熱管冷凝段是插入到總管中，實現源匯分離。
本發明的熱管式一次性通過直接產生蒸汽的裝置包括聚光器、熱管式真空
集熱管、泵、總管；其中熱管式真空集熱管並聯排列連接在總管的側壁上，在總管的進口端設有泵，冷卻介質水由泵泵入總管，總管的出口輸出水蒸汽，熱管式真空集熱管的熱管的冷凝段插入到總管中。
熱管式真空集熱管包括玻璃外管、真空腔、選擇性吸收塗層、熱管、蒸發段內的工質；熱管蒸發段位於玻璃外管中，熱管蒸發段與玻璃外管之間是真空腔，
選擇性吸收塗層塗在熱管蒸發段上。
所述熱管式真空集熱管為熔封式(火封式)真空集熱管、融封式(熱壓封式)真空集熱管。
所述熱管式真空集熱管為圖2所示普通型真空集熱管、聚光式真空集熱管、翅片式真空集熱管。本發明熱管式一次性通過直接產生蒸汽的方法，由多個聚光器經過串並聯的排列，將聚光器聚集的太陽光透過熱管式真空集熱管的玻璃外管和真空腔，被熱管蒸發段上的選擇性吸收塗層吸收後，加熱熱管蒸發段內的工質，蒸發段內的工質蒸發上升至熱管的冷凝段，工質蒸汽將熱量傳遞給總管中的冷卻介質水後，工質凝結成液體重新回到熱管蒸發段循環使用；總管中的冷卻介質水由泵泵入到總管中，被不斷加熱後，由水變成水蒸汽輸出；熱管式真空集熱管的熱管冷凝段插入到總管中，實現源匯分離。
有益效果採用熱管式一次通過方式形成的DSG系統1)安全性好。水在系
統總管中被加熱，逐步由水變成汽-水混和物再變成過熱蒸汽，承受高溫、高壓的系統總管與熱管式真空集熱管的關鍵部份即保持真空的吸熱部分是分離的，能有效的保護集熱管的真空結構；2)易控制。與普通DSG系統由處於運動狀態下聚光集熱器的直通式真空集熱管作為承壓結構相比，熱管式DSG系統的承壓部分為處於固定狀態下的總管，結構簡單，運行更可靠，易控制；3)免維護。熱管式真空集熱管的吸熱結構在玻璃管內，如同太陽能熱水器的真空管一樣，無需人工清冼；4)效率高。系統中雖然增加了熱管元件，但熱管是利用工質相變進行熱量傳輸的高效傳熱元件，其熱阻對於系統效率的影響很小，相反，熱管式真空集熱管的放熱段插入到一根冷卻介質(水或水蒸汽)流動的總管中，相當於撓流柱，強化了傳熱，可提高系統效率。因而，熱管式DSG系統既保留普通DSG系統單迴路相對於常規聚光太陽能熱利用雙迴路的效率和成本優勢，又解決普通DSG系統中的真空集熱管易損壞和控制複雜等問題。
圖1是熱管式一次性通過DSG系統的結構示意圖。
圖中有聚光器l、熱管式真空集熱管2、冷卻介質水3、給水泵4、總管5、水蒸汽6。
圖2是熱管式真空集熱管的結構示意圖。
圖中有玻璃外管2-1、真空腔2-2、選擇性吸收塗層2-3、熱管2-4、工質2-5。
具體實施例方式
本發明的熱管式一次性通過直接產生蒸汽的裝置包括聚光器1、熱管式真空集熱管2、泵4、總管5;其中熱管式真空集熱管2並聯排列連接在總管5的側壁上，在總管5的進口端設有泵4，冷卻介質水3由泵4泵入總管5，總管5的出口輸出水蒸汽6，熱管式真空集熱管2的熱管2-4的冷凝段插入到總管5中。熱管式真空集熱管2包括玻璃外管2-l、真空腔2-2、選擇性吸收塗層2-3、熱管2-4、蒸發段內的工質2-5;熱管2-4蒸發段位於玻璃外管2-1中，熱管2-4蒸發段與玻璃外管2-1之間是真空腔2-2，選擇性吸收塗層2-3塗在熱管2-4蒸發段上。熱管式真空集熱管2為熔封式(火封封)真空集熱管、融封式(熱壓封式)真空集熱管、普通型真空集熱管、聚光式真空集熱管、翅片式真空集熱管。
