CN104048420A - 太阳能真空管型蒸汽集热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能真空管型蒸汽集热器，它包括外罩玻璃管和设置在外罩玻璃管内腔中的受热玻璃管，受热玻璃管与外罩玻璃管之间的区域为真空区域；受热玻璃管内沿轴线设有蒸汽发生单元，蒸汽发生单元包括水胆管和套装在水胆管内的汽胆管，水胆管的高度高于汽胆管，水胆管外壁通过金属翅片与受热玻璃管内壁连接，水胆管底部连通有进水管，汽胆管的上端开口，汽胆管的底部连通有出气管。本发明可持续稳定输出100℃-200℃饱和蒸汽，以填补当前市场上太阳能中温集热器产品的市场空白。

Description

太阳能真空管型蒸汽集热器
技术领域
本发明涉及太阳能光热利用领域，具体地指一种太阳能真空管型蒸汽集热器。
背景技术
当前，太阳能光热产品，一类是槽式、碟式、塔式等大抛物面聚光的高温光热产品，其介质温度通常高于200℃；另一类是以真空管集热器和平板集热器集热的低温光热产品，其介质温度通常低于80℃。
高温光热产品在结构上必须配备较大面积的聚光抛物面镜面、支撑镜面的大型钢架、太阳光自动跟踪装置及其驱动镜面钢架转动的执行机构、抛物镜面喷淋除尘装置、导热油或溶盐换热装置等，结构复杂，造价高昴，配套设施能耗较大，单项工程的初始投资巨大，并不具备在普通商业领域的应用价值。
低温光热产品由于受其结构和性能的限制，其集热器只能产生低于80℃的热水，且由于热水直接接触真空玻璃管壁或平板集热器换热材料，这类水质不适合直接饮用，主要用于洗浴或一些工业低温热水需求。
当前，市场上还出现一些带有曲面反射聚焦结构的外反射器太阳能集热产品样品，可以产生200℃以上的导热油或100℃以上的过热水，但由于在小型导热油集热系统中，难以保障解决导热油泄漏和污染问题。而过热水的系统中，由于要提高集热器的密封和承压性能，需要增加很大比例的产品成本，比如，采购玻璃——金属融封的真空管或热管型真空管等等。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种太阳能真空管型蒸汽集热器，可持续稳定输出100℃-200℃饱和蒸汽，以填补当前市场上太阳能中温集热器产品的市场空白。
本发明的技术方案为：一种太阳能真空管型蒸汽集热器，它包括外罩玻璃管和设置在外罩玻璃管内腔中的受热玻璃管，其特征在于：所述受热玻璃管上端封闭，所述受热玻璃管上端伸入到外罩玻璃管内腔中，所述受热玻璃管下端与外罩玻璃管底部密封连接，受热玻璃管与外罩玻璃管之间的区域为真空区域；所述受热玻璃管内沿轴线设有蒸汽发生单元，所述蒸汽发生单元包括水胆管和套装在水胆管内的汽胆管，所述水胆管的高度高于所述汽胆管，所述水胆管外壁通过金属翅片与所述受热玻璃管内壁连接，所述水胆管顶端封闭，水胆管底部连通有进水管，所述汽胆管的上端开口，所述汽胆管的底部连通有出气管。
上述方案中：
本发明的技术方案为：一种太阳能真空管型蒸汽集热器，它包括外罩玻璃管和设置在外罩玻璃管内腔中的受热玻璃管，其特征在于：所述受热玻璃管上端封闭，所述受热玻璃管上端伸入到外罩玻璃管内腔中，所述受热玻璃管下端与外罩玻璃管底部密封连接，受热玻璃管与外罩玻璃管之间的区域为真空区域；所述受热玻璃管内沿轴线设有蒸汽发生单元，所述蒸汽发生单元包括水胆管和套装在水胆管内的汽胆管，所述水胆管的高度高于所述汽胆管，所述水胆管外壁通过金属翅片与所述受热玻璃管内壁连接，所述水胆管顶端封闭，水胆管底部连通有进水管，所述汽胆管的顶端开口，所述汽胆管的底部连通有出气管。
上述方案中：
所述金属翅片外壁紧贴在所述受热玻璃管内壁，所述金属翅片内壁紧贴在所述水胆管外壁。
所述水胆管和汽胆管同轴设置，所述金属翅片为同心分离式等圆弧结构，各个圆弧结构的内径围成的圆周与水胆管外径相匹配。
