CN103953909B - 一种分布式全天候太阳能蒸汽机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分布式全天候太阳能蒸汽机组，太阳能蒸汽机组由软水设备、循环泵、温控流量阀、太阳能真空管、U型管、U型管射流雾化连接装置、保温蓄热罐、辅助加热装置构成；本发明为分布式全天候太阳能蒸汽机组，通过辅助加热装置，可替换蒸汽锅炉，取消锅炉房和司炉工，改变锅炉集中供汽方式，终端即用即开。也可以用太阳能蒸汽驱动低沸点有机介质汽化膨胀，推动膨胀机输出机械能发电，同时利用有机介质降温产生热水，实现太阳能蒸汽高效热电联产，同时，本发明以普通太阳能真空管集热器为载体，开发出屋顶太阳能蒸汽能源，就地使用，放大节能效应，具有产品成熟，结构简单，操作方便，实用性强的特点。

Description

一种分布式全天候太阳能蒸汽机组

技术领域

本发明涉及一种分布式全天候太阳能蒸汽机组，属于太阳能蒸汽工业应用技术领域。

背景技术

目前，采用真空太阳能管利用太阳能源进行发电越来越受到更多的人注意，它的使用，一方面节约了能源，使能源所产生的热能得到最大化的利用，另一方面也可以充分利用太阳能这种清洁环保的能源。但是由于太阳能热传导过程中不可避免地存在较多的热损失，真空管集热温度不高，存在着热能利用率低，不能充分利用资源的缺点。

而现有的太阳能蒸汽装置，通常包括有软水装置、太阳能集热装置和蒸汽传输装置。此类结构中，水泵输入水量时缺乏控制，水量往往过大而造成吸热升温缓慢，热能吸收率低，汽液相变不充分，难以满足不同工业生产设备的蒸汽要求。

现有的蒸汽动力多采用燃煤锅炉提供，由于锅炉耗能大，污染重，热量损耗严重，与节能减排、绿色环保不相适应，如何向雾霾宣战，更加有效地使用太阳能快速产出蒸汽，如何使太阳能蒸汽取代燃煤锅炉，为工业生产提供蒸汽动力是我们目前急需解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种分布式全天候太阳能蒸汽机组，在水加热的过程中，根据太阳能真空管集热温度高低，控制输入水量多少，通过多级射流方式提高水流速度，进行雾化处理，使水雾在流动中吸收热量以后形成气体分子，串联运行的气体分子不断吸收真空管闷晒的高温热能，由原来的显热提升为潜热，快速形成高温蒸汽。本设备为安装于厂房车间屋面的分布式太阳能蒸汽装置，取消了锅炉房集中供气管道，就地直接使用，或存储在保温蓄热罐中，通过二次蒸汽射流进入辅助加热装置，即用即开，实现全天候低能耗提供蒸汽，从而节约了锅炉蒸汽长距离输送的损耗，杜绝了燃煤锅炉的污染、排放，为淘汰燃煤锅炉提供了替代方案，本发明具有产品成熟，结构简单，操作方便，实用性强的特点。

本发明采用的技术方案：太阳能蒸汽机组包括软水设备1、温控流量阀2、太阳能真空管3、U型管4、U型管射流雾化连接装置5、保温蓄热罐6、辅助加热装置7、截止阀9、循环泵10、流量阀11、二次蒸汽射流装置12、在线检测装置13和安全阀14；软水设备1通过循环泵10与U型管4的进水口相连，循环泵10和U型管4间设有温控流量阀2，U型管4由换热片固定安装在太阳能真空管3内，U型管4呈多级串联连接，相邻两组的U型管4连接处均设置有U型管射流雾化连接装置5，U型管射流雾化连接装置5的管道内径小于管道的外径，U型管4末端的出口通过在线检测装置13和截止阀9与保温蓄热罐6的进汽端连接，保温蓄热罐顶部设有安全阀14，保温蓄热罐6出口安装有流量阀11，通过二次蒸汽射流装置12与辅助加热装置7相连接，辅助加热装置7的蒸汽出口直接与负载设备8相连。

