CN101403493A - 汽液两相分离型重力热管太阳能锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽液两相分离型重力热管式太阳能锅炉。包括水泵、第一支架、锅筒、金属软管、热管式太阳能蒸发器、水桶、冷凝器、控制阀、单向阀、太阳能聚光器，第一支架上端设有锅筒，锅筒通过金属软管与热管式太阳能蒸发器相连接构成汽液两相分离型重力热管，锅筒通过单向阀，经控制阀与冷凝器相连接，水泵与锅筒相连接，在热管式太阳能蒸发器相对应处设有太阳能聚光器，太阳能聚光器由液压装置驱动跟踪太阳。本发明利用太阳能聚光器将太阳光聚焦到回路型热管的蒸发段产生热量，并利用回路型重力热管高效传热的特性将热量传递到锅筒内与锅筒内的水换热，产生中高温饱和蒸汽，系统效率高、不易结垢、简单并且可以长期高效运行。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能锅炉，尤其涉及一种汽液两相分离型重力热管太阳能锅炉。
背景技术
国外利用太阳能产生中高温蒸汽大多是使用直接蒸汽发生(DSG，directosteam generation)技术，该技术是太阳能聚光器的接收器内产生的高温高压的蒸汽被直接利用在各种工业用途上，系统中依靠一个泵实现对接收器内工质的补充以及系统工质的循环。但是该系统存在以下问题(1)由于蒸发段从入口到出口管内工质的温度相差很大，使蒸发管发生扭曲变形，这对系统长时间可靠运行是一个严峻的考验；(2)同时管道内结垢也是一个非常难以解决的问题；(3)为了防止产生的蒸汽的温度过高而不能满足要求，还得使用反馈装置和控制装置，这样的系统结构非常复杂，这就对系统尤其是泵的可靠性提出了非常高的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种太阳能利用效率高、不易结垢、简单可以长期高效运行的回路型重力热管太阳能蒸汽发生系统。
回路型重力热管太阳能蒸汽发生系统包括水泵、第一支架、锅筒、金属软管、热管式太阳能蒸发器、水桶、冷凝器、控制阀、单向阀、太阳能聚光器、，第一支架上端设有锅筒，锅筒通过金属软管与热管式太阳能蒸发器相连接，锅筒通过单向阀，经控制阀与冷凝器相连接，水桶内设有冷凝器，水泵与锅筒相连接，在热管式太阳能蒸发器相对应处设有太阳能聚光器，太阳能聚光器包括液压驱动装置、传动连杆、转轴、镜面固定支架、玻璃反光镜面、集热管固定支架，液压驱动装置通过传动连杆与镜面固定支架相连接，并驱动镜面固定支架绕转轴转动，镜面固定支架上贴有玻璃反光镜面聚焦太阳光到热管式太阳能蒸发器，热管式太阳能蒸发器通过集热管固定支架与镜面固定支架相连接固定在玻璃反光镜面上方。
所述的热管式太阳能蒸发器包括第二法兰、两集热管、绝热固定件、金属连接管，一集热管一端通过第二法兰和金属软管与锅筒中的金属盘管的一端相连接，一集热管的另一端通过绝热固定连接件与另一集热管的一端连接，另一集热管的另一端通过第二法兰、金属连接管和金属软管与锅筒中的金属盘管另一端相连接。
所述的集热管包括波纹管、玻璃管、带吸热涂层的不锈钢管、抽气口，带吸热涂层的不锈钢管的两端与两个波纹管相连接，带吸热涂层的不锈钢管的外面套有玻璃管，玻璃管上面设有抽气口。
本发明把汽液两相分离型重力热管与抛物槽聚焦集热器结合起来，利用传热性能优良的回路型重力热管把抛物槽聚焦集热器收集到的太阳能传递给锅筒内的水，产生中高温蒸汽。接收器内产生的蒸汽并不直接用于工业用途，而是在一个回路型重力热管里循环运动，蒸汽在冷凝段与锅筒内的水换热，将其加热成中高温蒸汽，这部分的蒸汽才用于工业用途。由于重力热管内部的工质自然循环，无需外界动力，没有运转部件，极少维修。同时，热管内壁不会产生水垢，冷凝器如设在循环水箱内，外部循环水也只会使热管外壁结垢，易于清除，就保证了装置可以长期高效运行，整个系统简单可靠，加上它的蒸发器和冷凝器可以远离，这就为解决太阳能装置大型化问题提供了可能。
附图说明
图1是汽液两相分离型重力热管太阳能锅炉结构示意图；
