專利名稱：一種新型太陽能集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能熱利用領(lǐng)域的太陽能集熱器。
背景技術(shù)：
隨著太陽能等可再生能源利用在全世界蓬勃發(fā)展，太陽能聚熱發(fā)電(CSP)逐步為人們所認(rèn)識，在CSP體系中，吸熱傳熱部分具有非常重要的地位。太陽能的集熱技術(shù)的換熱介質(zhì)，目前主要采用導(dǎo)熱油為傳熱工質(zhì)，經(jīng)導(dǎo)熱油換熱后驅(qū)動常規(guī)蒸汽輪機帶動發(fā)電機組發(fā)電。由于目前的導(dǎo)熱油工作溫度必須控制在400°c以內(nèi)，超出這一溫度將會導(dǎo)致導(dǎo)熱油裂解、粘度提高以及傳熱效率降低等問題，因此限制了太陽能聚熱發(fā)電的工作溫度。同時，導(dǎo)熱油使用成本很高，因此迫切需要有新的傳熱工質(zhì)取代導(dǎo)熱油，以提高工作溫度，并降低裝置造價和運行成本。目前國際太陽能集熱技術(shù)的換熱介質(zhì)的替代品有熔融鹽類材料，但其結(jié)晶點較高，大多在230至260°C左右，因此直接替換仍有諸多困難，當(dāng)前熔融鹽主要用于熱儲能。用水直接作為換熱介質(zhì)的直接蒸汽發(fā)生(DSG)技術(shù)已經(jīng)試驗多年，該技術(shù)與蒸汽鍋爐受熱管道運行原理相似，以水為工質(zhì)，將低溫水自吸熱管路一端注入，水在沿管路軸向行進(jìn)過程中吸熱逐漸升溫，達(dá)到沸點后變?yōu)轱柡驼羝?，再繼續(xù)吸熱變?yōu)檫^熱蒸汽。由于水在受熱管內(nèi)發(fā)生沸騰時狀態(tài)不穩(wěn)定，存在兩相流傳輸和汽化壓力在集熱管內(nèi)不均勻等問題， 發(fā)生例如水錘、振動、管路材料疲勞破壞現(xiàn)象；另外在飽和蒸汽變?yōu)檫^熱蒸汽段，由于蒸汽導(dǎo)熱能力差，熱吸收能力較弱，容易發(fā)生管路過溫?fù)p毀；并且當(dāng)管路受熱不均勻時，管壁溫差較大，會發(fā)生嚴(yán)重彎曲，帶來其他損失(如真空密封破壞)；再者現(xiàn)有技術(shù)仍然沒有解決 DSG管道在局部無受熱(例如鏡場因云朵遮擋引起的局部出現(xiàn)陰影)，帶來的一系列問題， 例如水輸入及汽輸出流量控制，參數(shù)變化的影響。因此該技術(shù)仍停留在試驗階段，但只要這些問題能夠得以解決，DSG技術(shù)就成為成本最低、效率最高的環(huán)保安全型太陽能熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種可應(yīng)用于多領(lǐng)域的新型太陽能集熱器。本實用新型提供了一種新型太陽能集熱器，包括傳熱區(qū)、傳熱介質(zhì)和換熱區(qū)、換熱介質(zhì)，其特征在于，所述傳熱區(qū)位于太陽光線會聚位置，換熱區(qū)被傳熱區(qū)包圍；傳熱區(qū)內(nèi)部布置有流動的傳熱介質(zhì)；換熱區(qū)內(nèi)部布置有流動通過的換熱介質(zhì)；所述傳熱區(qū)內(nèi)的傳熱介質(zhì)沸點高于換熱介質(zhì)的輸出溫度；太陽光能量通過所述傳熱區(qū)及內(nèi)部的傳熱介質(zhì)對流動通過換熱區(qū)內(nèi)的換熱介質(zhì)傳遞熱量；所述換熱介質(zhì)吸收熱量后，流出太陽能集熱器完成換熱。進(jìn)一步地，所述換熱介質(zhì)在換熱區(qū)內(nèi)發(fā)生相變換熱。進(jìn)一步地，所述太陽能集熱器的外部局部受熱，傳熱介質(zhì)在傳熱區(qū)的內(nèi)部流動，獲得較高的傳熱性能，克服外部局部受熱不均引起的變形翹曲問題，同時有效地將接收的熱量傳導(dǎo)至換熱區(qū)；所述傳熱介質(zhì)的一部分或全部在傳熱區(qū)內(nèi)進(jìn)行通過性流動，優(yōu)選為在傳熱區(qū)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)流動。進(jìn)一步地，所述太陽能集熱器包括金屬外管、金屬中管；所述金屬外管與金屬中管之間所形成的空間為傳熱區(qū)；金屬中管內(nèi)部全部或部分空間為換熱區(qū)；換熱介質(zhì)貫穿流動于金屬中管內(nèi)部，實現(xiàn)換熱后流出系統(tǒng)外部。進(jìn)一步地，所述金屬外管內(nèi)部還包括金屬內(nèi)管；所述傳熱介質(zhì)經(jīng)過金屬外管內(nèi)的傳熱區(qū)后，所述傳熱介質(zhì)的循環(huán)流動路徑通過金屬內(nèi)管，傳熱介質(zhì)在金屬內(nèi)管所形成的回路中完成循環(huán)流動，實現(xiàn)金屬外管內(nèi)部的傳熱介質(zhì)的總體循環(huán)。