所述的U型管4的U型管射流雾化连接装置5包括进口螺管15、出口螺管16、固定管17和射流雾化管18，射流雾化管18内嵌于固定管15内腔中，进口螺管15和出口螺管16通过螺纹进行匹配连接将固定管封装在内腔，射流雾化管18为喇叭形管状结构，喇叭形管上设置有锥状小孔。

所述的温控流量阀2包括主阀体19、底座20、支架21、传动杆22、步进电机23、数据线24、数据处理转换器25、温度感应器26和上下限控制旋钮27，步进电机23通过底座20和支架21支撑，固定在主阀体19的上方，步进电机23通过传动杆22与主阀体19连接，温度感应器26设置在U型管4的进水端，步进电机23和温度感应器26通过数据线与数据处理转换器25相连，经过AD信号转换将温度信号转换为步进电机信号，从而控制阀门的流量。

所述的保温蓄热罐6为分体加热结构，与辅助加热装置7连接，当阴雨天或夜晚，太阳能蒸汽热能不足时，可利用电能，天然汽，油等辅助能源对保温蓄热罐6输出的蒸汽进行热量补偿，对水蒸汽的温度和压力随时进行加温调节，保证全天候供汽。

所述的辅助加热装置7通过流量阀11和二次蒸汽射流装置12与分别保温蓄热罐6和负载设备8连接。辅助加热装置7可以使用油、电、气加热，所述的电加热还可以使用电磁加热，电磁加热管装置为两个或两个以上串联连接。

所述的太阳能蒸汽机组可以通过互联网在线检测装置13，实现对设备的远距离监控管理。

所述的太阳能真空管3可为两个或两个以上并联结构。

所述的U型管4为两个或两个以上串联结构。

本发明的有益效果：本发明在水加热的过程中，根据真空管闷晒温度，控制输入U型管的水量，通过循环泵对水流加压，通过连接U型管的射流雾化连接器，提高水流速度，由喇叭口将水流打散形成水雾，通过固定U型管的换热片，吸收太阳能真空管闷晒热量，由显热提升为潜热，形成高温蒸汽。设备为安装在厂房屋面的分布式太阳能蒸汽机组，可以直接向负载设备提供太阳能蒸汽，或把太阳能蒸汽存储在蓄热罐中，通过二次蒸汽射流装置输入辅助加热装置，即用即开，低能耗实现全天候供汽。由于取消了锅炉房和司炉工，改变了锅炉集中供汽方式，节约了蒸汽管道输送的热损，为淘汰燃煤锅炉提供了一种可替代方案。也可以通过太阳能蒸汽驱动低沸点有机介质汽化膨胀，推动膨胀机输出机械能发电，同时利用有机介质汽化降温产生热水，实现太阳能蒸汽热电联产，具有产品成熟，结构简单，操作方便，实用性强的特点。

附图说明：

图1为本发明的结构图；

图2为本发明U型管射流雾化连接装置的结构图；

图3为本发明温控流量阀的结构图。

图中：1-软水设备、2-温控流量阀、3-太阳能真空管、4-U型管、5-U型管射流雾化连接装置、6-保温蓄热罐、7-辅助加热装置、8-负载设备、9-截止阀、10-循环泵、11-流量阀、12-二次蒸汽射流装置、13-在线检测装置、14-安全阀、15-进口螺管、16-出口螺管、17-固定管、18-射流雾化管、19-主阀体、20-底座、21-支架、22-传动杆、23-步进电机、24-数据线、25-数据处理转换器、26-温度感应器、27-上下限控制旋钮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明，以方便技术人员理解。

如图1所示：太阳能蒸汽机组包括软水设备1、温控流量阀2、太阳能真空管3、U型管4、U型管射流雾化连接装置5、保温蓄热罐6、辅助加热装置7、截止阀9、循环泵10、流量阀11、二次蒸汽射流装置12、在线检测装置13和安全阀14。

