CN103062914A - 使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能技术领域，涉及一种使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器，槽式抛物面反光镜水平置于机架的横梁上，集热器的3～20个真空集热管中，每个真空集热管内配置2个加热段相对的振荡流热管，真空集热管的两端分别在两个相邻的集热箱的真空集热管安装孔中与两个集热箱密封固接，振荡流热管冷却段插入集热箱并且浸泡在传热介质中，集热箱置于机架的顶部，内置振荡流热管的真空集热管设置在槽式抛物面反光镜的抛物面焦线上。本发明将振荡流热管卓越的导热性能与真空集热管的真空隔热性能有效结合，传热介质由集热箱内的振荡流热管冷却段加热，具有集热效率高和热损失小的优点，适用于规模化槽式热发电电站的集热系统。

Description

使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，特别涉及一种使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器。

背景技术

太阳能热发电是一种解决未来电力需求的重要途径，当前太阳能热发电基本有四种：槽式、塔式、碟式、线性菲涅尔式。其中以槽式太阳能热发电技术最为成熟，并且已经有数十年商业化运行的验证。基于太阳能热发电技术的发展及世界能源需求角度，槽式热发电技术的发展不但能够一定程度解决世界能源短缺问题，还能促进节能减排。

槽式太阳能集热器是槽式太阳能热发电系统的核心部件，其成本占槽式太阳能热发电系统总成本的40％以上。因此提高槽式太阳能集热器的集热性能是提高槽式太阳能热发电站的发电效率、降低发电成本的关键。振荡流热管作为一种高效传热元件，具有启动迅速、可以随意弯曲、温度范围广、可以采用不同的加热方式和加热位置等优点。由于其卓越的导热性能，学术界对其研究已不仅仅是停留在理论实验研究阶段，许多研究人员已经开始关注振荡流热管实用技术的开发，已有相当多的振荡流热管产品从实验室走出来，在工程实际上得到应用。有研究表明对于内径为0.5 mm的振荡流热管，其传热能力几乎比相同截面的传统热管大20倍，因此将导热性能卓越的振荡流热管运用到槽式太阳能热发电集热器，将提高集热器的集热效率、减小热损失和扩展传热介质工作范围，对槽式热发电系统集热技术具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的在于解决背景技术中所述的将振荡流热管运用到槽式太阳能热发电集热器，提高集热器的集热效率、减小热损失传和扩展传热介质工作范围的问题，提供一种使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器主要由真空集热管5、振荡流热管8、集热箱Ⅰ1、 集热箱Ⅱ2、槽式抛物面反光镜4和支架3组成，支架3中的立柱301在同一条直线上，横梁302水平固接在竖直的立柱301的中部，集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2均为卧式的圆柱形结构，在集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的顶部均设置集热箱出口11，在集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的底部均设置集热箱进口10，集热箱Ⅰ1的一个侧面上有圆形的真空集热管安装孔，另一个侧面封闭，集热箱Ⅱ2的两个侧面上的圆形的真空集热管安装孔互相同轴，槽式抛物面反光镜4的抛物面反射面向上，槽式抛物面反光镜4固接在支架3的横梁302上，左右两个集热箱Ⅰ1分别由集热器的左右两端的立柱301支承，两个集热箱Ⅰ1的真空集热管安装孔相对，每个集热箱Ⅱ2都由两个立柱301支承，集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔均同轴设置，集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔的轴线与槽式抛物面反光镜4抛物面的焦线重合；

使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器中有N个圆柱形的真空集热管5，N为3～20的正整数，第一个真空集热管5的两端分别在左端的集热箱Ⅰ1的真空集热管安装孔和第一个集热箱Ⅱ2左侧的真空集热管安装孔中并且与所述的集热箱Ⅰ1和所述的集热箱Ⅱ2密封固接，第N个真空集热管5的两端分别在右端的集热箱Ⅰ1的真空集热管安装孔和第N-1个集热箱Ⅱ2右侧的真空集热管安装孔中并且与所述的集热箱Ⅰ1和所述的集热箱Ⅱ2密封固接，其余的真空集热管5的两端分别在两个相邻的集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔中并且与所述的两个相邻的集热箱Ⅱ2密封固接；

所述振荡流热管8上垂直密封固接1个密封件Ⅰ6和1个密封件Ⅱ7，密封件Ⅰ6和密封件Ⅱ7将振荡流热管8分成振荡流热管加热段801、振荡流热管冷却段802和振荡流热管绝热段803，密封件Ⅰ6以外的为振荡流热管加热段801，密封件Ⅱ7以外的为振荡流热管冷却段802，密封件Ⅰ6和密封件Ⅱ7之间为振荡流热管绝热段803，振荡流热管8内封装与管材相容的工质；

