CN102872785A - 一种直通式太阳能集热高温反应器 - Google Patents

Abstract

一种直通式太阳能集热高温反应器，由槽式聚光镜面和直通式金属吸热体真空集热管组成，所述直通式金属吸热体真空集热管包括玻璃管、金属吸热管和金属玻璃封接口，玻璃管、金属吸热管和金属玻璃封接口之间为真空腔，所述金属吸热管的两端设有管板，金属吸热管内设有若干和金属吸热管延伸方向一致的反应细管，所述管板上设有反应细管孔，金属吸热管、管板和反应细管构成的腔体内用高温熔盐填充。本发明目的在于提供一种结构简单、集热效果好、直接利用太阳能供热的高温或高压反应器，实现反应无需外加电源和其它方式供热。

Description

一种直通式太阳能集热高温反应器

技术领域

 本发明涉及一种反应器，特别是一种通过镜面聚光提供高温、可耐高压的反应器，属于太阳能高温利用装置领域。

 

背景技术

能源危机、环境保护是当今世界关注的热点问题。联合国环境规划署的资料表明，目前矿物燃料提供了世界商业能源的95%，且在其使用范围内以每年20%的速度增长。然而，正是这些燃料的燃烧构成温室气体的最大排放源。按照可持续发展的的目标模式，决不能单靠消耗矿物燃料来维持日益增长的能源需求。因此越来越多的国家都致力于可再生能源的深度开发和广泛利用，其中太阳能的开发前景十分广阔。

太阳能是一种蕴藏量巨大、来源广泛、无污染、廉价的自然能源，开发利用太阳能代替传统的化石能源是实现可持续发展的有效途径。太阳能可以转换为热能、电能和化学能，目前对太阳能的开发利用研究主要包括：太阳能光热转化技术及材料，太阳能光电转化技术及材料，太阳能中低温利用利用技术（制冷空调技术、太阳能干燥技术、太阳能海水淡化技术），太阳能储能技术及材料，太阳能光谱选择性吸收材料等。

太阳能高温利用目前集中在太阳能高温发电领域，主要有槽式、碟式和塔式三种。槽式集热器中直通式金属吸热体真空集热管是太阳能热发电领域应用最多的，由吸热管和玻璃管两部分组成，吸热管的表面有高温选择性吸收涂层，传热介质由吸热管的一端流入，经太阳辐射加热后，从另一端流出，故称为直通式。金属吸热管和玻璃管之间须借助波纹管过渡，以补偿金属吸热管的热胀冷缩。这种集热管的最大特点是运行温度高，将真空集热管与聚光反射板结合组成聚焦型太阳能集热器，可达到300~400℃的高温。在承压方面，不但可以承受自来水或循环泵的压力，还可以用于产生MPa级压力的热水甚至高压蒸汽。

然而，直通式金属吸热体真空集热管的应用仍存在瓶颈问题：钢管表面太阳选择性吸收膜层的涂镀和钢管与玻璃之间的封接。由于集热管需要长期（10年以上）经受高温（400℃左右）蒸汽的侵蚀，即使选用性能优异的钢材，金属吸热体的厚度也会达到16mm，从而使金属吸热体真空管会很笨重，吸收涂层上的热量在传递到内管中流体的过程中会遇到很大的热阻，严重影响光热转换效率。

本发明设计一种直接利用太阳能供热的高温（高压）反应器，通过集热器集热产生高温，为各种高温过程提供热量。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、集热效果好、直接利用太阳能供热的高温（高压）反应器，实现反应无需外加电源和其他方式供热。本发明可以利用太阳能产生高温蒸汽用来发电，也可作为太阳能供能的高温高压反应器。

一种直通式太阳能集热高温反应器，由槽式聚光镜面和直通式金属吸热体真空集热管组成，所述直通式金属吸热体真空集热管包括玻璃管、金属吸热管和金属玻璃封接口，玻璃管、金属吸热管和金属玻璃封接口之间为真空腔，所述金属吸热管的两端设有管板，金属吸热管内设有若干和金属吸热管延伸方向一致的反应细管，所述管板上设有反应细管孔，金属吸热管、管板和反应细管构成的腔体内用高温熔盐填充。

作为本发明的进一步改进，所述管板的外侧设有管箱，管箱的管口端和管板连接，箱盖设有开口。

作为本发明的进一步改进，所述玻璃管上镀有增透膜，用于提高光的透过率。

作为本发明的进一步改进，所述玻璃管迎光面的内壁设有弧形聚光反射体，用收集没有射到金属吸热管的光线，再反射到金属吸热管上。

作为本发明的进一步改进，所述金属玻璃封接口通过金属膨胀节和玻璃管连接。

本发明的有益效果在于：

1.金属吸热管不需要承受高压（如作为蒸汽发生器时，370℃的高温蒸汽的压力高达21.03MPa），只需承受高温，因此壁厚可以降低很多，管壁热阻也会相应减少，有利于光热效率的提高。

2. 反应细管可以增大流体的受热面积，相同流量下反应细管内的流体更易达到湍流状态，反应器的传热系数更大。

3. 高温熔盐作为金属吸热管和反应细管之间的填充介质，具有热传导和蓄热的双重作用。高温熔盐配合反应细管增加了冷热介质的换热面积，作为蓄热介质它可以在短时间内的太阳辐照减弱时保持反应器的温度稳定，降低反应器内温度的波动性。

