專(zhuān)利名稱(chēng)：熱管式一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能聚光集熱系統(tǒng)，尤其是一種應(yīng)用在太陽(yáng)能中、高溫系 統(tǒng)中的太陽(yáng)能聚光集熱裝置，屬于太陽(yáng)能集熱技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了得到高溫蒸汽、電能等，科研工作者對(duì)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換和利用中的聚光原理 進(jìn)行了探索和研究，開(kāi)發(fā)出槽式太陽(yáng)能熱利用技術(shù)、塔式太陽(yáng)能熱利用技術(shù)和碟 式太陽(yáng)能熱利用技術(shù)。槽式太陽(yáng)能熱利用技術(shù)是其中最為成熟的技術(shù)，巳成為所 有可再生能源技術(shù)中最有可能替代常規(guī)能源的一種手段。常規(guī)槽式太陽(yáng)能熱利用 系統(tǒng) 一回路為聚光集熱回路，工質(zhì)為導(dǎo)熱油，槽形聚光器聚光得到高能流密度 的太陽(yáng)能，通過(guò)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 面的吸收涂層轉(zhuǎn)化為熱能加熱集熱管內(nèi)工質(zhì)，得到高溫的導(dǎo)熱油；二回路為水-蒸 汽回路，工質(zhì)為水，通過(guò)換熱器， 一回路中的高溫導(dǎo)熱油將熱量傳遞給二回路中 的水，產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽。
20世紀(jì)80年代，開(kāi)始研究以水為工質(zhì)的單回路一次性通過(guò)DSG(Direct Steam Generation)熱利用系統(tǒng)。采用單回路原理，以水代替常規(guī)系統(tǒng)集熱管內(nèi)的導(dǎo)熱 油工質(zhì)，吸收太陽(yáng)能，直接獲得高溫、高壓蒸汽。
一次通過(guò)方式的運(yùn)行過(guò)程集熱管中的工質(zhì)水由集熱場(chǎng)入口處泵入，經(jīng)過(guò)預(yù) 熱、蒸發(fā)、過(guò)熱三個(gè)階段，逐步產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽。由水變成過(guò)熱蒸汽是一個(gè)逐步但 連續(xù)的過(guò)程。
相對(duì)于常規(guī)聚光太陽(yáng)能熱利用的雙回路系統(tǒng)，單回路一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)具 有以下明顯優(yōu)點(diǎn)1、雖然與蒸汽相關(guān)的高壓運(yùn)行條件帶來(lái)管道費(fèi)用的增加，但系 統(tǒng)中可以省去導(dǎo)熱油、熔鹽等系統(tǒng)所需的換熱器、火焰保護(hù)系統(tǒng)、油箱及其管路 系統(tǒng)，該項(xiàng)費(fèi)用足以得到彌補(bǔ)；2、由于省去了導(dǎo)熱油系統(tǒng)中的換熱器換熱環(huán)節(jié)， 系統(tǒng)的整體效率得到提高；3、由于工質(zhì)粘性系數(shù)不同，DSG系統(tǒng)中集熱器內(nèi)部的 壓降減小，附加損失減小，因此運(yùn)行成本也會(huì)相應(yīng)減小。
3盡管單回路一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于聚光后的太陽(yáng)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(yīng)對(duì)DSG系統(tǒng)所產(chǎn)生的高壓?jiǎn)栴}，對(duì)真空集熱管的要求很高；2、在控制方面，控制系統(tǒng)會(huì)十分復(fù)雜，并且在電站布置以及集熱器傾斜角度方面也會(huì)很復(fù)雜；3、由水變?yōu)槠?水兩相流流入金屬吸收管時(shí)，管子會(huì)由于壓力、振動(dòng)等問(wèn)題引起永久性變形或者會(huì)造成玻璃管破裂。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題為了解決采用單回路一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)的問(wèn)題，本發(fā)明提出熱管式一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置及方法，采用熱管式真空集熱管取代現(xiàn)有金屬-玻璃直通式真空集熱管，形成熱管式一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)，既能保留普通DSG系統(tǒng)單回路相對(duì)于常規(guī)聚光太陽(yáng)能熱利用雙回路的優(yōu)勢(shì)，又將DSG系統(tǒng)的承壓部分和吸熱部分分開(kāi)，利用熱管技術(shù)實(shí)現(xiàn)源匯分離，解決普通DSG系統(tǒng)中的難點(diǎn)。
技術(shù)方案熱管式一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)將多個(gè)聚光器經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的排列，聚光器聚集的太陽(yáng)光透過(guò)熱管式真空集熱管的玻璃外管和真空腔，被選擇性吸收涂