所述各个圆弧结构截面外壁开设有一个缺口，所述缺口由金属翅片内壁向两边上方延伸翻边。
所述水胆管底部与进水管连通，所述汽胆管的底部与出气管连通，所述进水管位于出气管上方，所述汽胆管穿过进水管并与进水管焊接固定连接。
所述外罩玻璃管内壁镀有金属反光镀膜。
所述受热玻璃管通过设置在其外壁上的至少一个金属支架定位和支撑在外罩玻璃管内腔中。
所述受热玻璃管外层涂有选择性涂层。
当太阳照射到本案集热器时，实际集热器的受光面是外罩玻璃管最大截面积的C0S值：阳光照射下，除受热玻璃管直径投影面直接接受太阳光热外，在外罩玻璃管内壁涂覆的金属反光镀膜将接受的阳光又反射到受热玻璃管的表面。当受热玻璃管接受太阳光直接照射及金属反光镀膜的反射光的能量，并克服自身显热之后，将热量传导给紧贴于内腔的金属翅片，金属是非常好的传热导体，可以很高效地将接受的热量高效传递给水胆管，再由水胆管将接受的热量传递到管内的水中；整个集热器及管中水在持续受热状态下，除了克服各零部件自身显热和热辐射损失外，没有其他的热传导渠道，所以将系统组件和水胆管中的水温持续升高，直至将水加热到沸点，产生饱和蒸汽，饱和蒸汽通过汽胆管进入到出气管中，再由阀口向外界排放100℃-200℃的蒸汽。
本发明利用外罩玻璃管与受热玻璃管之间的真空区域具有的优良保温性能和金属翅片具有的优良导热性能，使本发明具有很高的热传导效率，以本蒸汽发生单元组成的太阳能全玻璃真空管型蒸汽集热器，在持续日照条件下，可以持续不断产生中温中压饱和蒸汽。
附图说明
图1为本发明的蒸汽发生单元结构示意图；
图2是图1的俯视示意图；
图3为本发明中的金属翅片结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的目的是在充分利用普通真空管具有的保温优势，并克服普通真空管受热体表面积大且高温热辐射损耗大等的劣势，发明独特的蒸汽发生单元结构，形成太阳能全玻璃真空管型蒸汽发生器，持续稳定输出100℃-200℃饱和蒸汽，填补当前市场上太阳能中温集热器产品的市场空白，具体为：
参考图1、图2，本实施例的太阳能真空管型蒸汽集热器，除了按普通集热器配置的支架、连箱、全玻璃真空管外，还包括若干个并联的蒸汽发生单元。
本实施例的太阳能真空管型蒸汽集热器包括外罩玻璃管1和设置在外罩玻璃管1内腔中的受热玻璃管2，受热玻璃管2上端封闭，受热玻璃管2上端伸入到外罩玻璃管1内腔中，受热玻璃管2下端与外罩玻璃管1底部密封连接，受热玻璃管2与外罩玻璃管1之间的区域为真空区域；受热玻璃管2内沿轴线设有蒸汽发生单元，蒸汽发生单元包括水胆管4和套装在水胆管4内的汽胆管5，水胆管4的高度高于汽胆管5，水胆管4外壁通过金属翅片3与受热玻璃管2内壁连接，水胆管4顶端封闭，水胆管4底部连通有进水管9，汽胆管5的上端开口，汽胆管5的底部连通有出气管10。
每个蒸汽发生单元从外到内分为四个层次：
最外一层为全玻璃真空管，它由外罩玻璃管1、受热玻璃管2组成，两层玻璃中间区域按国家标准要求抽成真空，形成真空区域8，外罩玻璃管1内壁镀有金属反光镀膜7，可将接受的阳光反射到受热玻璃管2的表面，受热玻璃管2外层涂有选择性涂层，能以很高的效率吸收太阳能各波段的热量，并以很低的发射率向外辐射红外线，从而以很高的热效率获取太阳能热量；受热玻璃管2通过设置在其外壁上的一个或两个金属支架6定位和支撑在外罩玻璃管1内腔中的制定位置上；
第二层为金属翅片3，参考图3，其为同心分离式等圆弧结构，各个圆弧结构的内径围成的圆周与水胆管4外径相匹配；并且金属翅片3的外壁紧贴在受热玻璃管2内壁，金属翅片3内壁紧贴在水胆管4外壁，各个圆弧结构外壁均设有一个缺口3.1，所述缺口3.1由金属翅片内壁向两边上方延伸翻边；通过这样的结构，可以使金属翅片3的外壁紧贴于受热玻璃管2的内壁，而金属翅片3的内壁紧贴水胆管4的外壁上，金属翅片3具有很好的弹性和径向变形能力，以便于在装配过程中蒸汽发生单元与金属翅片能很轻松装入受热玻璃管2内腔中，而且依靠金属翅片3的弹性，能很好地支撑和紧贴在蒸汽发生单元和受热玻璃管2之间；
