CN103939873A - 基于菲涅耳聚光的平板自然循环太阳能中高温集热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于菲涅耳聚光的平板自然循环太阳能中高温集热装置。它包括蒸汽换热器、第一真空抽气阀、上升蒸汽主管、蒸汽支路管、蒸汽截止阀、第二真空抽气阀、菲涅耳二次反射平板聚光器、第一冷凝水截止阀、冷凝水支路管、聚光器支架、第三真空抽气阀、第二冷凝水截止阀、蒸汽换热器支架、主冷凝水管。本发明通过将平板太阳能与菲涅耳高倍聚光特点相结合，实现了同时满足高倍聚光产生中高温蒸汽和与建筑物相适应的要求，特别适合在经济发达对中高温蒸汽需求较大但土地资源成本较高的地区。本发明引入热管技术，提高了系统的换热效果，减少了高温泵等强制循环系统的动力部件，降低了系统的成本，提高了系统的稳定性。

Description

基于菲涅耳聚光的平板自然循环太阳能中高温集热装置

技术领域

本发明涉及太阳能热利用技术，尤其涉及一种基于菲涅耳聚光的平板自然循环太阳能中高温集热装置。 

背景技术

随着我国环保问题的日益突出，发展清洁可持续能源技术成为我国当前能源发展的重大战略举措。光热太阳能技术作为可持续能源发展战略中的核心内容之一，在国家的相关规划中有明确提及。平板太阳能热水技术目前已成功实现商业化，并在全球形成千亿级的产业链。然而，由于受到技术限制，传统平板太阳能热水技术产生的温度最高也只达到120℃左右，无法满足中高温蒸汽需求。此外，中高温蒸汽可广泛用于空调制冷、采暖、纺织、印染、造纸、食品加工、海水淡化等领域。因此，利用光热太阳能技术产生高温蒸汽替代传统中小工业锅炉，不仅具有很好的市场需求和前景，而且能够减小中小锅炉带来的环境问题。于此同时，高倍聚光技术（槽式，线性菲涅耳、塔式和碟式）为太阳能中高温技术提供了一种新的技术途径。其中，针对中高温蒸汽系统，中国专利2011 1 0004634.0和中国专利2009 1 0099363.4分别提出了利用槽式聚光产生中高温蒸汽的自然循环集热系统。然而，由于槽式系统相对比较笨重，风载也大，无法实现与建筑物融合，而且投资成本相对较高。因此，高倍聚光太阳能中高温集热系统在满足分布式供能特点、与建筑物相结合、降低系统投资成本方面还有进一步提升和优化的空间。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种基于菲涅耳聚光的平板自然循环太阳能中高温集热装置。 

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 

基于菲涅耳聚光的平板自然循环太阳能中高温集热装置包括蒸汽换热器、第一真空抽气阀、上升蒸汽主管、蒸汽支路管、蒸汽截止阀、第二真空抽气阀、菲涅耳二次反射平板聚光器、第一冷凝水截止阀、冷凝水支路管、聚光器支架、第三真空抽气阀、第二冷凝水截止阀、蒸汽换热器支架、主冷凝水管；菲涅耳二次反射平板聚光器包括二次反射镜、菲涅耳反射镜、集热管、保温层、聚光器外框架、基座冷凝水管道孔、聚光器基座、外框玻璃、支撑挡板、镜面转动轴，支撑挡板包括可拆装活动件、集热管安装孔、转动轴承孔，蒸汽换热器包括排汽口、排汽截止阀、补水口、补水截止阀、换热器外筒、冷凝换热管；集热管与蒸汽支路管、上升主蒸汽管、冷凝换热管、主冷凝水管和冷凝水支路管顺次连接构成封闭回路；上升主蒸汽管顶端装有第一真空抽气阀，蒸汽支路管与集热管之间依次装有蒸汽截止阀和第二真空抽气阀，冷凝水支路管和集热管之间装有第一冷凝水截止阀，冷凝水支路管和主冷凝水管之间依次装有第三真空抽气阀和第二冷凝水截止阀，菲涅耳二次反射平板聚光器安装在聚光器支架上，二次反射镜安装在聚光器外框架的两个顶角处，，聚光器基座上设有基座冷凝水管道孔，基座冷凝水管道孔周围填充有保温层，冷凝水支路管安装在基座冷凝水管道孔内，聚光器外框架与聚光器基座相连，聚光器外框架的左、右、上三面上安装有外框玻璃；聚光器外框架前后两面装有两支撑挡板，两支撑挡板上端两个顶角处分别设有集热管安装孔、可拆装活动件，支撑挡板的下端设有转动轴承孔，菲涅耳反射镜与镜面转动轴相连，镜面转动轴经转动轴承孔与支撑挡板相连，支撑挡板的前支撑挡板上集热管安装孔与转动轴承孔之间装有外框玻璃，冷凝换热管安装在蒸汽换热器的换热器外筒内，换热器外筒分别设有排汽口和补水口；排汽口上装有排汽截止阀，补水口上装有补水截止阀。