進(jìn)一步的實施例中，所述換熱區(qū)由一根或多根的金屬中管的全部或部分內(nèi)部空間組成，實施多個換熱區(qū)同時相變換熱。進(jìn)一步地，所述金屬內(nèi)管、金屬中管內(nèi)外平行布置于金屬外管內(nèi)部，所述金屬中管內(nèi)壁與金屬內(nèi)管外壁之間所形成的空間為換熱區(qū)，金屬外管內(nèi)的其它空間為傳熱區(qū)。進(jìn)一步地，所述金屬內(nèi)管和/或金屬中管設(shè)置有介質(zhì)通道，所述傳熱介質(zhì)與換熱介質(zhì)為同一種介質(zhì)，在傳熱區(qū)完成傳熱流動后，部分或全部進(jìn)入換熱區(qū)完成換熱。優(yōu)化地，所述金屬內(nèi)管或金屬中管為螺旋波紋管或螺旋波紋節(jié)管，增加換熱介質(zhì)和傳熱介質(zhì)在內(nèi)部的潤流，廣生更聞的換熱系數(shù)，提聞效率。進(jìn)一步地，所述太陽能集熱器還包括過熱區(qū)，接收換熱空間輸出的氣相或汽液混合相的換熱介質(zhì)進(jìn)行過熱加熱，以獲得更好的蒸汽參數(shù)。優(yōu)選地，所述過熱區(qū)或傳熱區(qū)內(nèi)布置有螺旋導(dǎo)流裝置，換熱介質(zhì)或傳熱介質(zhì)在流經(jīng)的過程中，在導(dǎo)流裝置的作用下，螺旋前進(jìn)，降低圓周壁面溫度差，降低管路的翹曲程度。進(jìn)一步地，所述過熱區(qū)為沿外管軸線長度方向上延伸布置的金屬第四管管內(nèi)空間，接收軸向上的熱量，將氣相換熱介質(zhì)變成高參數(shù)的過熱蒸汽。進(jìn)一步地，所述過熱區(qū)為與外管并列布置的獨立金屬第四管內(nèi)部空間，方式更加便利地利用于線形聚光系統(tǒng)，通過合理的光學(xué)設(shè)計，可實現(xiàn)該金屬第四管與外管按一定比例接收會聚光能量，第四管接收小量的熱量將飽和蒸汽或濕蒸汽變成過熱蒸汽輸送系統(tǒng)外部。進(jìn)一步地，所述換熱介質(zhì)入口布置單向閥，控制持續(xù)補給水量及壓力。進(jìn)一步地，所述傳熱區(qū)具有排氣裝置，該排氣裝置主要將傳熱區(qū)的傳熱介質(zhì)內(nèi)部因突然劇烈受熱等原因產(chǎn)生的氣相收集，并通過位于高端位置布置的排氣閥排出系統(tǒng)外部，避免影響傳熱效果。進(jìn)一步地，所述傳熱區(qū)傾斜布置，其高端位置為排氣裝置。進(jìn)一步地，所述傳熱區(qū)布置有穩(wěn)壓裝置，將傳熱區(qū)內(nèi)部的壓力持續(xù)維持一定的穩(wěn)定范圍內(nèi)，保證傳熱介質(zhì)不會發(fā)生相變。優(yōu)選地，所述傳熱介質(zhì)為加壓水、導(dǎo)熱油、導(dǎo)熱姆或熔鹽，具有比換熱介質(zhì)更高的沸點。進(jìn)一步地，所述換熱介質(zhì)為在低于傳熱區(qū)內(nèi)的傳熱介質(zhì)沸點的溫度范圍內(nèi)具有氣液兩相變化的物質(zhì)，如水、酮類、醚類、醇類及液相或低沸點金屬熱管介質(zhì)。優(yōu)選地，所述換熱介質(zhì)為水，在換熱區(qū)內(nèi)實施相變換熱，完成DSG過程。本實用新型提供的相變太陽能集熱器可以應(yīng)用于槽式光熱、菲涅爾陣列光熱或塔式光熱集熱器等太陽能熱利用領(lǐng)域。本實用新型的相變太陽能集熱器的金屬外管外部即使不均勻受熱，內(nèi)部密閉循環(huán)流動的傳熱介質(zhì)在系統(tǒng)中的循環(huán)，降低了管道因受熱不均引起的圓周界面上的溫度不均勻性，避免管路翹曲；多個換熱管平行布置于金屬外管內(nèi)部，換熱管的尺寸較小，且在傳熱介質(zhì)流動傳熱的作用下均勻受熱，克服軸向上發(fā)生的兩相流變換和汽化壓力的軸向非均勻分布帶來的水錘、振動現(xiàn)象和管路疲勞損壞，以及局部管溫過高燒壞、管路彎曲等問題；且相變太陽能集熱器還包括過熱區(qū)，將換熱管輸出的飽和蒸汽或汽水混合物再次受熱變成高參數(shù)蒸汽。本實用新型裝置整體熱吸收效率較傳統(tǒng)單端輸入方式更高。