每个真空集热管5配置2个振荡流热管8，真空集热管5中2个振荡流热管8的振荡流热管加热段801相对，振荡流热管8由支撑片9支撑不与真空集热管5接触，振荡流热管加热段801置于真空集热管5中并且由密封件Ⅰ6将真空集热管5的一端密封，真空集热管5的两端由密封件Ⅰ6密封后，真空集热管5的腔体内抽成真空，振荡流热管冷却段802插入集热箱Ⅰ1或集热箱Ⅱ2中并且由密封件Ⅱ7在集热箱Ⅰ1或集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔中将集热箱Ⅰ1或集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔封闭，集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2中的传热介质从集热箱进口10进入，从集热箱出口11流出，振荡流热管冷却段802浸泡在传热介质中；

所述集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2中的传热介质为水、导热油或熔融盐；

所述振荡流热管8为单支回路型柱形结构的振荡流热管，振荡流热管材料为不锈钢；

所述振荡流热管8内部封装的与管材相容的工质为导热油、苯或钾；

所述振荡流热管弯头数不少于12个；

所述密封件Ⅰ6和密封件Ⅱ7的材料为铜或不锈钢，密封件Ⅰ6与真空集热管通过热压封技术封接，密封件Ⅰ6的作用在于保障真空集热管的腔体内的真空度；密封件Ⅱ7的作用在于保障流经集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的传热介质不泄漏；

所述真空集热管5的腔体内抽成真空的真空度为10^-2Pa或10^-3 Pa数量级。

本发明的工作原理是：内置振荡流热管8的真空集热管5设置在槽式抛物面反光镜4的抛物面焦线上，太阳光照射到槽式太阳能热发电集热器的槽式抛物面反光镜4上后被反射、汇聚到真空集热管5，透过真空集热管5的玻璃套管太阳能被选择性吸收涂层吸收；选择性涂层将热量传递给振荡流热管加热段801，振荡流热管加热段801内的工质被加热，工质产生的汽泡或汽柱与管壁之间的液膜因受热而不断蒸发，导致汽泡膨胀，并推动汽液柱塞流向冷端冷凝收缩，从而在冷、热端之间形成较大的压差。由于汽液柱塞交错分布，因而在管内产生强烈的往复振荡运动，从而将热量传递到振荡流热管冷却段802，实现高效热传递；传热介质从集热箱进口10流进，流经振荡流热管冷却段802，被振荡流热管冷却段802加热，然后从集热箱出口11流出，将集热器从太阳光获取的热量带走。

槽式太阳能热发电系统的传热介质要加热到300～400℃，本发明使用的真空集热管为具有良好的耐高温能力的高温真空集热管，采用高温选择性吸收涂层技术、金属管表面磁控溅射镀膜技术和熔封技术工艺生产。依据槽式热发电系统的传热介质工作温度范围，振荡流热管为中温热流管，振荡流热管材料需具有耐高温，与工质相容等特性。

本发明的有益效果为，本发明通过振荡流热管卓越的导热性能与真空集热管的真空隔热性能有效结合，槽式太阳能热发电所用的传热介质不流经真空集热管，而是由集热箱内的振荡流热管冷却段加热。这种加热方式具有集热效率高、热损失小及承压性能好等优点。本发明可根据槽式热发电装机容量的多少来选择槽式太阳能热发电集热场的大小，从而根据集热器反光镜的数量决定本发明所述的振荡流热管的数量。本发明实现了将振荡流热管串接使用的规模化应用。

附图说明

图1为使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器实施例总装置示意图；

图2为使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器主视图；

图3为使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器俯视图；

图4为使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器侧视图；

图5为机架示意图；

图6为运用于使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器的柱形振荡流热管结构主视图；

图7为运用于使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器的柱形振荡流热管结构侧视图；

图8为柱形振荡流热管与集热箱连接处的局部放大示意图；

图9为使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器中两个相邻的集热箱Ⅱ之间的放大示意图。

图中：1--集热箱Ⅰ，2--集热箱Ⅱ，3--支架，301--立柱，302--横梁，4--槽式抛物面反光镜，5--真空集热管，6--密封件Ⅰ，7--密封件Ⅱ，8--振荡流热管，801--振荡流热管加热段，802--振荡流热管冷却段，803--振荡流热管绝热段，9--支撑片，10--集热箱进口，11--集热箱出口。

