CN101266077A - 折射聚光、高温蓄热式太阳能锅炉 - Google Patents

Abstract

一种折射聚光、高温蓄热式太阳能锅炉，由平面聚光板、高温集热管组件、蓄热箱、中高温相变材料、辅助加热炉等组成，它同时采用了大面积固定安装、高倍折射聚光技术、中高温集热技术、中高温相变蓄热技术和适时辅助加热技术。这种太阳能锅炉可利用建筑物的屋顶，充分采集太阳的能量，应用折射聚光技术，直接获得高温热水、蒸气；通过高温相变蓄热，减少非日照时段对常规能源能的依赖；利用电力用电低谷时段的优惠电价，降低锅炉运行的能耗费用；对保护环境、节能减排及电力系统用电移峰填谷起重大作用。这项折射聚光技术产生的高温热水、蒸气、冬天用于取暖、夏季用于趋动制冷空调，一年四季产生的中高温热水可作为企事业单位大型锅炉给水预加热，还可以为海水淡化和太阳能热发电技术提供动力。

Description

折射聚光、高温蓄热式太阳能锅炉

所属技术领域：

本专利属新能源技术领域，涉及太阳能中高温利用技术，能将太阳能转化为高温热水和蒸气，成为全天候供热的太阳能锅炉。

技术背景：

随着工业的高速发展，人们生活不断改善，生产、生活用能的需求日益增加，生产生活用的锅炉总量在不断增加，常规的燃煤、燃油锅炉排放的有害气体对大气造成严重污染。为了节约能源、降低有害气体排放量，各国都十分重视开发和利用太阳能产品。目前普遍使用的绝大部分都是只能在中低温领域应用的太阳能热水器，工作温度较低，无法在工业生产(中高温领域)中应用。塔式反射聚光和槽式反射聚光由于其占地面积大，抗风能力差，且价格昂贵，虽产生高温蒸气，但也难以推广使用。

发明内容：

为降低生产成本，减小摆放太阳能集热设备占耕地面积，提供一种以折射聚光集热为主、管道燃气或低谷电加热为辅的可24小时不间断提供中高温热水、蒸气的太阳能锅炉。这种太阳能锅炉由线聚焦菲涅耳透镜排列组成的大面积聚光板、高温集热管，蓄热箱、辅助加热器、以及各部件之间相连管道、水泵、闸阀等组成。聚光板由多个细小渐变棱镜连成一片，采用菲涅耳透镜折射聚光原理，达到高倍聚光。太阳光通过聚光板折射后在聚焦上形成一条条明亮的条状光带，将安放在焦线处的集热管中的水加热成高温热水、蒸气。将许多小块聚光板组成一个约50平方米的平面单元，将该平面朝正南方向斜放，直接当做锅炉房的屋面，高温相变蓄热箱和辅助加热炉就置身其中；蓄热箱用于储存白天过剩的热量，辅助加热炉利用夜间低谷电进行加热，可降低锅炉运行费用，减少对常规能源的依赖。

解决其技术问题采用的方案是：

利用钢构支架将聚光板拼成一个锅炉的屋面，齿状平行条纹沿东西方向，屋面朝正南方向倾斜。集热管安置在聚光板的下方，集热管的轴线与聚光板的焦线重合(集热管之间互相平行且在同一焦平面上)，这种安装方式，无需太阳跟踪器，只需阶段性进行微调(集热管在焦平面上平移)。集热管采用先串联后并联的联接方法，管内流动的水经过迂回的路径吸热后流到集热器出口前已是高温热水或蒸气(需要变频器调节水的流量)。为满足更大的热量需求，可将数百平方米的平面聚光板拼成一个大平面，便可以提供更多的热能。

为了节约常规能源和全天候供热，增加了高温相变储热箱，选用高温相变物质，高温相变物质在熔点(较高温度)继续吸收热量才开始溶解，直至完全熔解后才继续升温；反之凝固时在同一温度可释放大量的热量，直至完全凝固后才开始降温；蓄热箱可储存大量的热能和维持较高的温度，供夜间或没有阳光照射时使用。这样可大大减少常规能源的使用，减少有害气体的排放量。

为满足24小时不间隔供热的需求，增设了辅助加热装置，适时启动辅助加热装置，利用夜间低谷电或管道燃气进行辅助加热，并给储热箱补充一定的能量，供第二天日出前使用。

本专利有益的效果是：

这种折射聚光、高温蓄热式太阳能锅炉可利用建筑物屋顶，充分采集太阳的能量，经过折射聚光集热，从而获得高温热水、蒸气。通过高温相变蓄热，减少夜间、雨天气对常规能源的依赖。利用电低谷时段的优惠电价可大大降低锅炉运行的能耗费用。对保护环境、节能减排、电力的移峰填谷起重大作用。这项技术可直接产生高温热水、蒸气、冬季用于取暖，夏季用于趋动制冷空调，一年四季产生中的高温热水均可作为企事业单位大型锅炉给水预加热，也可以为海水淡化和太阳能热发电提供动力。