層吸收后，加熱熱管蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)，熱管內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)上升至熱管的冷凝段，工質(zhì)蒸汽將熱量傳遞給熱管管外、系統(tǒng)總管中的冷卻介質(zhì)水后，工質(zhì)凝結(jié)成液體重新回到熱管蒸發(fā)段循環(huán)使用。系統(tǒng)總管中的冷卻介質(zhì)水由泵泵入到總管中，被不斷加熱后，由水變成水蒸汽輸出到需要場(chǎng)所。系統(tǒng)中，熱管式真空集熱管的熱管冷凝段是插入到總管中，實(shí)現(xiàn)源匯分離。
本發(fā)明的熱管式一次性通過(guò)直接產(chǎn)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并聯(lián)排列連接在總管的側(cè)壁上，在總管的進(jìn)口端設(shè)有泵，冷卻介質(zhì)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、選擇性吸收涂層、熱管、蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)；熱管蒸發(fā)段位于玻璃外管中，熱管蒸發(fā)段與玻璃外管之間是真空腔，
選擇性吸收涂層涂在熱管蒸發(fā)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(fā)明熱管式一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的方法，由多個(gè)聚光器經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的排列，將聚光器聚集的太陽(yáng)光透過(guò)熱管式真空集熱管的玻璃外管和真空腔，被熱管蒸發(fā)段上的選擇性吸收涂層吸收后，加熱熱管蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)，蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)蒸發(fā)上升至熱管的冷凝段，工質(zhì)蒸汽將熱量傳遞給總管中的冷卻介質(zhì)水后，工質(zhì)凝結(jié)成液體重新回到熱管蒸發(fā)段循環(huán)使用；總管中的冷卻介質(zhì)水由泵泵入到總管中，被不斷加熱后，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(shí)現(xiàn)源匯分離。
有益效果采用熱管式一次通過(guò)方式形成的DSG系統(tǒng)1)安全性好。水在系
統(tǒng)總管中被加熱，逐步由水變成汽-水混和物再變成過(guò)熱蒸汽，承受高溫、高壓的系統(tǒng)總管與熱管式真空集熱管的關(guān)鍵部份即保持真空的吸熱部分是分離的，能有效的保護(hù)集熱管的真空結(jié)構(gòu)；2)易控制。與普通DSG系統(tǒng)由處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下聚光集熱器的直通式真空集熱管作為承壓結(jié)構(gòu)相比，熱管式DSG系統(tǒng)的承壓部分為處于固定狀態(tài)下的總管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行更可靠，易控制；3)免維護(hù)。熱管式真空集熱管的吸熱結(jié)構(gòu)在玻璃管內(nèi)，如同太陽(yáng)能熱水器的真空管一樣，無(wú)需人工清冼；4)效率高。系統(tǒng)中雖然增加了熱管元件，但熱管是利用工質(zhì)相變進(jìn)行熱量傳輸?shù)母咝鳠嵩?，其熱阻?duì)于系統(tǒng)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(zhì)(水或水蒸汽)流動(dòng)的總管中，相當(dāng)于撓流柱，強(qiáng)化了傳熱，可提高系統(tǒng)效率。因而，熱管式DSG系統(tǒng)既保留普通DSG系統(tǒng)單回路相對(duì)于常規(guī)聚光太陽(yáng)能熱利用雙回路的效率和成本優(yōu)勢(shì)，又解決普通DSG系統(tǒng)中的真空集熱管易損壞和控制復(fù)雜等問(wèn)題。


圖1是熱管式一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中有聚光器l、熱管式真空集熱管2、冷卻介質(zhì)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(jié)構(gòu)示意圖。
圖中有玻璃外管2-1、真空腔2-2、選擇性吸收涂層2-3、熱管2-4、工質(zhì)2-5。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的熱管式一次性通過(guò)直接產(chǎn)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并聯(lián)排列連接在總管5的側(cè)壁上，在總管5的進(jìn)口端設(shè)有泵4，冷卻介質(zhì)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、選擇性吸收涂層2-3、熱管2-4、蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)2-5;熱管2-4蒸發(fā)段位于玻璃外管2-1中，熱管2-4蒸發(fā)段與玻璃外管2-1之間是真空腔2-2，選擇性吸收涂層2-3涂在熱管2-4蒸發(fā)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(guò)方式的運(yùn)行過(guò)程冷卻介質(zhì)水3由入口處泵4泵入到總管5中，經(jīng)過(guò)熱管式真空集熱管2的不斷加熱，逐步產(chǎn)生蒸汽6。