具体实施方式

下面结合附图及具体实例对本发明作进一步说明。

图1为使用6个振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器实施例总装置示意图。图2、图3和图4分别为使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器的主视图、俯视图和侧视图。使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器主要由真空集热管5、振荡流热管8、集热箱Ⅰ1、 集热箱Ⅱ2、槽式抛物面反光镜4和支架3组成。如图5所示的机架3中的立柱301在同一条直线上，横梁302水平固接在竖直的立柱301的中部。

集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2均为卧式的圆柱形结构，在集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的顶部均设置集热箱出口11，在集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的底部均设置集热箱进口10，集热箱Ⅰ1的一个侧面上有圆形的真空集热管安装孔，另一个侧面封闭，集热箱Ⅱ2的两个侧面上的圆形的真空集热管安装孔互相同轴，槽式抛物面反光镜4的抛物面反射面向上，槽式抛物面反光镜4固接在支架3的横梁302上，左右两个集热箱Ⅰ1分别由集热器的左右两端的立柱301支承，两个集热箱Ⅰ1的真空集热管安装孔相对，每个集热箱Ⅱ2都由两个立柱301支承，集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔均同轴设置，集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔的轴线与槽式抛物面反光镜4抛物面的焦线重合。

使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器中有3个圆柱形的真空集热管5，第一个真空集热管5的两端分别在左端的集热箱Ⅰ1的真空集热管安装孔和第一个集热箱Ⅱ2左侧的真空集热管安装孔中并且与左端的集热箱Ⅰ1和第一个集热箱Ⅱ2密封固接，第三个真空集热管5的两端分别在右端的集热箱Ⅰ1的真空集热管安装孔和第二个集热箱Ⅱ2右侧的真空集热管安装孔中并且与右端的集热箱Ⅰ1和第二个集热箱Ⅱ2密封固接，第二个真空集热管5的两端分别在第一个集热箱Ⅱ2右侧和第二个集热箱Ⅱ2左侧的真空集热管安装孔中并且与这两个集热箱Ⅱ2密封固接。

运用于使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器的柱形振荡流热管结构如图6和图7所示。振荡流热管8上，垂直密封固接1个密封件Ⅰ6和1个密封件Ⅱ7，密封件Ⅰ6和密封件Ⅱ7将振荡流热管8分成振荡流热管加热段801、振荡流热管冷却段802和振荡流热管绝热段803，密封件Ⅰ6以外的为振荡流热管加热段801，密封件Ⅱ7以外的为振荡流热管冷却段802，密封件Ⅰ6和密封件Ⅱ7之间为振荡流热管绝热段803，密封件Ⅰ6和密封件Ⅱ7的材料为铜或不锈钢。振荡流热管8为单支回路型柱形结构的振荡流热管，弯头数为12个，加热段和绝热段总长度为2000mm，其中绝热段为50～80mm，冷却段长度为400mm，材料为不锈钢。振荡流热管在灌注工质前先对其抽成真空，真空度为10^-2或10^-3 Pa数量级，然后在管内封装与管材相容的工质汞、苯或钾，管内工质封装量约50%。

如图8和图9所示，每个真空集热管5配置2个振荡流热管8，真空集热管5中2个振荡流热管8的振荡流热管加热段801相对，振荡流热管8由支撑片9支撑不与真空集热管5接触，振荡流热管加热段801置于真空集热管5中并且由密封件Ⅰ6将真空集热管5的一端密封，为了减少空气的热阻，更利于振荡流热管加热段801吸收的热量通过振荡流热管传递到冷却段802，真空集热管5的两端由密封件Ⅰ6密封后，真空集热管5的腔体内抽成真空。振荡流热管冷却段802插入集热箱Ⅰ1或集热箱Ⅱ2中并且由密封件Ⅱ7在集热箱Ⅰ1或集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔中将集热箱Ⅰ1或集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔封闭，集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2中的传热介质从集热箱进口10进入，从集热箱出口11流出，振荡流热管冷却段802浸泡在传热介质中，传热介质为导热油。