圖I是本實用新型的太陽能集熱器第一實施例示意圖。圖2-1是本實用新型的太陽能集熱器第二實施例剖面示意圖。圖2-2是本實用新型的太陽能集熱器第二實施例截面示意圖。圖3是本實用新型的太陽能集熱器第三實施例示意圖。圖4是本實用新型的太陽能集熱器應(yīng)用于太陽能菲涅爾陣列領(lǐng)域的整體結(jié)構(gòu)第四實施例示意圖。圖5-1為本實用新型的太陽能集熱器應(yīng)用于太陽能菲涅爾陣列領(lǐng)域的整體結(jié)構(gòu)第五實施例示意圖。圖5-2是第五實施例的太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5-3是第五實施例的太陽能集熱器受熱示意圖。圖5-4是第五實施例的太陽能集熱器第四管結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本實用新型的具體實施方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖I是本實用新型的太陽能集熱器第一實施例示意圖。從圖I的局部剖視部分可見，本實用新型的太陽能集熱器I包括金屬內(nèi)管2、金屬外管3、金屬中管4、傳熱介質(zhì)7和換熱介質(zhì)6。金屬內(nèi)管2、金屬中管4內(nèi)外平行布置于金屬外管3內(nèi)部。該實施方式的傳熱區(qū)包括兩部分，分別為金屬外管3內(nèi)部、金屬內(nèi)管2外部和金屬中管4外部三者所形成的空間及金屬內(nèi)管2內(nèi)部的空間，傳熱介質(zhì)7的一部分或全部循環(huán)流動路徑通過金屬內(nèi)管2，且在傳熱區(qū)內(nèi)部循環(huán)流動；金屬中管4的內(nèi)部空間為換熱區(qū)，內(nèi)部流動著換熱介質(zhì)，換熱區(qū)被傳熱區(qū)包圍；優(yōu)化為在換熱區(qū)內(nèi)部完成相變換熱；傳熱介質(zhì)7具有較換熱介質(zhì)6更高的沸點， 例如加壓水、導(dǎo)熱油、導(dǎo)熱姆或熔鹽，完成換熱介質(zhì)6在液體循環(huán)流動的過程中對換熱介質(zhì) 6的相變換熱；圖I中，金屬外管3與金屬內(nèi)管2所形成的空間內(nèi)可以陣列布置至少一根金屬中管4，多根金屬中管4內(nèi)部的換熱介質(zhì)6部分或全部獲得足夠熱量后完成的相變，提供足夠的相變換熱量。該太陽能集熱器的金屬外管3的外壁局部接收外部的熱量，穿過金屬外管3的外壁傳遞至傳熱區(qū)內(nèi)部的傳熱介質(zhì)7，傳熱介質(zhì)7在傳熱區(qū)內(nèi)流動，例如通過性流動或循環(huán)流動，具有較強的換熱能力，具有優(yōu)良的接收傳熱熱能的同時，也具有良好的均溫能力，克服了傳統(tǒng)太陽能集熱器因局部受熱不均造成溫差過大引起的金屬外管3的翹曲問題；傳熱介質(zhì)7在傳熱區(qū)內(nèi)部受熱、流動的同時，也將熱量傳遞至金屬中管4的相變換熱區(qū)內(nèi)部，換熱介質(zhì)6在相變換熱區(qū)內(nèi)流動的過程中，接收傳熱介質(zhì)7釋放的熱量，逐步受熱后，發(fā)生汽化，變成氣態(tài)換熱介質(zhì)6流出系統(tǒng)的外部，穩(wěn)定高效地完成換熱；傳熱區(qū)的上部布置排氣裝置，例如排氣閥14，以防止傳熱區(qū)因局部受熱產(chǎn)生的氣體，造成傳熱區(qū)內(nèi)部的換熱性能的下降。太陽光能量通過傳熱區(qū)及內(nèi)部的傳熱介質(zhì)7對流動通過換熱區(qū)內(nèi)的換熱介質(zhì)6傳遞熱量；對應(yīng)于金屬外管3的外壁位于太陽光線會聚位置接收太陽光能量；由于傳熱介質(zhì) 7的液態(tài)對流及強制循環(huán)，圓周溫度基本均溫，可避免因為金屬外管3外部受熱不均勻引起的管壁溫差較大造成的嚴(yán)重翹曲問題。該傳熱區(qū)的傳熱介質(zhì)7的溫度，比金屬中管4內(nèi)部的換熱介質(zhì)6所形成的汽化區(qū)的壓力所對應(yīng)的飽和蒸汽溫度要高，以便持續(xù)提供金屬中管 4內(nèi)換熱介質(zhì)6汽化所需熱量，完成換熱介質(zhì)6的相變換熱過程；具體的換熱過程如下?lián)Q熱介質(zhì)6在金屬中管4的入口布置單向閥，控制持續(xù)補給換熱介質(zhì)6并保持換熱管內(nèi)部壓力；換熱介質(zhì)6以液相形式流經(jīng)金屬換熱管內(nèi)部，接收金屬外管3外壁傳導(dǎo)來的熱量，內(nèi)部的液相傳熱介質(zhì)7溫度高于特定參數(shù)下的換熱介質(zhì)6的飽和溫度20-50°C，例如換熱介質(zhì)6水的參數(shù)為6MPa對應(yīng)的飽和溫度為275°C，傳熱介質(zhì)7采用IOMPa高壓的水，溫度可以達(dá)到300°C且保持為液態(tài)；傳熱介質(zhì)7持續(xù)對換熱介質(zhì)6保持25°C以上溫度差均勻給熱；傳熱介質(zhì)7受熱后在傳熱區(qū)循環(huán)流動，將熱量傳遞至金屬中管4內(nèi)部流動的換熱介質(zhì) 