4. 反应细管可以承受高温高压，因此可以细管内直接进行反应，而无需将集热器收集的高品质热能传输出去而在另外的反应器中进行反应，提高了光热利用效率，简化了反应系统结构。

本发明具有集热温度高、集热效率高的优点，适用于高温蒸汽发电和各种需在高温高压条件下生的反应。

 

附图说明

图1是本发明的全剖视图；

图2是本发明的A向剖视图；

图3是本发明中管箱全剖图；

图4是本发明实施例的结构示意图；

1—流体出口；2—管箱；3—管板；4—金属膨胀节；5—金属玻璃封接口；6—增透膜；7—玻璃管；8—弧形聚光反射体；9—吸收涂层；10—金属吸热管；11—高温熔盐；12—反应细管；13—流体入口；14—螺栓连接；15—槽式聚光镜面，16—直通式金属吸热体真空集热管，17—管口端，18—箱盖，19—反应细管孔。

具体实施方式

如图1、图2和图4所示，一种直通式太阳能集热高温反应器100，由槽式聚光镜面15和直通式金属吸热体真空集热管16组成，直通式金属吸热体真空集热管16包括玻璃管7、金属吸热管10和金属玻璃封接口15，金属玻璃封接口15通过金属膨胀节4和玻璃管3连接，玻璃管7、金属吸热管10和金属玻璃封接口15之间为真空腔，金属吸热管10的两端设有管板3，金属吸热管10内设有若干和金属吸热管延伸方向一致的反应细管12，管板3上设有，金属吸热管10、管板3和反应细管19构成的腔体内用高温熔盐11填充。

如图2所示，玻璃管7上镀有增透膜6，用于提高光的透过率。玻璃管7内侧的迎光面设置弧形聚光反射体8，将没有投射到金属吸热管10上的光线反射到金属吸热管10上。玻璃管7和金属吸热管10之间通过金属玻璃封接口5连接，玻璃管7和金属吸热管10之间是真空腔，用于减少热损失。反应细管12按一定规律排布在管板3上。金属吸热管10的两端由管板3封口。金属吸热管10、管板3和反应细管12构成的腔体内用高温熔盐11填充，用于传热和蓄热。管箱2通过螺栓14和管板3固定，管箱2的作用在于均匀分布进入反应细管12的流体。

太阳光经过槽式聚光镜面15透过玻璃管7，投射到金属吸热管10上（会有一部分光线射到弧形聚光反射体8上，再反射到金属吸热管10），金属吸热管10外表面的吸收涂层9吸收太阳光，并将热量传递给高温熔盐11，高温熔盐11融化，再将热量传递给反应细管12并加热管内流体。

如图2和图3所示，管板3的外侧设有管箱2，管箱的管口端17和管板3连接，一端的箱盖18上设有入口13，另一端的箱盖18上设有出口1。流体从入口13进入管箱2，在管箱2中均匀分布进入反应细管12内被加热至高温。例如：用作蒸汽发生器时，水在反应细管12被加热气化成为高温高压蒸汽，从另一端的出口1流出，进入后续发电系统；用作高温高压反应器时，在进入反应器前将流体加压至设定的压力，进入反应细管12内被加热到反应温度时，即可开始反应，反应完成后从出口1流出。对于其他类似的高温反应，只需要控制流量，调节反应器内的温度使反应器的环境符合反应条件即可。

本发明中直通式太阳能集热高温反应器中的金属吸热内管10不需要承受高压，只需承受高温，因此壁厚可以降低很多，管壁热阻也会相应减少，有利于光热效率的提高；反应细管12可以增大流体的受热面积，相同流量下反应细管内的流体更易达到湍流状态，反应器的传热系数更大；高温熔盐11作为金属吸热内管10和反应细管12之间的填充介质，具有热传导和蓄热的双重作用。高温熔盐11配合反应细管12增加了冷热介质的换热面积，作为蓄热介质它可以在短时间内的太阳辐照减弱时保持反应器的温度稳定，降低反应器内温度的波动性；反应细管12可以承受高温高压，因此可以反应细管12内直接进行反应，而无需将集热器收集的高品质热能传输出去而在另外的反应器中进行反应，提高了光热利用效率，简化了反应系统结构。

Claims (5)

1.一种直通式太阳能集热高温反应器，由槽式聚光镜面和直通式金属吸热体真空集热管组成，所述直通式金属吸热体真空集热管包括玻璃管、金属吸热管和金属玻璃封接口，玻璃管、金属吸热管和金属玻璃封接口之间为真空腔，其特征是，所述金属吸热管的两端设有管板，金属吸热管内设有若干和金属吸热管延伸方向一致的反应细管，所述管板上设有反应细管孔，金属吸热管、管板和反应细管构成的腔体内用高温熔盐填充。

2.根据权利要求1所述的直通式太阳能集热高温反应器，其特征是，所述管板的外侧设有管箱，管箱的管口端和管板连接，箱盖设有开口。

3.根据权利要求1所述的直通式太阳能集热高温反应器，其特征是，所述玻璃管上镀有增透膜。

4.根据权利要求1所述的直通式太阳能集热高温反应器，其特征是，所述玻璃管迎光面的内壁设有弧形聚光反射体。

5.根据权利要求1所述的直通式太阳能集热高温反应器，其特征是，所述金属玻璃封接口通过金属膨胀节和玻璃管连接。

Images