所述的聚光器外框架的截面为等腰梯形，每个聚光器外框架内安装的集热管数量为2个。所述的菲涅耳二次反射平板聚光器包括半圆和复合抛物面两种形式。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

1、本发明通过将平板太阳能与菲涅耳高倍聚光特点相结合，实现了同时满足高倍聚光产生中高温蒸汽和与建筑物相适应的要求，特别适合在经济发达对中高温蒸汽需求较大单土地资源成本较高的地区。

2、本发明将热管技术引入系统，提高了系统的换热效果，减少了高温泵等强制循环系统的动力部件，降低了系统的成本，提高了系统的稳定性。 

附图说明

图1是基于菲涅耳聚光的平板自然循环太阳能中高温集热装置结构示意图； 

图2 是本发明的菲涅耳二次反射平板聚光器的A-A截面图；

图3 是本发明的菲涅耳反射镜结构简图；

图4 是本发明的聚光器外框架结构简图；

图5 是本发明的支撑挡板结构简图；

图中：汽换热器1、排汽口2、排汽截止阀3、第一真空抽气阀4、上升蒸汽主管5、蒸汽支路管6、蒸汽截止阀7、第二真空抽气阀8、二次反射镜9、菲涅耳反射镜10、菲涅耳二次反射平板聚光器11、集热管 12、保温层13、聚光器外框架14、第一冷凝水截止阀15、冷凝水支路管16、基座冷凝水管道孔17、聚光器基座18、聚光器支架19、第三真空抽气阀20、第二冷凝水截止阀21、蒸汽换热器支架22、主冷凝水管23、补水口24、补水截止阀25、换热器外筒26、冷凝换热管27、外框玻璃28、支撑挡板29、可拆装活动件30、集热管安装孔31、转动轴承孔32、镜面转动轴33。

具体实施方式

如图1-图5所示，基于菲涅耳聚光的平板自然循环太阳能中高温集热装置包括蒸汽换热器1、第一真空抽气阀4、上升蒸汽主管5、蒸汽支路管6、蒸汽截止阀7、第二真空抽气阀8、菲涅耳二次反射平板聚光器11、第一冷凝水截止阀15、冷凝水支路管16、聚光器支架19、第三真空抽气阀20、第二冷凝水截止阀21、蒸汽换热器支架22、主冷凝水管23；菲涅耳二次反射平板聚光器11包括二次反射镜9、菲涅耳反射镜10、集热管12、保温层13、聚光器外框架14、基座冷凝水管道孔17、聚光器基座18、外框玻璃28、支撑挡板29、镜面转动轴33，支撑挡板29包括可拆装活动件30、集热管安装孔31、转动轴承孔32，蒸汽换热器1包括排汽口2、排汽截止阀3、补水口24、补水截止阀25、换热器外筒26、冷凝换热管27；集热管12与蒸汽支路管6、上升主蒸汽管5、冷凝换热管27、主冷凝水管23和冷凝水支路管16顺次连接构成封闭回路；上升主蒸汽管5顶端装有第一真空抽气阀4，蒸汽支路管6与集热管12之间依次装有蒸汽截止阀7和第二真空抽气阀8，冷凝水支路管16和集热管12之间装有第一冷凝水截止阀15，冷凝水支路管16和主冷凝水管23之间依次装有第三真空抽气阀20和第二冷凝水截止阀21，菲涅耳二次反射平板聚光器11安装在聚光器支架19上，二次反射镜9安装在聚光器外框架14的两个顶角处，聚光器基座18上设有基座冷凝水管道孔17，基座冷凝水管道孔17周围填充有保温层13，冷凝水支路管16安装在基座冷凝水管道孔17内，聚光器外框架14与聚光器基座18相连，聚光器外框架14的左、右、上三面上安装有外框玻璃28；聚光器外框架14前后两面装有两支撑挡板29，两支撑挡板29上端两个顶角处分别设有集热管安装孔31、可拆装活动件30，支撑挡板29的下端设有转动轴承孔32，菲涅耳反射镜10与镜面转动轴33相连，镜面转动轴33经转动轴承孔32与支撑挡板29相连，支撑挡板29的前支撑挡板上集热管安装孔31与转动轴承孔32之间装有外框玻璃28，冷凝换热管27 安装在蒸汽换热器1的换热器外筒26内，换热器外筒26分别设有排汽口2和补水口24；排汽口2上装有排汽截止阀3，补水口24上装有补水截止阀25。 

