專利名稱：免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能聚光集熱裝置，尤其是一種應(yīng)用在太陽能中、高溫系
統(tǒng)中的太陽能聚光集熱裝置，屬于太陽能集熱技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了得到高溫蒸汽、電能等，科研工作者對太陽能轉(zhuǎn)換和利用中的聚光原理進行了探索和研究，開發(fā)出槽式太陽能熱利用技術(shù)、塔式太陽能熱利用技術(shù)和碟式太陽能熱利用技術(shù)。槽式太陽能熱利用技術(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80年代，開始研究以水為工質(zhì)的單回路再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽(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)直通式集熱管內(nèi)的導(dǎo)熱油工質(zhì)，吸收太陽能，直接獲得高溫、高壓蒸汽。 再次循環(huán)方式的運行過程直通式集熱管中的工質(zhì)水由集熱場入口處泵入系統(tǒng)總管，經(jīng)過不斷加熱，逐步飽和，在汽水分離器中分離后，水由旁路管經(jīng)循環(huán)泵泵入系統(tǒng)總管入口 ，蒸汽則進入系統(tǒng)的過熱段，進一步過熱產(chǎn)生過熱蒸汽，由水變成蒸汽是一個逐步但連續(xù)的過程。 相對于常規(guī)聚光太陽能熱利用的雙回路系統(tǒng)，單回路再次循環(huán)DSG系統(tǒng)具有以下明顯優(yōu)點1、雖然與蒸汽相關(guān)的高壓運行條件帶來管道費用的增加，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、火焰保護系統(tǒng)、油箱及其管路系統(tǒng)，該項費用足以得到彌補；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，因此運行成本也會相應(yīng)減小。 盡管單回路再次循環(huán)DSG系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點，但由于聚光后的太陽能"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(yīng)對DSG系統(tǒng)所產(chǎn)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(tǒng)會十分復(fù)雜，系統(tǒng)仍采用跟蹤動態(tài)結(jié)構(gòu)，并且在電站布置以及集熱器傾斜角度方面也會很復(fù)雜；3、由水變?yōu)槠鸰水兩相流流入金屬吸收管時，管子會由于壓力、振動等問題引起永久性變形或者會造成玻璃管破裂。

發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題為了解決采用單回路再次循環(huán)DSG系統(tǒng)的問題，本實用新型提出免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，采用聚光式熱管真空集熱管取代現(xiàn)有金屬_玻璃直通式真空集熱管，形成免跟蹤再次循環(huán)DSG系統(tǒng)，既能保留普通DSG系統(tǒng)單回路相對于常規(guī)聚光太陽能熱利用雙回路的優(yōu)勢，又利用熱管技術(shù)實現(xiàn)源匯分離，將DSG系統(tǒng)的承壓部分和吸熱部分分開；利用聚光式熱管真空集熱管，實 現(xiàn)系統(tǒng)由動態(tài)跟蹤到靜態(tài)固定結(jié)構(gòu)，解決普通DSG系統(tǒng)中的難點。 技術(shù)方案免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置將多個聚光式熱管真空集熱管經(jīng)
過串并聯(lián)的排列，太陽光透過聚光式熱管真空集熱管的玻璃外管和真空腔，直接或被聚光
板聚集后由選擇性吸收涂層吸收，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。工質(zhì)水由集熱場入口處泵入系統(tǒng)總管，經(jīng)過不斷加熱，逐步
飽和，在汽水分離器中分離后，飽和水由旁路管經(jīng)循環(huán)泵泵入系統(tǒng)總管入口 ，飽和蒸汽則進
入系統(tǒng)的過熱段，進一步過熱產(chǎn)生過熱蒸汽。系統(tǒng)中，聚光式熱管真空集熱管的熱管冷凝段