软水设备1将水进行软化处理后进入温控流量阀2，控制输入的水量，循环泵10与安装于太阳能真空管3内的U型管4进水口相连，通过温控流量阀2根据太阳能真空管3中的温度，调整输入U型管4的水流量，U型管4通过换热片，吸收太阳能真空管3中真空闷晒的高温热能，作为产生蒸汽的热源。

U型管4由换热片固定在太阳能真空管3内，U型管4呈多级串联连接，U型管4进口连接温控流量阀2，出口与保温蓄热罐6连接，U型管4之间的连接处均设置有U型管射流雾化连接装置5，U型管射流雾化连接装置5采用管道两端内径大于管道中间的内径的拉法尔管状结构，如图2所示，U型管射流雾化连接装置5包括进口螺管15、出口螺管16、固定管17和射流雾化管18，射流雾化管18内嵌于固定管17内腔中，进口螺管15和出口螺管16通过螺纹进行匹配连接将固定管封装在内腔，U型管射流雾化连接装置5结构简单，不用焊接，通过螺纹快速密封连接U型管4，同时利用循环泵10的水流高压快速射流，由喇叭口雾化，扩大水分子的吸热表面积，通过U型管4和U型管射流雾化连接装置5的多级设置，对水流进行多次射流雾化处理，使液体变为气体，在串联流动过程中快速吸收真空管闷晒热量，由显热变为潜热，形成高温蒸汽。

根据云南特种设备检测院对本发明420支蒸汽管组成的太阳能蒸汽机组检测报告：当太阳辐射功率1000w/㎡，水流量为130L/h，U型管4进水口软化水温度为25℃时，出口温度175℃，压力0.8MPa,热效率56.32%。

通过实验可知，太阳辐射能量1000w/㎡=1kJ/s·㎡，换热量0.5632kJ/s·㎡，换热水量0.57g/㎡/s，由25℃升至175℃吸收热能0.3591kJ，理论换热率63.8%；0.57g的水分子=0.032mol=0.032NA（NA—阿伏伽德罗常数）。水分子体积6.02×1023通过U型管射流雾化连接装置5多次射流雾化后为2.0×1022，表面积增加约30倍，密度由1kg/L下降为4.7g/L，体积膨胀约213倍，由液体变为气体，吸收大量热能后形成蒸汽。同时，由于出口的温度达到175℃，压力达到0.8MPa，从而可以替代蒸汽锅炉，就地为车间的负载设备8提供蒸汽动力，或存储于蓄热罐6中备用，蓄热罐6输出的热能通过二次射流装置12输入辅助加热装置7加温调压，低成本实现全天候供汽，为淘汰燃煤锅炉提供了可替代方案。

如图3所示，所述的温控流量阀2包括主阀体19、底座20、支架21、传动杆22、步进电机23、数据线24、数据处理转换器25、温度感应器26和上下限控制旋钮27，步进电机23通过底座20和支架21支撑，固定在主阀体19的上方，步进电机23通过传动杆22与主阀体19连接，温控流量阀2与U型管4连接，温度感应器26设置在太阳能真空管3的进水端，步进电机23和温度感应器26通过数据线与数据处理转换器25相连，经过AD信号转换将温度信号转换为步进电机信号，电机信号控制步进电机19的运动，从而带动传动杆18来控制阀门开启的大小。试验数据表明，当太阳能真空管3内的闷晒温度为240℃-300℃时，串联在太阳能真空管3的U型管4长度为100m时，输入水量控制在38ml/s-46ml/s左右,确保输入水量相变为蒸汽，同时，通过并联太阳能真空管3的数量，增加系统装置的蒸汽产出量。

所述的保温蓄热罐6与辅助加热装置7连接，当阴雨天或夜晚，太阳能蒸汽热能不足时，可利用电能，天然汽，油等辅助能源对保温蓄热罐6存储的蒸汽进行热量补偿，调节蒸汽的温度和压力，实现全天候供汽。