附图说明：

以下结合附图实施例对本专利作进一步说明。

图1是折射聚光、高温蓄热式太阳能锅炉的结构示意图。

图2是高温集热管组件截面示意图。

图3是高温集热管联接方式示意图

图中：1.平面聚光板，2.高温集热管组件，3.集热器框架，4.蓄热箱，5.蓄热介质，6.放热盘管，7.吸热盘管，8.蓄热箱泄压阀，9.辅助加热炉，10.进水口，11.加热器，12.加热炉安全，13.金属集热管，14.双通透明真空管，15.C型反射板，16.集热管托架支座，17.微调拉杆，18.联集管。

具体实施方式：

在图1中所示的实施例中，平面聚光板(1)平面朝上，棱镜细纹朝下，且棱镜细纹沿东西方向排列，将近五十平方米的聚光板在框架(3)上联成一个斜屋面，高温集热管组件(2)安装在聚光板的焦线上，一年四季都能收集到经聚光板汇聚后的阳光，从而获得较高的温度和较多的热量。

蓄热箱和辅助加热炉安装在屋面的下方，高温集热管组件(2)采集到的高温热量通过蓄热箱的放热盘管(5)将热能传递给相变蓄热物质(6)，相变蓄热物质温度上升到熔点时，开始熔化，熔解过程中吸收大量的熔解热，温度并未升高，但收储了大量的热能。当需要用高温热水、蒸气时，冷水通过吸热盘管(7)向盘管周边的相变蓄热物质(6)吸收热量，此时蓄热物质开始放热，温度并不降低，只要相变蓄热物质的熔点高于120℃、适当控制水的流速就能使冷水经过吸热盘管后而产生高温热水、蒸气。

当蓄热箱中相变蓄热释放完毕，蓄热物质的温度开始下降，此时若需要中高温热水、蒸气时，需让已通过吸热盘管的热水再流经辅助加热炉(9)的进水口(10)，经过加热器(11)的及时加热后，产生温度足够的热水和蒸气；为了设备运行安全，分别在蓄热箱(4)和加热炉(8)顶部安装了蓄热箱泄压阀(8)和加热炉安全阀(12)。

在图2所示的实施例中，高温集热管的组件(2)由金属集热管(13)外套透明双通真空管(14)、C型反射板(15)，集热管托架支座(16)和微调拉杆(17)组成。金属集热管(13)外附着太阳光选择性吸收涂层，金属管可承受较高的压力，双通透明真空管(14)可减小金属管向周边空气传递热量；C型反射板(15)开口处让光线射向金属集热管，并将射到反射面上的散射光反射回集热管，同时防止了高温集热管法向辐射热，还可以防止玻璃管意外破碎向下溅落；集热管托架支座(16)用于支托C型反射板，双通真空管和金属集热管，集热管托架支座(16)在微调拉杆(17)的拉动下沿焦平面方向平行移动，使金属集热管在不同季节都能位于焦线上，以获取最多的热量。

在图3所示的实例中，将三排(甚至更多排)的集热管串联起来，这样工质通过较长的迂回路经加热后到联集管(18)时已是高温热水或蒸气了，为了增大流量，将几排串联好的集热管并联接在进、出联集管(18)上。为了获得更多的能量，还可将数百平方米的集热器串并联起来使用；大面积的平面聚光板可以在新建住宅、厂房的屋顶上安装，无需另外占用耕地，又能向住宅楼和工厂提供高温热水、蒸气，节省矿物燃料，为节能减排作贡献。

Claims (4)

1.折射聚光、高温蓄热太阳能锅炉，其特征是综合采用了类似菲涅耳透镜线聚焦、中高温集热技术、高温相变蓄热技术和适时辅助加热等多项技术，由平面聚光板(1)、高温集热管组件(2)、集热器框架(3)、蓄热箱(4)、蓄热介质(5)、辅助加热炉(9)、安全阀(12)和联集管(18)等组成，它可以直接产生高温热水、蒸气，实现全天侯24小时供热。

2、根据权利要求1所述的折射聚光、高温蓄热太阳能锅炉，其特征是：平面聚光板(1)的平面那面朝上，棱状细纹朝下，且棱镜细纹沿东西方向排列，数十平方米(甚至数百平方米)的平面聚光板可以拼接成一个大坡面，直接当屋面使用。

3、根据权利要求1所述的折射聚光、高温蓄热太阳能锅炉，其特征是：高温集热管组件(2)的表面附着太阳光选择性吸收涂层的金属集热管(13)可承受较大压力，双通透明真空管(14)可以让阳光通过、减少集热管热法向热传导和对流形成，C型反射板(15)位于双通透明真空管的外侧，其作用是让经平面聚光板(1)汇聚后的光线射通向金属集热管(13)，并将散射到反射板上的光线反射向集热管，同时阻挡金属集热管向外辐射热量；微调拉杆(17)拉动集热管托架支座(16)带动金属集热管(13)在焦平面上平行移动，使金属集热管常年处在平面聚光板(1)的焦线上，以获得较多的热能。

4、根据权利要求1所述的折射聚光、高温蓄热太阳能锅炉，其特征是：高温相变蓄热箱(4)的相变蓄热介质的熔点大于120℃，它可以蓄存较多的高温热能。

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