6，換熱介質(zhì)6在金屬中管4的內(nèi)部貫通流動的過程中，逐步受熱，最終完成汽化和過熱，整個過熱沸騰過程中溫度差都保持25°C左右，金屬中管4道受熱均勻；且內(nèi)部發(fā)生的相變換熱基本為均勻的沸騰換熱，從而避免大量液相沉積底部，發(fā)生局部突然沸騰等不穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)金屬外管3外壁持續(xù)接收外部熱量增多時，外壁傳導(dǎo)至金屬外管3的內(nèi)壁和傳熱區(qū)內(nèi)部液相傳熱介質(zhì)7的熱量增多，使液相傳熱介質(zhì)7的溫度增加，換熱介質(zhì)6接收熱量增多，能在更短的相變換熱區(qū)內(nèi)獲得飽和蒸汽，在金屬中管4的輸出端輸出過熱蒸汽，在太陽能集熱器I的末端根據(jù)換熱介質(zhì)6的溫度和壓力的變化，調(diào)整增加太陽能集熱器始端的換熱介質(zhì)6的進(jìn)入量，使換熱介質(zhì)6能始終保持相當(dāng)穩(wěn)定的換熱介質(zhì)參數(shù)的輸出。當(dāng)金屬外管3外壁持續(xù)接收外部熱量不足時，換熱管出口的換熱介質(zhì)6參數(shù)變低， 根據(jù)換熱介質(zhì)6的溫度和壓力的變化，調(diào)整減少換熱介質(zhì)6的進(jìn)入量，達(dá)到自動根據(jù)系統(tǒng)接收的熱流量，控制換熱區(qū)的換熱介質(zhì)6輸出口換熱介質(zhì)參數(shù)的穩(wěn)定性要求的目的。該太陽能集熱器I能根據(jù)外部受熱情況，智能控制金屬中管4內(nèi)部的流量，持續(xù)保證金屬內(nèi)管2內(nèi)壁溫度的相對穩(wěn)定，提供良好的換熱介質(zhì)6換熱環(huán)境；更為重要的是，因為金屬外管3和金屬內(nèi)管2所形成環(huán)形液相區(qū)內(nèi)部的液相傳熱介質(zhì)7能良好地保證自身溫度穩(wěn)定，使與之接觸的金屬外管3管壁周向上雖然受熱不均，但在液相水作用下，管壁溫度基本均勻；而且金屬內(nèi)管2內(nèi)部的水汽化相變過程引起的環(huán)壁溫度不均問題得到解決，如果換熱介質(zhì)6為水，即可以良好地解決傳統(tǒng)DSG系統(tǒng)出現(xiàn)的因環(huán)壁溫度的不均勻造成管道嚴(yán)重翹曲及破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性等問題。該太陽能集熱器還可以簡化為只包括金屬外管3和金屬中管4，金屬中管4也可以平行多個布置于金屬外管3的內(nèi)部；金屬外管3內(nèi)部與多個金屬中管4外部所形成的空間為傳熱區(qū)，多個金屬中管4內(nèi)部為相伴換熱區(qū)。太陽能集熱器的換熱介質(zhì)6是在低于傳熱區(qū)內(nèi)的傳熱介質(zhì)沸點的溫度范圍內(nèi)具有氣液兩相變化的物質(zhì)，如水、酮類、醚類、醇類及液相或低沸點金屬熱管介質(zhì)。優(yōu)選地，換熱介質(zhì)6為水、酮類、醚類、醇類及液相或低沸點金屬熱管介質(zhì)；傳熱區(qū)內(nèi)部傳熱介質(zhì)7為在一定壓力和溫度下能保持液態(tài)不沸騰的物質(zhì)，優(yōu)選為水、導(dǎo)熱油、導(dǎo)熱姆或熔鹽。實際的操作過程中，換熱介質(zhì)6也可以在換熱區(qū)內(nèi)部不發(fā)生相變換熱，利用換熱介質(zhì)6的顯熱受熱熱量，例如低溫的飽和蒸汽經(jīng)過穩(wěn)定均勻的換熱后變成高溫過熱蒸汽。圖2-1是本實用新型的太陽能集熱器第二實施例剖面示意圖。如圖2所示，太陽能集熱器I包括金屬外管3、金屬中管4、金屬內(nèi)管2 ;其中金屬中管4、金屬內(nèi)管2互套布置于金屬外管3內(nèi)部，其中金屬外管3與金屬中管4所形成環(huán)形空間及金屬內(nèi)管2管內(nèi)空間構(gòu)成傳熱區(qū)，傳熱區(qū)的內(nèi)部布置有流動的傳熱介質(zhì)7，其中金屬中管4與金屬內(nèi)管2所形成的環(huán)形空間構(gòu)成換熱區(qū)，該環(huán)形區(qū)間內(nèi)部貫穿流動著換熱介質(zhì)6，換熱介質(zhì)6在換熱區(qū)內(nèi)受熱，相變汽化后流出系統(tǒng)的外部。