图2是本发明的太阳能槽式聚光器及控制传动系统结构示意图；
图3是本发明的锅筒结构示意图，图3(a)是主视图，图3(b)是俯视图；
图4是本发明的热管式太阳能蒸发器结构示意图；
图5是本发明的接收器结构示意图；
图中：水泵1、第一支架2、锅筒3、金属软管4、热管式太阳能蒸发器5、水桶6、冷凝器7、控制阀8、单向阀9、液压驱动装置10、传动连杆11、转轴12、镜面固定支架13、玻璃反光镜面14、集热管固定支架15、放气阀16、弹簧式安全阀17、单向阀18、压力表19、温度表20、汽液分离器21、玻璃板水位表22、第一法兰23、第二支架24、排污阀25、金属盘管26、第二法兰27、集热管28、绝热固定连接件29、金属连通管30、波纹管31、玻璃管32、带吸热涂层的不锈钢管33、抽气口34。
具体实施方式
如图1所示，汽液两相分离型重力热管太阳能锅炉包括水泵1、第一支架2、锅筒3、金属软管4、热管式太阳能蒸发器5、水桶6、冷凝器7、控制阀8、单向阀9、太阳能聚光器、，第一支架2上端设有锅筒3，锅筒3通过金属软管4与热管式太阳能蒸发器5相连接，锅筒3通过单向阀9，经控制阀8与冷凝器7相连接，水桶6内设有冷凝器7，水泵1与锅筒3相连接，在热管式太阳能蒸发器5相对应处设有太阳能聚光器。
如图2所示，太阳能聚光器包括液压驱动装置10、传动连杆11、转轴12、镜面固定支架13、玻璃反光镜面14、集热管固定支架15，液压驱动装置10通过传动连杆11与镜面固定支架13相连接，并驱动镜面固定支架13绕转轴12转动，镜面固定支架13上贴有玻璃反光镜面14聚焦太阳光到热管式太阳能蒸发器5，热管式太阳能蒸发器5通过集热管固定支架15与镜面固定支架13相连接固定在玻璃反光镜面14上方。
如图3所示，锅筒包括放气阀16、弹簧式安全阀17、单向阀18、压力表19、温度表20、汽液分离器21、玻璃板水位表22、第一法兰23、第二支架24。
如图4所示，热管式太阳能蒸发器包括第二法兰27、两集热管28、绝热固定件29、金属连接管30，一集热管28一端通过第二法兰27和金属软管4与锅筒3中的金属盘管26的一端相连接，一集热管28的另一端通过绝热固定连接件29与另一集热管28的一端连接，另一集热管28的另一端通过第二法兰27、金属连接管30和金属软管4与锅筒3中的金属盘管26另一端相连接。
如图5所示，集热管包括波纹管31、玻璃管32、带吸热涂层的不锈钢管33、抽气口34，带吸热涂层的不锈钢管33的两端与两个波纹管31相连接，带吸热涂层的不锈钢管33的外面套有玻璃管32，玻璃管32上面设有抽气口34。
本发明的工作过程如下：
该系统的目的是使用汽液两相分离型重力热管作为传热元件，利用热管优良的传热特性，将从集热器收集到的太阳辐射能传递给锅筒内的水，将其加热成180℃左右的蒸汽，并且整个系统的太阳能利用效率能够达到40％以上。
整个系统包括太阳能聚光器、回路型重力热管、锅筒、支架。太阳能聚光器通常由反射器、集热管以及跟踪系统组成。回路型热管的冷凝段和蒸发段必须有一定的高度差。回路型热管利用集热管作为蒸发段。回路型热管的冷凝段设计为盘旋而下的螺旋状的盘管放入锅筒中。
本发明汽液两相分离型热管太阳能锅炉的热管为汽液两相分离型重力热管。热管是集热器集热和传热元件，通过一个很小的面积可以传递大量的热量。热管利用工质的蒸发段和冷凝段来传递热量。蒸发段放在热源如太阳下吸收热量，液相工作液体吸收汽化潜热而蒸发，热管的另一端是冷凝段由冷源进行冷却，如水箱中的水，工作液体放出汽化潜热。冷凝液依靠自身的重力返回到蒸发段，不需要外加动力而工质自行循环。重力热管的工作具有一定的方向性，蒸发段必须置于冷凝段的下方，这样才能使冷凝液依靠自身的重力得以返回到蒸发段。热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的，其具有很好的等温性，轴向温降很小；具有热二极管的性能，只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动。