本发明适用于规模化槽式热发电电站的集热系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器，其特征在于，使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器主要由真空集热管（5）、振荡流热管（8）、集热箱Ⅰ（1）、 集热箱Ⅱ（2）、槽式抛物面反光镜（4）和支架（3）组成，支架（3）中的立柱（301）在同一条直线上，横梁（302）水平固接在竖直的立柱（301）的中部，集热箱Ⅰ（1）和集热箱Ⅱ（2）均为卧式的圆柱形结构，在集热箱Ⅰ（1）和集热箱Ⅱ（2）的顶部均设置集热箱出口（11），在集热箱Ⅰ（1）和集热箱Ⅱ（2）的底部均设置集热箱进口（10），集热箱Ⅰ（1）的一个侧面上有圆形的真空集热管安装孔，另一个侧面封闭，集热箱Ⅱ（2）的两个侧面上的圆形的真空集热管安装孔互相同轴，槽式抛物面反光镜（4）的抛物面反射面向上，槽式抛物面反光镜（4）固接在支架（3）的横梁（302）上，左右两个集热箱Ⅰ（1）分别由集热器的左右两端的立柱（301）支承，两个集热箱Ⅰ（1）的真空集热管安装孔相对，每个集热箱Ⅱ（2）都由两个立柱（301）支承，集热箱Ⅰ（1）和集热箱Ⅱ（2）的真空集热管安装孔均同轴设置，集热箱Ⅰ（1）和集热箱Ⅱ（2）的真空集热管安装孔的轴线与槽式抛物面反光镜（4）抛物面的焦线重合；

使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器中有N个圆柱形的真空集热管（5），N为3～20的正整数，第一个真空集热管（5）的两端分别在左端的集热箱Ⅰ（1）的真空集热管安装孔和第一个集热箱Ⅱ（2）左侧的真空集热管安装孔中并且与所述的集热箱Ⅰ（1）和所述的集热箱Ⅱ（2）密封固接，第N个真空集热管（5）的两端分别在右端的集热箱Ⅰ（1）的真空集热管安装孔和第N-1个集热箱Ⅱ（2）右侧的真空集热管安装孔中并且与所述的集热箱Ⅰ（1）和所述的集热箱Ⅱ（2）密封固接，其余的真空集热管（5）的两端分别在两个相邻的集热箱Ⅱ（2）的真空集热管安装孔中并且与所述的两个相邻的集热箱Ⅱ（2）密封固接；

所述振荡流热管（8）上垂直密封固接1个密封件Ⅰ（6）和1个密封件Ⅱ（7），密封件Ⅰ（6）和密封件Ⅱ（7）将振荡流热管（8）分成振荡流热管加热段（801）、振荡流热管冷却段（802）和振荡流热管绝热段（803），密封件Ⅰ（6）以外的为振荡流热管加热段（801），密封件Ⅱ（7）以外的为振荡流热管冷却段（802），密封件Ⅰ（6）和密封件Ⅱ（7）之间为振荡流热管绝热段（803），振荡流热管（8）内封装与管材相容的工质；

每个真空集热管（5）配置2个振荡流热管（8），真空集热管（5）中2个振荡流热管（8）的振荡流热管加热段（801）相对，振荡流热管（8）由支撑片（9）支撑不与真空集热管（5）接触，振荡流热管加热段（801）置于真空集热管（5）中并且由密封件Ⅰ（6）将真空集热管（5）的一端密封，真空集热管（5）的两端由密封件Ⅰ（6）密封后，真空集热管（5）的腔体内抽成真空，振荡流热管冷却段（802）插入集热箱Ⅰ（1）或集热箱Ⅱ（2）中并且由密封件Ⅱ（7）在集热箱Ⅰ（1）或集热箱Ⅱ（2）的真空集热管安装孔中将集热箱Ⅰ（1）或集热箱Ⅱ（2）的真空集热管安装孔封闭，集热箱Ⅰ（1）和集热箱Ⅱ（2）中的传热介质从集热箱进口（10）进入，从集热箱出口（11）流出，振荡流热管冷却段（802）浸泡在传热介质中。

2.根据权利要求1所述的使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器，其特征在于，所述集热箱Ⅰ（1）和集热箱Ⅱ（2）中的传热介质为水、导热油或熔融盐。

3.根据权利要求1所述的使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器，其特征在于，所述振荡流热管（8）为单支回路型柱形结构的振荡流热管，振荡流热管材料为不锈钢。

4.根据权利要求1所述的使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器，其特征在于，所述振荡流热管（8）内部封装的与管材相容的工质为导热油、苯或钾。

5.根据权利要求1所述的使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器，其特征在于，所述振荡流热管弯头数不少于12个。

6.根据权利要求1所述的使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器，其特征在于，所述密封件Ⅰ（6）和密封件Ⅱ（7）的材料为铜或不锈钢。

7.根据权利要求1所述的使用振荡流热管的槽式太阳能热发电集热器，其特征在于，所述真空集热管（5）的腔体内抽成真空的真空度为10^- 2Pa或10^-3 Pa数量级。

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