傳熱區(qū)的傳熱介質(zhì)7溫度高于相變換熱區(qū)的換熱介質(zhì)6， 該換熱介質(zhì)6在傳熱區(qū)形成密閉循環(huán)空間中循環(huán)流動，將金屬外管3接收的熱量快速傳遞至換熱區(qū)；換熱介質(zhì)6在換熱區(qū)內(nèi)部穩(wěn)定相變后，流出系統(tǒng)的外部；太陽能集熱器在換熱介質(zhì)6輸出端布置有閉環(huán)控制回路13，通過輸出的換熱介質(zhì)6的參數(shù)的變化，調(diào)整傳熱介質(zhì)7 的流速和流量。為了獲得更加優(yōu)化的傳導(dǎo)熱量的效果，金屬內(nèi)管2或金屬中管4可以優(yōu)化為螺旋波紋管或螺旋波紋節(jié)管(圖中沒有示出)，傳熱介質(zhì)7或換熱介質(zhì)6在所在的傳熱區(qū)或換熱區(qū)內(nèi)部形成渦流、湍流的運動，增強傳熱系數(shù)。為了進(jìn)一步在傳熱區(qū)形成湍流，在傳熱區(qū)實施布置導(dǎo)流裝置，例如導(dǎo)流裝置使傳熱介質(zhì)7在傳熱區(qū)內(nèi)部獲得旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流效果，以增強換熱性能。為了穩(wěn)定傳熱區(qū)內(nèi)部的壓力以防止傳熱介質(zhì)7沸騰，在傳熱區(qū)布置穩(wěn)壓裝置及安全閥或泄壓閥，該穩(wěn)壓裝置能實現(xiàn)傳熱區(qū)內(nèi)部的壓力的穩(wěn)定，防止局部不穩(wěn)定引起的壓力下降，導(dǎo)致進(jìn)入飽和區(qū)后的沸騰情況；串聯(lián)布置于傳熱區(qū)某位置的安全閥或泄壓閥， 防止壓力過高帶來的危險。該太陽能集熱器內(nèi)部的傳熱區(qū)的傳熱介質(zhì)7的流經(jīng)路線如圖2 所示，在實際的操作中也可以為傳熱介質(zhì)從金屬內(nèi)管2流經(jīng)再向金屬外管3與金屬中管4 所形成的環(huán)形空間流動完成傳熱區(qū)內(nèi)部的流動。圖2-2是本實用新型的太陽能集熱器第二實施例截面示意圖。圖3是本實用新型的太陽能集熱器的第三實施例示意圖，如圖3所示，太陽能集熱器包括金屬外管3、金屬中管4和金屬內(nèi)管2 ;其中金屬內(nèi)管2、金屬中管4內(nèi)外同心平行布置于金屬外管3內(nèi)部，其中金屬外管3與金屬中管4所形成環(huán)形空間及金屬內(nèi)管2管內(nèi)空間構(gòu)成傳熱區(qū)，傳熱區(qū)的內(nèi)部布置有流動的傳熱介質(zhì)7，其中金屬中管4與金屬內(nèi)管2所形成的環(huán)形空間構(gòu)成換熱區(qū)，該環(huán)形區(qū)間內(nèi)部貫穿流動著換熱介質(zhì)6 ;該太陽能集熱器的金屬內(nèi)管2和/或金屬中管4設(shè)置有介質(zhì)通道；傳熱介質(zhì)7與換熱介質(zhì)6為同一種介質(zhì)，傳熱介質(zhì)7與換熱介質(zhì)6都為水,在傳熱區(qū)完成傳熱流動后,部分或全部進(jìn)入換熱區(qū)完成換熱。 傳熱介質(zhì)7在傳熱區(qū)內(nèi)部具有高的壓力高溫度參數(shù)，完成液態(tài)的通過性流動，經(jīng)過傳熱區(qū)與換熱區(qū)的具有將壓功能的介質(zhì)通道，進(jìn)入換熱區(qū)后，高壓傳熱介質(zhì)7變成相對低壓的換熱介質(zhì)6，換熱介質(zhì)7部分閃蒸，但大部分換熱介質(zhì)6在傳熱介質(zhì)7的外部溫度差下(外部溫度具有高于內(nèi)部換熱介質(zhì)6的壓力對應(yīng)飽和溫度的溫度差，例如25°C )，換熱介質(zhì)6在換熱區(qū)內(nèi)繼續(xù)受熱、相變汽化后流出系統(tǒng)的外部。在實際的實施過程中，傳熱區(qū)與換熱區(qū)的介質(zhì)通道，可以為布置于金屬中管4或者金屬內(nèi)管2管壁上的一定尺寸噴孔；通過噴孔的介質(zhì)完成壓力的下降和進(jìn)入換熱區(qū)的特定流量流入。該太陽能集熱器內(nèi)部的傳熱介質(zhì)7的流經(jīng)路線如圖3所示，在實際的操作中也可以為傳熱介質(zhì)7從金屬內(nèi)管2流經(jīng)再向金屬外管3 與金屬中管4所形成的環(huán)形空間流動，最后在流經(jīng)至金屬內(nèi)管2與金屬中管4所形成換熱區(qū)內(nèi)部完成換熱過程；且換熱介質(zhì)6輸出端布置有閉環(huán)控制回路13，通過輸出的換熱介質(zhì)6 的參數(shù)的變化，調(diào)整傳熱介質(zhì)7的流速和流量。圖4是本實用新型的太陽能集熱器應(yīng)用于太陽能菲涅爾陣列領(lǐng)域的整體結(jié)構(gòu)第四實施例示意圖。