如圖1所示由水3變成蒸汽6是一個(gè)逐步但連續(xù)的過(guò)程。由多個(gè)聚光器1經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的排列，聚光器1聚集的太陽(yáng)光透過(guò)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(fā)段上的選擇性吸收涂層2-3吸收后，加熱熱管2-4蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)2-5,蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)2-5蒸發(fā)上升至熱管2-4的冷凝段，工質(zhì)2-5蒸汽將熱量傳遞給總管5中的冷卻介質(zhì)水3后，工質(zhì)2-5凝結(jié)成液體重新回到熱管2-4蒸發(fā)段循環(huán)使用；總管5中的冷卻介質(zhì)水3由泵4泵入到總管5中，被不斷加熱后，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(shí)現(xiàn)源匯分離。
權(quán)利要求
1.一種熱管式一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于該裝置包括聚光器(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)并聯(lián)排列連接在總管(5)的側(cè)壁上，在總管(5)的進(jìn)口端設(shè)有泵(4)，冷卻介質(zhì)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(quán)利要求1所述的熱管式一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于熱管式真空集熱管(2)包括玻璃外管(2-1)、真空腔(2-2)、選擇性吸收涂層(2-3)、熱管(2-4)、蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)(2-5);熱管(2-4)蒸發(fā)段位于玻璃外管(2-1)中，熱管(2-4)蒸發(fā)段與玻璃外管(2-1)之間是真空腔(2-2)，選擇性吸收涂層(2-3)涂在熱管(2-4)蒸發(fā)段上。
3. 如權(quán)利要求1所述的熱管式一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于熱管式真空集熱管(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(quán)利要求l所述的熱管式一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于聚光器(1)置于熱管式真空集熱管(2)內(nèi)。
5. —種如權(quán)利要求1所述的熱管式一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置的直接產(chǎn)生蒸汽的方法，其特征在于由多個(gè)聚光器(1)經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的排列，將聚光器(1)聚集的太陽(yáng)光透過(guò)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(fā)段上的選擇性吸收涂層<2-3)吸收后，加熱熱管(2-4)蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)(2-5)，蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)(2-5)蒸發(fā)上升至熱管(2-4)的冷凝段，工質(zhì)(2-5)蒸汽將熱量傳遞給總管(5)中的冷卻介質(zhì)水(3)后，工質(zhì)(2-5)凝結(jié)成液體重新回到熱管(2-4)蒸發(fā)段循環(huán)使用；總管(5)中的冷卻介質(zhì)水(3)由泵(4)泵入到總管(5)中，被不斷加熱后，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(shí)現(xiàn)源匯分離。
全文摘要
熱管式一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置及方法，采用熱管式真空集熱管取代現(xiàn)有金屬-玻璃直通式真空集熱管，形成熱管式一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)，既能保留普通DSG系統(tǒng)單回路相對(duì)于常規(guī)聚光太陽(yáng)能熱利用雙回路的優(yōu)勢(shì)，又將DSG系統(tǒng)的承壓部分和吸熱部分分開(kāi)，利用熱管技術(shù)實(shí)現(xiàn)源匯分離，解決普通DSG系統(tǒng)中的難點(diǎn)。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)并聯(lián)排列連接在總管(5)的側(cè)壁上，在總管(5)的進(jìn)口端設(shè)有泵(4)，冷卻介質(zhì)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(hào)F22B1/00GK101660745SQ20091018415
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者軍 王, 偉 谷, 龔廣杰 申請(qǐng)人:東南大學(xué)