所述的U型管4末端的出口通过在线检测装置13和截止阀9与保温蓄热罐6的进汽端连接，保温蓄热罐顶部设有安全阀14，保温蓄热罐6出口安装有流量阀11，通过二次蒸汽射流装置12与辅助加热装置7相连接，辅助加热装置7的蒸汽出口直接与负载设备8相连,通过二次蒸汽射流进入辅助加热装置7，降低辅助加热装置7的能耗，即用即开，实现低成本使用蒸汽。

所述的辅助加热装7可以使用油、气、电加热，所述的电加热包括利用电磁管加热，电磁管温度为500℃时，蓄热罐6的饱和蒸汽通过流量阀11和二次蒸汽射流装置12输入时，加热为过热蒸汽，电磁加热管为两个或两个以上串联连接，满足不同工业设备的蒸汽要求。

所述的太阳能真空管3可为两个或两个以上并联结构，增加系统蒸汽的供应量。

所述的U型管4为两个或两个以上串联结构，实现多级射流雾化连接，快速吸收热能，确保蒸汽产出。

所述的太阳能蒸汽机组还可以通过无线传输设备13与控制设备相连，实现对设备的远距离监控管理。

本发明的具体实施例:

实施例1

太阳能蒸汽机组包括软水设备1、温控流量阀2、太阳能真空管3、U型管4、U型管射流雾化连接装置5、保温蓄热罐6、辅助加热装置7、截止阀9、循环泵10、流量阀11、二次蒸汽射流装置12、在线检测装置13和安全阀14；软水设备1通过循环泵10与U型管4的进水口相连，循环泵10和U型管4间设有温控流量阀2，U型管4由换热片固定安装在太阳能真空管3内，U型管4呈多级串联连接，U型管4的蒸汽出口上设置有在线检测装置13，相邻两组的U型管4连接处均设置有U型管射流雾化连接装置5，U型管射流雾化连接装置5的管道内径小于管道的外径，U型管4末端的出口通过在线检测装置13和截止阀9与保温蓄热罐6的进汽端连接，保温蓄热罐顶部设有安全阀14，保温蓄热罐6出口安装有流量阀11，通过二次蒸汽射流装置12与辅助加热装置7相连接，辅助加热装置7的蒸汽出口直接与负载设备8相连，开发屋顶蒸汽能源，成为车间级分布式太阳能蒸汽装置。

实施例2

在实施例1的基础上，作为优选，所述的U型管射流雾化连接装置5包括进口螺管15、出口螺管16、固定管17和射流雾化管18，射流雾化管18内嵌于固定管15内腔中，进口螺管15和出口螺管16通过螺纹进行匹配连接将固定管封装在内腔，射流雾化管18为喇叭形管状结构，喇叭形管上设置有锥状小孔，结构简单。水流受温控阀控制输入量，在水泵施压下，通过射流装置迅速提高流速，在喇叭口处散开形成水雾，扩大吸热的表面积，U型管4安装在每一组太阳能真空管3集热器的进口部位，将若干太阳能真空管3首尾串联为一条直流管，每支管内通过换热片，使U型管4内的水雾充分吸收太阳能真空管3约240℃-300℃的闷晒高温，在多次射流过程中，形成较大的吸热表面积，温度由进口时的显热逐步提高为出口时的潜热，低成本汽液相变为175℃，0.8MPa的高温汽体，一次性产出太阳能蒸汽。

实施例3

所述的温控流量阀2包括主阀体19、底座20、支架21、传动杆22、步进电机23、数据线24、数据处理转换器25、温度感应器26和上下限控制旋钮27，步进电机23通过底座20和支架21支撑，固定在主阀体19的上方，步进电机23通过传动杆22与主阀体19连接，温度感应器26设置在U型管4的进水端，步进电机23和温度感应器26通过数据线与数据处理转换器25相连，经过AD信号转换将温度信号转换为步进电机信号，电机信号控制步进电机19的运动，从而带动传动杆18来控制阀门的流量。