是插入到總管中，實現(xiàn)源匯分離。 免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置包括聚光式熱管真空集熱管、泵、第一總管、第二總管、汽水分離器、旁路管、循環(huán)泵；其中，泵的輸出端接第一總管，旁路管的中間設(shè)有循環(huán)泵，該循環(huán)泵的出口接泵出口處的第一總管上，該循環(huán)泵的進口接汽水分離器的下部出口，第一總管的出口接汽水分離器中部的進口，汽水分離器上部的出口接第二總管，第二總管的出口輸出過熱蒸汽；聚光式熱管真空集熱管并聯(lián)連接在第一總管和第二總管上，聚光式熱管真空集熱管的熱管冷凝段是插入到第一總管和第二總管中，實現(xiàn)源匯分離。聚光式熱管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)、聚光板；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，聚光板放置在熱管蒸發(fā)段與玻璃外管的真空腔內(nèi)，開口向上，使聚集的太陽光反射到熱管蒸發(fā)段的背陽部。 所述聚光式熱管真空集熱管為熔封式(火封式)真空集熱管、融封式(熱壓封)
真空集熱管。聚光式熱管真空集熱管內(nèi)的聚光板可與玻璃外管合二為一。
有益效果采用免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置1)安全性好。水在系統(tǒng)總
管中被加熱，逐步由水變成汽-水混和物再變成過熱蒸汽，承受高溫、高壓的系統(tǒng)總管與聚
光式熱管真空集熱管的關(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)由處于運動狀態(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，免跟蹤系統(tǒng)的處于固定狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)簡單，運行更可靠，易控制；3)免
維護。聚光式熱管真空集熱管的聚光結(jié)構(gòu)、吸熱結(jié)構(gòu)在玻璃管內(nèi)，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(tǒng)中雖然增加了熱管元件，但熱管是利用工質(zhì)相變進
行熱量傳輸?shù)母咝鳠嵩?，其熱阻對于系統(tǒng)效率的影響很小，相反，聚光式熱管真空集熱
管的放熱段插入到一根冷卻介質(zhì)(水或水蒸汽)流動的總管中，相當于撓流柱，強化了傳
熱，可提高系統(tǒng)效率。因而，免跟蹤再次循環(huán)方式形成的DSG系統(tǒng)既保留普通再次循環(huán)方式
形成的DSG系統(tǒng)單回路相對于常規(guī)聚光太陽能熱利用雙回路的效率和成本優(yōu)勢，又解決普
通DSG系統(tǒng)中的真空集熱管易損壞和控制復(fù)雜等問題。
圖1是免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中有聚光式熱管真空集熱管1、冷卻介質(zhì)水2、給水泵3、第一總管4-1、第二總管4-2、汽水分離器5、飽和水6、旁路管7、循環(huán)泵8、飽和蒸汽9、過熱蒸汽10。中有玻璃外管l-l、真空腔l-2、選擇性吸收涂層l-3、熱管l-4、工質(zhì)l-5、聚光板1-6。[0017] 圖3是圖2中A-A處的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。[0018]具體實施方式免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置包括聚光式熱管真空集熱管1、泵3、第一總管4-l、第二總管4-2、汽水分離器5、旁路管7、循環(huán)泵8 ;其中，泵3的輸出端接第一總管4-l，旁路管7的中間設(shè)有循環(huán)泵8，該循環(huán)泵8的出口接泵3出口處的第一總管4-1上，該循環(huán)泵8的進口接汽水分離器5的下部出口 ，第一總管4-1的出口接汽水分離器5中部的進口，汽水分離器5上部的出口接第二總管4-2，第二總管4-2的出口輸出過熱蒸汽10 ;聚光式熱管真空集熱管1并聯(lián)連接在第一總管4-1和第二總管4-2上，聚光式熱管真空集熱管1的熱管1-4冷凝段是插入到第一總管4-1和第二總管4-2中，實現(xiàn)源匯分離。聚光式熱管真空集熱管1包括玻璃外管l-l、真空腔l-2、選擇性吸收涂層l-3、熱管l-4、蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)l-5、聚光板1-6 ;熱管l-4蒸發(fā)段位于玻璃外管1-1中，熱管l-4蒸發(fā)段與玻璃外管1-1之間是真空腔l-2，選擇性吸收涂層1-3涂在熱管1-4蒸發(fā)段上，聚光板1-6放置在熱管l-4蒸發(fā)段與玻璃外管1-1的真空腔1-2內(nèi)，開口向上，使聚集的太陽光反射到熱管1-4蒸發(fā)段的背陽部。聚光式熱管真空集熱管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。 