如圖4所示，第一實施例(換熱介質(zhì)為水)，接收太陽能菲涅爾陣列的太陽能鏡場10反射來的光，完成蒸汽的輸出后，進(jìn)一步設(shè)置，使蒸汽換熱介質(zhì)從換熱管流出后，進(jìn)入到金屬第四管5內(nèi)的過熱區(qū)，且該金屬第四管5沿第一實施例的延長軸線布置；濕蒸汽換熱介質(zhì)在金屬第四管5的過熱區(qū)內(nèi)部完成受熱后獲得所需更高參數(shù)，從端頭流出； 蒸汽在過熱區(qū)內(nèi)部基本為單相，沒有液相換熱介質(zhì)相變帶來的水錘、振動和嚴(yán)重翹曲等一系列問題。圖5-1為本實用新型的太陽能集熱器應(yīng)用于太陽能菲涅爾陣列領(lǐng)域的整體結(jié)構(gòu)第五實施例示意圖。由于第一實施例(換熱介質(zhì)為水)完成蒸汽的輸出后，獲得的蒸汽參數(shù)并不容易控制，且即使按照本實用新型的第二實施例，在第一實施例的延長線布置金屬第四管5，也可能出現(xiàn)液相區(qū)接收的熱量不均勻的情況(例如該太陽能集熱器應(yīng)用于太陽能光熱菲涅爾陣列領(lǐng)域或太陽能光熱槽式領(lǐng)域)，金屬第四管5內(nèi)部溫度差仍然有可能偏高且不均勻，仍然會出現(xiàn)翹曲；本實用新型的第五實施例，如圖5-1所示，太陽能集熱器接收太陽能菲涅爾陣列的太陽能鏡場10反射的光，在復(fù)合拋物聚光器(CPC)9的再次聚光下入射太陽能集熱器。圖5-2是第五實施例的太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖，見圖5-2，金屬第四管5的過熱區(qū)平行布置于金屬外管3軸線的上部，二者布置于復(fù)合拋物聚光器(CPC) 9之下；金屬內(nèi)管2與金屬外管3同心內(nèi)外布置，金屬內(nèi)管2和金屬外管3之間的環(huán)形截面空間及金屬內(nèi)管2內(nèi)部所形成的空間構(gòu)成傳熱區(qū)，內(nèi)部布置傳熱介質(zhì)7 ;金屬中管4內(nèi)部為換熱介質(zhì)6，接收熱量變成飽和的蒸汽，金屬第四管5內(nèi)部為過熱區(qū)，接收換熱管內(nèi)部流經(jīng)來的飽和氣相換熱介質(zhì)；金屬第四管5與金屬外管3平行布置，在復(fù)合拋物聚光器(CPC) 9的作用下，金屬第四管5、金屬外管3 二者獲得的太陽能鏡場10反射光的比例保持在一定范圍內(nèi)例如。此方式可以在經(jīng)常及管路長度方向上的局部位置被云朵遮擋形成陰影時，保持蒸發(fā)與過熱兩過程的吸收能量比例不變，易于穩(wěn)定控制輸出蒸汽品質(zhì)。圖5-3是第五實施例的太陽能集熱器受熱示意圖；如圖5-3，金屬第四管5與金屬外管3在特定形狀的輔助聚光器9的輔助下(金屬外管3內(nèi)部布置有內(nèi)外同心布置的金屬內(nèi)管2和金屬中管4)，接收太陽能鏡場的熱量的比，與不同的管徑和不同時刻太陽光線不完全一致有關(guān)，本太陽能集熱器，設(shè)計金屬第四管5管徑小于金屬外管3，且滿足不同時刻的金屬第四管5與金屬外管3接收太陽能鏡場的熱量比大約I : 2 5;例如下部的金屬外管3接收總熱量的75%，上部的金屬第四管5接收總熱量的25%，該比例與水換熱介質(zhì)的汽化熱與過熱蒸汽熱的比值相當(dāng)，即下部的金屬外管3接收的熱量基本滿足將內(nèi)部的液相換熱介質(zhì)轉(zhuǎn)化成飽和蒸汽換熱介質(zhì)，然后進(jìn)入金屬第四管5內(nèi)部接收總熱量的另外一部分熱量，使飽和蒸汽換熱介質(zhì)進(jìn)一步過熱，達(dá)到所需參數(shù)后離開系統(tǒng)，完成換熱。該實施例結(jié)構(gòu)的金屬第四管5布置于金屬外管3上部，接收的熱量密度較小，且管徑較小，更加容易完成內(nèi)部的換熱，其管壁溫度具有更加一致的溫差，進(jìn)一步降低管壁翹曲溫度；而且該第三實施例中，即使出現(xiàn)太陽能集熱器軸向上的一定長度區(qū)域內(nèi)的某個局部受熱不均或者無受熱情況(例如云朵遮蔽太陽光入射鏡場的情況)，因金屬外管3與金屬第四管5并行布置，金屬外管3與金屬第四管5對應(yīng)的接收太陽光線的比值仍然相當(dāng)，依然能良好地處理飽和換熱介質(zhì)和過熱換熱介質(zhì)的質(zhì)量比例關(guān)系，避免常規(guī)系統(tǒng)因某個局部受熱不均，造成換熱介質(zhì)相變過程難以控制，引發(fā)系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等不良情況。進(jìn)一步優(yōu)化地， 金屬第四管5和金屬外管3可以通過焊接等方式相互上下固定，即使管道有翹曲也不會破壞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及外形尺寸的穩(wěn)定性。