CN104154667A - 一种菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能集热管技术领域，公开了一种菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管。该菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管中所述膨胀器分别通过膨胀器法兰及外管第二法兰与所述外管的端部连接，所述外管套设在所述内管外，所述内管与所述外管之间留有间隙，所述内管及外管之间设置有螺旋片，所述外管的外表面设置有选择吸收性涂层，所述电热元件设置在所述内管内。本发明提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管以水为载热体，水在菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管中呈螺旋流动，均匀受热，避免了局部相变。进一步的，引入了电热元件，且由风力发电驱动电热元件，使得菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管在夜间或阴雨天也能够正常供给蒸汽。

Description

一种菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管
技术领域
本发明涉及太阳能集热管技术领域，尤其涉及一种菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，具体的是一种使水不会产生相变，且能够在阴天和夜间连续使用的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管。
背景技术
环境问题日益突出，煤、石油、天然气等化石能源渐趋枯竭，迫切需要大规模进行可再生能源的开发与利用。太阳能的光热技术和风力发电技术是目前较成熟与最具规模开发的新能源。
太阳能的光热技术中的核心是集热管技术，由于聚光至集热管上的太阳能量会使集热管单侧聚光面上温度很高，如果像常规那样的集热管，要采用水作热载体，水由于集热管的聚光面温度很高，会局部产生相变而产生蒸汽，引起集光管中压力剧烈波动，甚至可能爆管。为避免这种情况的发生，集热管中的热载体，采用一种高沸点的油，让油吸收了太阳的热能再和水进行热交换，使水产生蒸汽用来作功。但是这种方式使系统很复杂，从而加大了建设投资，另外由于二次换热，使热损失增大，大大降低了太阳能的最终可利用率。
另外，由于太阳能只是在太阳出现在集热管的上空时，集热管才能吸收太阳能转变为热能。因此，夜间和阴雨天，集热管就无法输出热能，而需用蒸汽的业主往往又需要连续供汽，比如夜间或阴雨天的物料干燥，采暖，油田超稠油开采的三次采油蒸汽驱动均需要这种连续供汽。尽管很多可再生能源的研究部门都在研究如何将太阳能贮存起来，以备夜间或阴雨天使用，但这是非常局限而短时间的，而且投资非常大，增加了建设和运行费用，而夜间或阴雨天往往是风电能资源比较丰富的时间段。特别是油田除了具有丰富的太阳能资源，还有非常可观的风电能资源，如果能将风电能用在集热管的加热中，使水载体在太阳能不足，无法达到换热指标时，集热系统自动将风电能投入到集热管中进行补充加热，使集热管还能正常供给所需参数的蒸汽。
目前所采用的集热管大都带有玻璃真空管，以保证集热管吸收热量之后尽量降低集热管自身的散热，降低热损耗，提高太阳能转换率。但这种带真空玻璃管结构的集热管，制作较复杂，成本高，安装运输都比较困难。
鉴于上述现有技术的缺陷，需要提供一种使水在集热管中不会产生相变，且能够在阴天和夜间连续使用的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是现有的太阳能集热管采用水作热载体，会局部产生相变而产生蒸汽，引起集光管中压力剧烈波动，甚至可能爆管。采用高沸点的油的方式使系统很复杂，从而加大了建设投资，另外由于二次换热，使热损失增大，大大降低了太阳能的最终可利用率。另外，夜间和阴雨天，集热管就无法输出热能。且目前所采用的集热管大都带有玻璃真空管，但这种带真空玻璃管结构的集热管，制作较复杂，成本高，安装运输都比较困难的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，该菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管包括：膨胀器、电热元件、内管及外管；所述膨胀器分别通过膨胀器法兰及外管第二法兰与所述外管的端部连接，所述外管套设在所述内管外，所述内管与所述外管之间留有间隙，所述内管及外管之间设置有螺旋片，所述外管的外表面设置有选择吸收性涂层，所述电热元件设置在所述内管内。
其中，所述电热元件为电阻丝或电阻板，所述电热元件与风力发电装置连接。
其中，所述电热元件与所述内管之间设置有用于绝缘的填料，所述填料的材质为高热传导性能的材质。
其中，还包括与所述外管对应设置的反射罩。
其中，所述反射罩内侧设置有反射镜。
其中，所述反射罩的外侧设置有隔热层。
其中，所述反射罩的底部设置有封口玻璃。
其中，所述外管第二法兰上均设置有螺孔及定位销。
其中，所述膨胀器法兰及外管第二法兰之间设置有用于分配水流的内管法兰。