第三层为蒸汽发生单元，它由两根不同直径的金属管构成，其中水胆管4为粗径管，汽胆管5为细径管，汽胆管5套装水胆管4中，二者同轴设置，在两管前端指向受热玻璃管2的上端即封闭端，并在前端两管相互连通，其中汽胆管前端开口，水胆管前端封闭；两管后端从受热玻璃管2的开口端伸出，水胆管4底部与进水管9连通，汽胆管5的底部与出气管10连通，进水管9位于出气管10上方，汽胆管5穿过进水管9并与进水管9焊接固定连接。
第四层为水，水通过进水管9进入水胆管4中，水面介于汽胆管5开口以下即可。
当太阳照射到本案集热器时，实际集热器的受光面是外罩玻璃管1的最大截面积的C0S值：阳光照射下，除受热玻璃管2直径投影面直接接受太阳光热外，在外罩玻璃管1内壁涂覆的金属反光镀膜7将接受的阳光又反射到受热玻璃管2的表面。当受热玻璃管2接受太阳光直接照射及金属反光镀膜7的反射光的能量，并克服自身显热之后，将热量传导给紧贴于内腔的金属翅片3，金属是非常好的传热导体，可以很高效地将接受的热量高效传递给水胆管4，再由水胆管4将接受的热量传递到管内的水中；整个集热器及管中水在持续受热状态下，除了克服各零部件自身显热和热辐射损失外，没有其他的热传导渠道，所以将系统组件和水胆管4中的水温持续升高，直至将水加热到沸点，产生饱和蒸汽，饱和蒸汽通过汽胆管5进入到出气管中，再由阀口向外界排放100℃-200℃的蒸汽。
本发明利用外罩玻璃管1与受热玻璃管2之间的真空区域8具有的优良保温性能和金属翅片3具有的优良导热性能，使本发明具有很高的热传导效率，以本蒸汽发生单元组成的太阳能全玻璃真空管型蒸汽集热器，在持续日照条件下，可以持续不断产生中温中压饱和蒸汽。
本实施例的蒸汽发生单元并联在在进水管9和出气管10上。
本实施例中，外罩玻璃管1与受热玻璃管2选用硼硅玻璃内聚光偏心真空管，其中，外罩玻璃管1的规格为Φ70×2×2000mm，受热玻璃管2的规格为Φ30×1.5×1950mm。金属支架6为不锈钢材质，将受热玻璃管2稳定支撑在外罩玻璃管1的内腔中，受热玻璃管2底部与外罩玻璃管1底部约5mm间隙，两层玻璃管中间真空区域8的真空度达到相关国家标准要求。而金属反光镀膜7为反光性好、稳定性好的铝膜，其对太阳光的反射率可达92％，也可镀铜膜、银膜等其它金属膜。
本实施例的蒸汽发生单元为套管结构，水胆管4、气胆管5均为不锈钢材质，汽胆管5从进水管9底部穿插在水胆管4中，穿孔部位焊接密封。汽胆管5顶端开口距水胆管4顶端封口外约5mm左右，水胆管4顶端封口处与受热体玻璃管2的顶端封口处约20mm左右。水胆管4被2片薄金属翅片3支撑在受热体玻璃管2中间位置。金属翅片3为纯铝材质板料，冲压成形，可长期保持有效支撑和紧贴功效。进水管9和出气管10包裹有保温材料，并联多组蒸汽发生单元，然后通过阀门与管道紧固件与外部系统联接。
本实施例的太阳能真空管型蒸汽集热器的优点在于：
1、本实施例的蒸汽发生单元利用太阳能高效产生饱和蒸汽，且蒸汽只能沿指定通道逸出；
2、本实施例的薄金属翅片结构，这种结构不仅精确、稳定、可靠地支撑金属套管，而且翅片外壳紧贴受热体玻璃管，内腔紧贴金属套管，起到了非常好的导热传热功效；
3、本实施例的饱和蒸汽是被太阳能加热产生的，并完全在封闭的金属套管内运动，不接触真空玻璃管，所以水质不会被污染；
4、由于饱和蒸汽有完全独立的金属管通路，所以集热器上某一支或若干支全玻璃真空管损坏，不影响整个集热器正常运行，只是按管损数量比例减少集热器工作效率，而普通真空管热水器系统，只要有一支真空管损坏，整个集热系统将崩溃。