圖5-4是第五實施例的太陽能集熱器第四管結(jié)構(gòu)示意圖；如圖5-4所示，為了獲得管壁更均勻的管壁溫度差，在金屬第四管5的內(nèi)部設(shè)置螺旋導(dǎo)流裝置，例如螺旋旋轉(zhuǎn)翅片 12 ;如此氣相換熱介質(zhì)在流經(jīng)過熱區(qū)的過程中，在螺旋旋轉(zhuǎn)翅片12的作用下，螺旋前進(jìn)，降低過熱區(qū)圓周壁面溫度差，進(jìn)一步降低管路的翹曲程度。實際的運行過程中，傳熱區(qū)的液相傳熱介質(zhì)可能會出現(xiàn)因受熱突然加劇等情況， 造成傳熱介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生部分的蒸汽，因此，優(yōu)選地，傳熱區(qū)上部具有排氣區(qū)，存放和排除傳熱介質(zhì)產(chǎn)生的氣體；優(yōu)選地，排氣裝置位于高端，通過整體傾斜，例如與水平面成2。布置； 進(jìn)一步地，排氣區(qū)特定位置布置排氣裝置，例如排氣閥，將傳熱介質(zhì)受熱不穩(wěn)定產(chǎn)生的氣相傳熱介質(zhì)排出。毋庸置疑地，該太陽能集熱器同樣可以應(yīng)用于太陽能光熱領(lǐng)域的塔式系統(tǒng)當(dāng)中， 該太陽能集熱器陣列布置于塔式光熱中央接收塔上，接收鏡場會聚的太陽光，通過換熱介質(zhì)內(nèi)部的汽化相變后的過熱蒸汽將太陽光熱帶離集熱系統(tǒng)。顯而易見，在不偏離本實用新型的真實精神和范圍的前提下，在此描述的本實用新型可以有許多變化。因此，所有對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可以預(yù)見的改變，都應(yīng)包括在本權(quán)利要求書所涵蓋的范圍之內(nèi)。本實用新型所要求保護(hù)的范圍由所述的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
權(quán)利要求1.一種新型太陽能集熱器，包括傳熱區(qū)、傳熱介質(zhì)(7)和換熱區(qū)、換熱介質(zhì)￠)，其特征在于，所述傳熱區(qū)位于太陽光線會聚位置，換熱區(qū)被傳熱區(qū)包圍；傳熱區(qū)內(nèi)部布置有流動的傳熱介質(zhì)(7);換熱區(qū)內(nèi)部布置有流動通過的換熱介質(zhì)￠);所述傳熱區(qū)內(nèi)的傳熱介質(zhì)(7) 沸點高于換熱介質(zhì)(6)的輸出溫度；太陽光能量通過所述傳熱區(qū)及內(nèi)部的傳熱介質(zhì)(7)對流動通過換熱區(qū)內(nèi)的換熱介質(zhì)(6)傳遞熱量；所述換熱介質(zhì)(6)吸收熱量后，流出太陽能集熱器完成換熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述換熱介質(zhì)(6)在換熱區(qū)內(nèi)發(fā)生相變換熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述傳熱介質(zhì)(7)的一部分或全部在傳熱區(qū)內(nèi)進(jìn)行通過性流動。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述傳熱介質(zhì)(7)在傳熱區(qū)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)流動。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述太陽能集熱器包括金屬外管(3)、金屬中管(4);所述金屬外管(3)與金屬中管(4)之間所形成的空間為傳熱區(qū)；金屬中管(4)內(nèi)部全部或部分空間為換熱區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述金屬外管(3)內(nèi)部還包括金屬內(nèi)管(2);所述傳熱介質(zhì)(7)的循環(huán)流動路徑通過金屬內(nèi)管(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述換熱區(qū)由一根或多根的金屬中管(4)的全部或部分內(nèi)部空間組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述金屬內(nèi)管(2)、金屬中管(4)內(nèi)外平行布置于金屬外管(3)內(nèi)部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述金屬中管(4)、金屬內(nèi)管⑵互套布置于金屬外管⑶內(nèi)部。