实施例4

在实施例1~4的基础上，作为优选，所述的太阳能蒸汽机组的保温蓄热罐6为一体混合加热结构或分体加热结构，与辅助加热装置13相连接。

实施例5

在实施例1~5的基础上，辅助加热装置7为油、电、气能源加热，电加热包括用电磁管加热到500℃，将蓄热罐提供的饱和水二次射流加热为过热蒸汽，所述的电磁加热管为两个或两个以上串联连接，满足不同工业设备的蒸汽要求。

实施例6

在实施例1~4的基础上，作为优选，所述的太阳能蒸汽机组的太阳能真空管3可为两个或两个以上并联结构。

实施例7

在实施例1~4的基础上，作为优选，所述的太阳能蒸汽机组的所述的U型管4为两个或两个以上串联结构。

实施例8

在前所有实施例的基础上，作为优选，本装置还可以通过在线检测装置7互联网传输设备与控制设备，实现对设备的远距离监控管理。

实施例9

在前所有实施例的基础上，本装置可以驱动低压汽轮机发电。

实施例10

在前所有实施例的基础上，本装置可以激活低沸点有机介质汽液相变，驱动膨胀机产生机械能发电，利用冷凝低沸点介质汽体产生热水，实现太阳能蒸汽热电联产。

本发明以普通太阳能真空管集热器为载体，开发出屋顶太阳能蒸汽能源，就地使用，放大了节能效应，具有产品成熟，结构简单，操作方便，实用性强的特点。

本发明通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明专利进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明专利权利要求范围内的全部实施方案。

Claims (5)

1.一种分布式全天候太阳能蒸汽机组，其特征在于：包括软水设备、温控流量阀、太阳能真空管、U型管、U型管射流雾化连接装置、保温蓄热罐、辅助加热装置、截止阀、循环泵、流量阀、二次蒸汽射流装置、在线检测装置和安全阀；软水设备通过循环泵与U型管的进水口相连，循环泵和U型管间设有温控流量阀，U型管由换热片固定安装在太阳能真空管内，U型管呈多级串联连接，相邻两组的U型管连接处均设置有U型管射流雾化连接装置，U型管射流雾化连接装置的管道内径小于管道的外径，U型管末端的出口通过在线检测装置和截止阀与保温蓄热罐的进汽端连接，保温蓄热罐顶部设有安全阀，保温蓄热罐出口安装有流量阀，通过二次蒸汽射流装置与辅助加热装置相连接，辅助加热装置的蒸汽出口直接与负载设备相连；U型管通过U型管射流雾化连接装置螺纹连接，U型管射流雾化连接装置包括进口螺管、出口螺管、固定管和射流雾化管，射流雾化管内嵌于固定管内腔，进口螺管和出口螺管通过螺纹进行匹配连接将固定管和射流雾化管封装在内腔中，U型管的射流雾化管为喇叭形管状结构，喇叭形管上设置有锥状小孔；所述的温控流量阀包括主阀体、底座、支架、传动杆、步进电机、数据线、数据处理转换器、温度感应器和上下限控制旋钮，步进电机通过底座和支架支撑，固定在主阀体的上方，步进电机通过传动杆与主阀体连接，温度感应器设置在太阳能真空管的进水端，步进电机和温度感应器通过数据线与数据处理转换器相连，经过AD信号转换将温度信号转换为步进电机信号，控制阀门的流量，上下限控制旋钮调节步进电机的最大运动幅度。

2.根据权利要求1所述的一种分布式全天候太阳能蒸汽机组，其特征在于：所述的辅助加热装置分别使用油、电、气加热，所述的电加热包括电磁加热，电磁加热管入口通过射流雾化装置连接，出口与负载设备连接，所述的电磁加热管为两个或两个以上串联连接。

3.根据权利要求1所述的一种分布式全天候太阳能蒸汽机组，其特征在于：所述的太阳能真空管可为两个或两个以上并联结构。

4.根据权利要求1所述的一种分布式全天候太阳能蒸汽机组，其特征在于：所述的U型管为两个或两个以上串联结构。

5.根据权利要求1所述的一种分布式全天候太阳能蒸汽机组，其特征在于：在线检测装置还可以通过互联网传输设备与监控设备，实现对太阳能蒸汽机组的远距离监控管理。