本实施例中，在太阳辐照强度G＝800W/M2，环境温度为20℃的条件下，水胆管4及水总管9内注满水，在出口处安装汽液分离器。当太阳辐照36分钟后，本实施例的集热器水温达到102℃，在关闭蒸汽出口截止阀的条件下，当太阳持续辐照98分钟后，热水温达到176.2℃；压力表显示蒸汽压力0.93Mpa；若将蒸汽出口接驳蒸汽压力调节器，此时打开蒸汽出口截止阀，本案集热器将持续输出调定数值的饱和蒸汽，即本实施例的集热器可持续输出100℃∽200℃的中低压饱和蒸汽。
若本实施例的集热器不关闭蒸汽出口截止阀，在上述条件下单支真空管组每小时可产生100℃的饱和蒸汽0.059kg；真空管组平均每M2每小时产100℃饱和蒸汽0.42kg；每单元(21支真空管组)集热器每小时产蒸汽量1.25kg，即全天晴天无云时可产生100℃饱和蒸汽8kg以上。大面积安装本实施例的集热器，可组成为太阳能光热锅炉，以太阳为能源，产生中低压饱和蒸汽，有条件替代燃煤、燃气、耗电产生的低压蒸汽，有效补偿工业和日常生活中的低压蒸汽需求，为社会节能减排作出贡献。

Claims (8)

1.一种太阳能真空管型蒸汽集热器，它包括外罩玻璃管(1)和设置在外罩玻璃管(1)内腔中的受热玻璃管(2)，其特征在于：所述受热玻璃管(2)上端封闭，所述受热玻璃管(2)上端伸入到外罩玻璃管(1)内腔中，所述受热玻璃管(2)下端与外罩玻璃管(1)底部密封连接，受热玻璃管(2)与外罩玻璃管(1)之间的区域为真空区域(8)；所述受热玻璃管(2)内沿轴线设有蒸汽发生单元，所述蒸汽发生单元包括水胆管(4)和套装在水胆管(4)内的汽胆管(5)，所述水胆管(4)的高度高于所述汽胆管(5)，所述水胆管(4)外壁通过金属翅片(3)与所述受热玻璃管(2)内壁连接，所述水胆管(4)顶端封闭，水胆管(4)底部连通有进水管(9)，所述汽胆管(5)的顶端开口，所述汽胆管(5)的底部连通有出气管(10)。
2.根据权利要求1所述的太阳能真空管型蒸汽集热器，其特征在于：所述金属翅片(3)外壁紧贴在所述受热玻璃管(2)内壁，所述金属翅片(3)内壁紧贴在所述水胆管(4)外壁。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能真空管型蒸汽集热器，其特征在于：所述水胆管(4)和汽胆管(5)同轴设置，所述金属翅片(3)为同心分离式等圆弧结构，各个圆弧结构的内径围成的圆周与水胆管(4)外径相匹配。
4.根据权利要求3所述的太阳能真空管型蒸汽集热器，其特征在于：所述各个圆弧结构截面外壁均开设有一个缺口(3.1)，所述缺口(3.1)由金属翅片(3)内壁向两边上方延伸翻边。
5.根据权利要求1所述的太阳能真空管型蒸汽集热器，其特征在于：所述水胆管(4)底部与进水管(9)连通，所述汽胆管(5)的底部与出气管(10)连通，所述进水管(9)位于出气管(10)上方，所述汽胆管(5)穿过进水管(9)并与进水管(9)焊接固定连接。
6.根据权利要求1所述的太阳能真空管型蒸汽集热器，其特征在于：所述外罩玻璃管(1)内壁镀有金属反光镀膜(7)。
7.根据权利要求1所述的太阳能真空管型蒸汽集热器，其特征在于：所述受热玻璃管(2)通过设置在其外壁上的至少一个金属支架(6)定位和支撑在外罩玻璃管(1)内腔中。
8.根据权利要求1或7所述的太阳能真空管型蒸汽集热器，其特征在于：所述受热玻璃管(2)外层涂有选择性涂层。
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Applicant after: Wuhan Changneng Xinyue New Energy Technology Co., Ltd.

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