免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的的方法為將多個聚光式熱管真空集熱管1經(jīng)過串并聯(lián)的排列，太陽光透過聚光式熱管真空集熱管1的玻璃外管1-1和真空腔l-2，直接或被聚光板l-6聚集后由選擇性吸收涂層l-3吸收，加熱熱管l-4蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)l-5，熱管1-4內(nèi)工質(zhì)l-5蒸發(fā)上升至熱管1-4的冷凝段，工質(zhì)1-5蒸汽將熱量傳遞給熱管1-4外的第一總管4-l中的冷卻介質(zhì)水2后，工質(zhì)l-5凝結(jié)成液體重新回到熱管l-4蒸發(fā)段循環(huán)使用；第一總管4-1中的冷卻介質(zhì)水2由泵3泵入到第一總管4-1中，被不斷加熱后，由介質(zhì)水2變成飽和水和飽和水蒸汽混和物進入汽水分離器5中，經(jīng)汽水分離器5分離后，飽和水6在循環(huán)泵8作用下經(jīng)旁路管7泵入第一總管4-1的入口處循環(huán)，汽水分離器5輸出到第二總管4-2中的飽和水蒸汽9則進一步被加熱成過熱蒸汽10至出口處，輸出到需要場所；聚光式熱管真空集熱管1的熱管1-4冷凝段是插入到總管4中，實現(xiàn)源匯分離。[0021] 免跟蹤再次通過方式的運行過程冷卻介質(zhì)水2由入口處泵3泵入到總管中，經(jīng)過聚光式熱管真空集熱管l的不斷加熱，逐步產(chǎn)生過熱蒸汽IO。如圖l所示由水2變成蒸汽10是一個逐步但連續(xù)的過程。
權(quán)利要求一種免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于該裝置包括聚光式熱管真空集熱管(1)、泵(3)、第一總管(4-1)、第二總管(4-2)、汽水分離器(5)、旁路管(7)、循環(huán)泵(8)；其中，泵(3)的輸出端接第一總管(4-1)，旁路管(7)的中間設(shè)有循環(huán)泵(8)，該循環(huán)泵(8)的出口接泵(3)出口處的第一總管(4-1)上，該循環(huán)泵(8)的進口接汽水分離器(5)的下部出口，第一總管(4-1)的出口接汽水分離器(5)中部的進口，汽水分離器(5)上部的出口接第二總管(4-2)，第二總管(4-2)的出口輸出過熱蒸汽(10)；聚光式熱管真空集熱管(1)并聯(lián)連接在第一總管(4-1)和第二總管(4-2)上，聚光式熱管真空集熱管(1)的熱管(1-4)冷凝段是插入到第一總管(4-1)和第二總管(4-2)中，實現(xiàn)源匯分離。
2. 如權(quán)利要求1所述的免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于聚光式熱管真空集熱管(1)包括玻璃外管(l-l)、真空腔(l-2)、選擇性吸收涂層(1-3)、熱管(1-4)、蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)(1-5);熱管(1-4)蒸發(fā)段位于玻璃外管(1-1)中，熱管(1-4)蒸發(fā)段與玻璃外管(1-1)之間是真空腔(l-2)，選擇性吸收涂層(1-3)涂在熱管(1-4)蒸發(fā)段上，聚光板(1-6)放置在熱管(1-4)蒸發(fā)段與玻璃外管(1-1)的真空腔(1-2)內(nèi)，開口向上，使聚集的太陽光反射到熱管(1-4)蒸發(fā)段的背陽部。
3. 如權(quán)利要求1所述的免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于聚光式熱管真空集熱管(1)為熔封式真空集熱管、融封式真空集熱管。
4. 如權(quán)利要求1所述的免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于聚光式熱管真空集熱管(1)內(nèi)的聚光板(1-6)可與玻璃外管(1-1)合二為一。
專利摘要免跟蹤再次循環(huán)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置涉及一種太陽能聚光集熱系統(tǒng)，尤其是一種應(yīng)用在太陽能中、高溫系統(tǒng)中的太陽能聚光集熱裝置，該裝置包括聚光式熱管真空集熱管(1)、泵(3)、第一總管(4-1)、第二總管(4-2)、汽水分離器(5)、旁路管(7)、循環(huán)泵(8)；采用聚光式熱管真空集熱管取代現(xiàn)有金屬-玻璃直通式真空集熱管，形成免跟蹤再次循環(huán)DSG系統(tǒng)，既能保留普通DSG系統(tǒng)單回路相對于常規(guī)聚光太陽能熱利用雙回路的優(yōu)勢，又利用熱管技術(shù)實現(xiàn)源匯分離，將DSG系統(tǒng)的承壓部分和吸熱部分分開；利用聚光式熱管真空集熱管，實現(xiàn)系統(tǒng)由動態(tài)跟蹤到靜態(tài)固定結(jié)構(gòu)，解決普通DSG系統(tǒng)中的難點。
文檔編號F24J2/48GK201526941SQ20092023067
公開日2010年7月14日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者尹芳芳, 李小燕, 王軍 申請人:東南大學