所述的聚光器外框架14的截面为等腰梯形，每个聚光器外框架14内安装的集热管12数量为2个。所述的菲涅耳二次反射平板聚光器11包括半圆和复合抛物面两种形式。 

本发明的工作过程如下：关闭蒸汽截止阀、第一冷凝水截止阀和第二冷凝水截止阀从第一真空抽气阀、第二真空抽气阀和第三真空抽气阀对系统热管回路进行分段抽真空，随后打开以上三个截止阀。入射太阳光透过外框玻璃照射到经菲涅耳反射镜上，菲涅耳反射镜通过跟踪太阳光角度，将入射太阳能有效地反射到二次反射镜并聚焦到集热管上，集热管吸收太阳能光加热管内工质，工质沸腾后，从集热管经蒸汽支路管汇合到上升主蒸汽管，然后流入冷凝换热管与换热器外筒内的水工质进行换热产生蒸汽。冷凝换热管内冷凝水经主冷凝水管后分配到冷凝水支路管流入集热管，构成了整个循环换热的回路。开始产生蒸汽后，根据太阳能强度和排汽量，从补水口适时补入等量冷水。 

本发明通过将平板太阳能与菲涅耳高倍聚光特点相结合很好地解决了与建筑物相适应的高倍聚光产生中高温蒸汽的太阳能系统需求，同时在聚光系统中引入自然循环替代强制循环；达到了降低系统成本，满足经济发达地区太阳能系统应用的土地资源制约问题，提高了系统的换热效果。 

Claims (3)

1.一种基于菲涅耳聚光的平板自然循环太阳能中高温集热装置，其特征在于包括蒸汽换热器(1)、第一真空抽气阀 (4)、上升蒸汽主管(5)、蒸汽支路管(6)、蒸汽截止阀(7)、第二真空抽气阀 (8)、菲涅耳二次反射平板聚光器(11)、第一冷凝水截止阀 (15)、冷凝水支路管(16)、聚光器支架(19)、第三真空抽气阀 (20)、第二冷凝水截止阀 (21)、蒸汽换热器支架(22)、主冷凝水管(23)；菲涅耳二次反射平板聚光器(11)包括二次反射镜(9)、菲涅耳反射镜(10)、集热管 (12)、保温层(13)、聚光器外框架(14)、基座冷凝水管道孔(17)、聚光器基座(18)、外框玻璃(28)、支撑挡板(29)、镜面转动轴(33)，支撑挡板(29)包括可拆装活动件(30)、集热管安装孔(31)、转动轴承孔(32)，蒸汽换热器(1)包括排汽口(2)、排汽截止阀(3)、补水口(24)、补水截止阀(25)、换热器外筒(26)、冷凝换热管(27)；集热管(12)与蒸汽支路管(6)、上升主蒸汽管(5)、冷凝换热管(27)、主冷凝水管(23)和冷凝水支路管(16)顺次连接构成封闭回路；上升主蒸汽管(5)顶端装有第一真空抽气阀 (4)，蒸汽支路管(6)与集热管(12)之间依次装有蒸汽截止阀(7)和第二真空抽气阀(8)，冷凝水支路管(16)和集热管(12)之间装有第一冷凝水截止阀 (15)，冷凝水支路管(16)和主冷凝水管(23)之间依次装有第三真空抽气阀 (20)和第二冷凝水截止阀 (21)，菲涅耳二次反射平板聚光器(11)安装在聚光器支架(19)上，二次反射镜(9)安装在聚光器外框架(14)的两个顶角处，聚光器基座(18)上设有基座冷凝水管道孔(17)，基座冷凝水管道孔(17)周围填充有保温层(13)，冷凝水支路管(16)安装在基座冷凝水管道孔(17)内，聚光器外框架(14)与聚光器基座(18)相连，聚光器外框架(14)的左、右、上三面上安装有外框玻璃(28)；聚光器外框架(14)前后两面装有两支撑挡板(29)，两支撑挡板(29)上端两个顶角处分别设有集热管安装孔(31)、可拆装活动件(30)，支撑挡板(29)的下端设有转动轴承孔(32)，菲涅耳反射镜(10)与镜面转动轴(33)相连，镜面转动轴(33)经转动轴承孔(32)与支撑挡板(29)相连，支撑挡板(29)的前支撑挡板上集热管安装孔(31)与转动轴承孔(32)之间装有外框玻璃(28)，冷凝换热管(27) 安装在蒸汽换热器(1)的换热器外筒(26)内，换热器外筒(26)分别设有排汽口(2)和补水口(24)；排汽口(2)上装有排汽截止阀(3)，补水口(24)上装有补水截止阀(25)。

2.根据权利要求1所述的一种基于菲涅耳聚光的平板自然循环太阳能中高温集热装置，其特征在于所述的聚光器外框架(14)的截面为等腰梯形，每个聚光器外框架(14)内安装的集热管(12)数量为2个。

3.根据权利要求1所述的一种基于菲涅耳聚光的平板自然循环太阳能中高温集热装置，其特征在于所述的菲涅耳二次反射平板聚光器(11)包括半圆和复合抛物面两种形式。