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述金屬中管(4)內(nèi)壁與金屬內(nèi)管(2)外壁之間所形成的空間為換熱區(qū)，金屬外管(3)內(nèi)的其它空間為傳熱區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述金屬內(nèi)管(2)和 /或金屬中管(4)設(shè)置有介質(zhì)通道；所述傳熱介質(zhì)(7)與換熱介質(zhì)￠)為同一種介質(zhì)，在傳熱區(qū)完成傳熱流動后，部分或全部進(jìn)入換熱區(qū)完成換熱。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述金屬內(nèi)管(2)或金屬中管(4)為螺旋波紋管或螺旋波紋節(jié)管。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述傳熱區(qū)布置有穩(wěn)壓裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述太陽能集熱器還包括過熱區(qū)，接收換熱空間輸出的氣相或汽液混合相的換熱介質(zhì)(6)。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述過熱區(qū)或傳熱區(qū)內(nèi)布置螺旋導(dǎo)流裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述過熱區(qū)為沿金屬外管(3)軸線長度方向上延伸布置的金屬第四管(5)管內(nèi)空間。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述過熱區(qū)為與外管并列布置的獨立金屬第四管(5)內(nèi)部空間。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述換熱介質(zhì)(6)入口布置單向閥。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述傳熱區(qū)具有排氣>j-U ρ α裝直。
20.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述傳熱區(qū)傾斜布置，傳熱區(qū)的高端位置布置排氣裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述傳熱介質(zhì)(7)為加壓水、導(dǎo)熱油、導(dǎo)熱姆或熔鹽。
22.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述換熱介質(zhì)(6)為在低于傳熱區(qū)內(nèi)的傳熱介質(zhì)(7)沸點的溫度范圍內(nèi)具有氣液兩相變化的物質(zhì)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的一種新型太陽能集熱器，其特征在于，所述換熱介質(zhì)(6)為水、酮類、醚類、醇類及液相或低沸點金屬熱管介質(zhì)。
專利摘要本實用新型裝置提供一種新型太陽能集熱器，包括傳熱區(qū)、傳熱介質(zhì)和換熱區(qū)、換熱介質(zhì)，其特征在于，所述傳熱區(qū)位于太陽光線會聚位置，換熱區(qū)被傳熱區(qū)包圍；傳熱區(qū)內(nèi)部布置有流動的傳熱介質(zhì)；換熱區(qū)內(nèi)部布置有流動通過的換熱介質(zhì);所述傳熱區(qū)內(nèi)的傳熱介質(zhì)沸點高于換熱介質(zhì)的輸出溫度;太陽光能量通過所述傳熱區(qū)及內(nèi)部的傳熱介質(zhì)對流動通過換熱區(qū)內(nèi)的換熱介質(zhì)傳遞熱量；所述換熱介質(zhì)吸收熱量后，流出太陽能集熱器完成換熱；該裝置能應(yīng)用于太陽能的光熱領(lǐng)域當(dāng)中的DSG系統(tǒng)，運行安全可靠，成本低廉，具有良好的適用范圍。
文檔編號F24J2/30GK202350351SQ20112044890
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者劉陽 申請人:北京兆陽能源技術(shù)有限公司