本发明汽液两相分离型热管太阳能锅炉发生系统主要包括两个部分，一个是集热器，另一个是汽液两相分离型重力热管(包括锅筒)。所以传热过程也主要包括两个过程：集热器的传热过程和汽液两相分离型重力热管的传热过程。
接收器5(由热管蒸发段和玻璃真空管组成)吸收太阳能聚光器收集到的太阳能，同时以辐射和对流的方式向外界散失热量。接收器吸收到热量并通过回路型热管传递给锅筒3内的水，在这个过程中，有一部分热量在热管管路中被散失到环境中，还有一部分热量通过锅筒向外损失掉了。最后锅筒内的水得到的热量即为系统热量的净收益，这部分热量除以投射到太阳能聚光器上的总的太阳能就是系统的效率。
接收器的传热过程如下：
蒸发段(集热管)管外壁涂层接收太阳光辐射转变为热能，一部分通过辐射和对流换热的方式传递到玻璃管的内壁，再通过热传导到玻璃管外壁，最后以对流换热和辐射换热的形式散失到环境中。
热管蒸发段吸收的热量通过热管内的工质传递给热管的冷凝段——盘管，盘管再将热量传递给锅筒内的水，将其加热成饱和蒸汽。
汽液两相分离型热管的传热过程如下：
蒸发段(集热管)管外壁涂层接收太阳光辐射转变为热能，一部分以辐射换热和对流换热的形式散失到外界环境，另一部分通过热传导到蒸发段管内壁，传到管内壁的这部分热量通过沸腾换热传给蒸发段的工质，蒸发段的工质通过流动传热将热量传递到绝热段工质，绝热段工质的热量的一部分通过导热和对流散失到周围环境中，余下的那部分热量通过流动传热传递到冷凝段的工质，再通过凝结换热传递到盘管内壁，传递到盘管内壁的热量通过热传导传递到盘管外壁，再经过沸腾换热传递到锅筒内的工质，锅筒内工质上所得的热量有一部分经导热和对流换热散失到了环境中。
Claims (3)
1.一种汽液两相分离型重力热管太阳能锅炉，其特征在于包括水泵(1)、第一支架(2)、锅筒(3)、金属软管(4)、热管式太阳能蒸发器(5)、水桶(6)、冷凝器(7)、控制阀(8)、单向阀(9)、太阳能聚光器、，第一支架(2)上端设有锅筒(3)，锅筒(3)通过金属软管(4)与热管式太阳能蒸发器(5)相连接，锅筒(3)通过单向阀(9)，经控制阀(8)与冷凝器(7)相连接，水桶(6)内设有冷凝器(7)，水泵(1)与锅筒(3)相连接，在热管式太阳能蒸发器(5)相对应处设有太阳能聚光器，太阳能聚光器包括液压驱动装置(10)、传动连杆(11)、转轴(12)、镜面固定支架(13)、玻璃反光镜面(14)、集热管固定支架(15)，液压驱动装置(10)通过传动连杆(11)与镜面固定支架(13)相连接，并驱动镜面固定支架(13)绕转轴(12)转动，镜面固定支架(13)上贴有玻璃反光镜面(14)聚焦太阳光到热管式太阳能蒸发器(5)，热管式太阳能蒸发器(5)通过集热管固定支架(15)与镜面固定支架(13)相连接固定在玻璃反光镜面(14)上方。
2.根据权利要求1所述的一种汽液两相分离型重力热管太阳能锅炉，其特征在于所述的热管式太阳能蒸发器(5)包括第二法兰(27)、两集热管(28)、绝热固定件(29)、金属连接管(30)，一集热管(28)一端通过第二法兰(27)和金属软管(4)与锅筒(3)中的金属盘管(26)的一端相连接，一集热管(28)的另一端通过绝热固定连接件(29)与另一集热管(28)的一端连接，另一集热管(28)的另一端通过第二法兰(27)、金属连接管(30)和金属软管(4)与锅筒(3)中的金属盘管(26)另一端相连接。
3.根据权利要求2所述的一种汽液两相分离型重力热管太阳能锅炉，其特征在于所述的集热管(28)包括波纹管(31)、玻璃管(32)、带吸热涂层的不锈钢管(33)、抽气口(34)，带吸热涂层的不锈钢管(33)的两端与两个波纹管(31)相连接，带吸热涂层的不锈钢管(33)的外面套有玻璃管(32)，玻璃管(32)上面设有抽气口(34)。
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2008
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