熱管式一次通過方式的運行過程冷卻介質水3由入口處泵4泵入到總管5中，經過熱管式真空集熱管2的不斷加熱，逐步產生蒸汽6。如圖1所示由水3變成蒸汽6是一個逐步但連續的過程。由多個聚光器1經過串並聯的排列，聚光器1聚集的太陽光透過熱管式真空集熱管2的玻璃外管2-1和真空腔2-2，被熱管2-4蒸發段上的選擇性吸收塗層2-3吸收後，加熱熱管2-4蒸發段內的工質2-5,蒸發段內的工質2-5蒸發上升至熱管2-4的冷凝段，工質2-5蒸汽將熱量傳遞給總管5中的冷卻介質水3後，工質2-5凝結成液體重新回到熱管2-4蒸發段循環使用；總管5中的冷卻介質水3由泵4泵入到總管5中，被不斷加熱後，由水3變成水蒸汽6輸出；熱管式真空集熱管2的熱管2-4冷凝段插入到總管5中，實現源匯分離。
權利要求
1.一種熱管式一次性通過直接產生蒸汽的裝置，其特徵在於該裝置包括聚光器(1)、熱管式真空集熱管(2)、泵(4)、總管(5)；其中熱管式真空集熱管(2)並聯排列連接在總管(5)的側壁上，在總管(5)的進口端設有泵(4)，冷卻介質水(3)由泵(4)泵入總管(5)，總管(5)的出口輸出水蒸汽(6)，熱管式真空集熱管(2)的熱管(2-4)的冷凝段插入到總管(5)中。
2. 如權利要求1所述的熱管式一次性通過直接產生蒸汽的裝置，其特徵在於熱管式真空集熱管(2)包括玻璃外管(2-1)、真空腔(2-2)、選擇性吸收塗層(2-3)、熱管(2-4)、蒸發段內的工質(2-5);熱管(2-4)蒸發段位於玻璃外管(2-1)中，熱管(2-4)蒸發段與玻璃外管(2-1)之間是真空腔(2-2)，選擇性吸收塗層(2-3)塗在熱管(2-4)蒸發段上。
3. 如權利要求1所述的熱管式一次性通過直接產生蒸汽的裝置，其特徵在於熱管式真空集熱管(2)為熔封式真空集熱管、融封式真空集熱管、普通型真空集熱管、聚光式真空集熱管、翅片式真空集熱管。
4. 如權利要求l所述的熱管式一次性通過直接產生蒸汽的裝置，其特徵在於聚光器(1)置於熱管式真空集熱管(2)內。
5. —種如權利要求1所述的熱管式一次性通過直接產生蒸汽的裝置的直接產生蒸汽的方法，其特徵在於由多個聚光器(1)經過串並聯的排列，將聚光器(1)聚集的太陽光透過熱管式真空集熱管(2)的玻璃外管(2-1)和真空腔(2-2)，被熱管(2-4)蒸發段上的選擇性吸收塗層<2-3)吸收後，加熱熱管(2-4)蒸發段內的工質(2-5)，蒸發段內的工質(2-5)蒸發上升至熱管(2-4)的冷凝段，工質(2-5)蒸汽將熱量傳遞給總管(5)中的冷卻介質水(3)後，工質(2-5)凝結成液體重新回到熱管(2-4)蒸發段循環使用；總管(5)中的冷卻介質水(3)由泵(4)泵入到總管(5)中，被不斷加熱後，由水(3)變成水蒸汽(6)輸出；熱管式真空集熱管(2)的熱管(2-4)冷凝段插入到總管(5)中，實現源匯分離。
全文摘要
熱管式一次性通過直接產生蒸汽的裝置及方法，採用熱管式真空集熱管取代現有金屬-玻璃直通式真空集熱管，形成熱管式一次性通過DSG系統，既能保留普通DSG系統單迴路相對於常規聚光太陽能熱利用雙迴路的優勢，又將DSG系統的承壓部分和吸熱部分分開，利用熱管技術實現源匯分離，解決普通DSG系統中的難點。該裝置包括聚光器(1)、熱管式真空集熱管(2)、泵(4)、總管(5)；其中熱管式真空集熱管(2)並聯排列連接在總管(5)的側壁上，在總管(5)的進口端設有泵(4)，冷卻介質水(3)由泵(4)泵入總管(5)，總管(5)的出口輸出水蒸汽(6)，熱管式真空集熱管(2)的熱管(2-4)的冷凝段插入到總管(5)中。
文檔編號F22B1/00GK101660745SQ20091018415
公開日2010年3月3日 申請日期2009年8月19日 優先權日2009年8月19日
發明者軍 王, 偉 谷, 龔廣傑 申請人:東南大學