專利名稱：熱管式逐次注入式直接產(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)，已成為所有可再 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，開始研究以水為工質(zhì)的單回路逐次注入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。
逐次注入方式的聚光集熱鏡場(chǎng)分為許多不同的集熱器單元，每個(gè)集熱器單元擁 有測(cè)量裝置。工質(zhì)水在集熱器單元的入口處注入到單元的集熱管中產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽。
相對(duì)于常規(guī)聚光太陽(yáng)能熱利用的雙回路系統(tǒng)，單回路逐次注入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盡管單回路逐次注入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逐次注入DSG的問(wèn)題，本發(fā)明提出熱管式逐次 注入式直接產(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，形成熱管式逐次注入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， 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)方案熱管式逐次注入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。
熱管式逐次注入方式的聚光集熱鏡場(chǎng)分為許多不同的熱管式集熱器單元， 一個(gè) 或幾個(gè)集熱器單元擁有測(cè)量裝置。工質(zhì)水在總管的入口處和中部入口處注入，逐步 產(chǎn)生蒸汽。
該裝置包括聚光器、熱管式真空集熱管、泵、總管、旁路管、注射泵；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，泵的出口 處連接有旁路管，注射泵有多個(gè)，旁路管分別通過(guò)多個(gè)注射泵與總管連通，冷卻介 質(zhì)水由泵泵入旁路管和總管，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、聚光式真空集熱管或翅 片式真空集熱管。
熱管式逐次注入式直接產(chǎn)生蒸汽的方法為將多個(gè)聚光器經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的排列， 將聚集的太陽(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)，熱管蒸發(fā)段內(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；冷卻介質(zhì)水由泵泵入到總管和旁路管中，總管中的冷卻介質(zhì)水被不
斷加熱成蒸汽，旁路管的冷卻介質(zhì)水通過(guò)注射泵不斷補(bǔ)充到總管中產(chǎn)生蒸汽，從而 介質(zhì)水變成水蒸汽，輸出到需要場(chǎng)所，熱管式真空集熱管中的熱管冷凝段是插入到 總管中，實(shí)現(xiàn)源匯分離。
有益效果采用熱管式逐次注入方式形成的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?其熱阻對(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是熱管式逐次注入DSG系統(tǒng)。
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、 是旁路管6、注射泵7、水蒸汽8。 圖2是熱管式真空集熱管。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
熱管式逐次注入式直接產(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、旁路管6、注射泵7;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，泵4的出口處連接有旁路管6，注射泵7 有多個(gè)，旁路管6分別通過(guò)多個(gè)注射泵7與總管5連通，冷卻介質(zhì)水3由泵4泵入 旁路管6和總管5，總管5的出口輸出水蒸汽8，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2-1、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。所述熱管式真空集熱管2為熔封式(火封式)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、聚光式真空集熱管或翅片式 真空集熱管。
熱管式逐次注入DSG系統(tǒng)將多個(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，熱管2-4蒸發(fā)段內(nèi)工質(zhì)2-5蒸發(fā)上 升至熱管2-4的冷凝段，工質(zhì)2-5蒸汽將熱量傳遞給熱管2-4管外、系統(tǒng)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。冷卻 介質(zhì)水3由泵4泵入到總管5和旁路管6中，總管5中的冷卻介質(zhì)水3被不斷加熱 成蒸汽，旁路管6的冷卻介質(zhì)水3通過(guò)注射泵7不斷補(bǔ)充到總管5中產(chǎn)生蒸汽，從 而介質(zhì)水3變成水蒸汽8，輸出到需要場(chǎng)所。系統(tǒng)中，熱管式真空集熱管2的熱管 2-4冷凝段是插入到總管5中，實(shí)現(xiàn)源匯分離。
熱管式逐次注入DSG系統(tǒng)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和旁路管6中，經(jīng)過(guò)熱管式真空集熱管2的不斷加熱，產(chǎn)生蒸汽8。如圖1所示由 水3變成蒸汽8的過(guò)程。
權(quán)利要求
1、一種熱管式逐次注入式直接產(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)、旁路管(6)、注射泵(7)；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)，泵(4)的出口處連接有旁路管(6)，注射泵(7)有多個(gè)，旁路管(6)分別通過(guò)多個(gè)注射泵(7)與總管(5)連通，冷卻介質(zhì)水(3)由泵(4)泵入旁路管(6)和總管(5)，總管(5)的出口輸出水蒸汽(8)，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所述的熱管式逐次注入式直接產(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所述的熱管式逐次注入式直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于所述熱管式真空集熱管(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、聚光式真空集熱管或翅片式真空集熱管。
4. 如權(quán)利要求1所述的熱管式逐次注入式直接產(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. 一種熱管式逐次注入式直接產(chǎn)生蒸汽的方法，其特征在于將多個(gè)聚光器(1)經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的排列，將聚集的太陽(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)，熱管(2-4)蒸發(fā)段內(nèi)工質(zhì)(2-5)蒸發(fā)上升至熱管(2-4)的冷凝段，工質(zhì)(2-5)蒸汽將熱量傳遞給系統(tǒng)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；冷卻介質(zhì)水(3)由泵(4)泵入到總管(5)和旁路管(6)中，總管(5)中的冷卻介質(zhì)水(3)被不斷加熱成蒸汽，旁路管(6)的冷卻介質(zhì)水(3)通過(guò)注射泵(7)不斷補(bǔ)充到總管(5)中產(chǎn)生蒸汽，從而介質(zhì)水(3)變成水蒸汽(8)，輸出到需要場(chǎng)所，熱管式真空集熱管(2)中的熱管(2-4)冷凝段是插入到總管(5)中，實(shí)現(xiàn)源匯分離。
全文摘要
熱管式逐次注入式直接產(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，形成熱管式逐次注入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，利用熱管技術(shù)實(shí)現(xiàn)源匯分離，將多個(gè)聚光器(1)經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的排列，將聚集的太陽(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)，熱管(2-4)蒸發(fā)段內(nèi)工質(zhì)(2-5)蒸發(fā)上升至熱管(2-4)的冷凝段，工質(zhì)(2-5)蒸汽將熱量傳遞給系統(tǒng)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。
文檔編號(hào)F22B1/00GK101660747SQ200910184160
公開日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)明者雷 余, 軍 王, 金葉佳 申請(qǐng)人:東南大學(xué)