其中，所述内管法兰上分别设置有与风力发电装置连接的第一接线柱及第二接线柱。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管中膨胀器分别通过膨胀器法兰及外管第二法兰与外管的端部连接，外管套设在内管外，内管与外管之间留有间隙，内管及外管之间设置有螺旋片，外管的外表面设置有选择性吸收涂层，电热元件设置在内管内。本发明提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，水以大于它的沸点的温度和压力状态下流进菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，水在菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管中呈螺旋流动，均匀受热，避免了局部相变。进一步的，引入了电热元件，且由风力发电驱动电热元件，使得菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管在夜间或阴雨天也能够正常供给蒸汽。本发明的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管还在外管的上方设置有反射罩，反射罩一方面进行二次光反射，提高菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管的吸热值，另一方面罩内形成一个高温腔，反射罩下部设有封口玻璃，减少了散热。降低了菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管和腔体内的温差，大大降低菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管的热损耗，大大提高菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管的能量转换率。
附图说明
图1是本发明实施例菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管的结构示意图；
图2是本发明实施例菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管中A-A的结构示意图。
图中：1：膨胀器法兰；2：膨胀器；3：第一接线柱；4：第二接线柱；5：环形空间；6：选择吸收性涂层；7：反射罩；8：反射镜；9：填料；10：隔热层；11：螺钉；12：外管第一法兰；13：螺孔；14：定位销；15：电热元件；16：螺旋片；17：内管；18：外管；19：螺帽；20：外管第二法兰；21：内管法兰；22：螺栓；23：封口玻璃。
具体实施方式
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至图2所示，本发明实施例提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，包括：膨胀器2、电热元件15、内管17及外管18；膨胀器2分别通过膨胀器法兰1及外管第二法兰20与外管18的端部连接，膨胀器2为波纹管式膨胀器，膨胀器2可以有效吸收集热管因温度和压力变化而引起的膨胀和收缩。膨胀器2的左右两端分别设置有膨胀器法兰1，外管18左右端分别设置有外管第二法兰20及外管第一法兰12。外管第二法兰20与膨胀器2右端的膨胀器法兰1通过螺栓22固定连接。外管18套设在内管17外，内管17与外管18之间留有间隙，水流从间隙中流过，内管17及外管18之间设置有螺旋片16。外管18的外表面设置有选择吸收性涂层6，能够将太阳能的热量传送至外管18内的水流中。内管17外侧壁上设置有螺旋片16，在内管17的外侧壁沿着内管17轴向，根据需要按照一定螺距绕制螺旋片16。螺旋片16分别与内管17及外管18之间形成螺旋状的环形空间5，水流在环形空间5内流动，均匀受热，避免了局部相变，不会发生爆管的情况。电热元件15设置在内管17内，电热元件15与外接发电装置连接，当夜间和阴雨天时无太阳光时，通过发电装置电热元件15对环形空间5内的水流进行加热，使集热管能正常供给所需参数的蒸汽。
本发明实施例提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管在外管第一法兰12及外管第二法兰20底部设置有螺孔13，螺孔13用于将本发明实施例提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管固定安装在支架上。
当油田超稠油开采的三次采油时除了具有丰富的太阳能资源，还有非常可观的风电能资源，将风电能用在集热管的加热中，使水载体在太阳能不足，无法达到换热指标时，集热系统自动将风电能投入到集热管中进行补充加热，使集热管还能正常供给所需参数的蒸汽。本发明实施例提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管中电热元件15为电阻丝或电阻板，也可以是其他电热元件。电热元件15与风力发电装置连接。风力发电装置提供电热元件15的电源，使得电热元件15发热。风力发电装置为现有技术，可以采用专利号为：ZL201010623950.1的发明专利中公开的冲击式风力发电装置进行发电。
本发明实施例提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管在电热元件15与内管17之间设置有用于绝缘的填料9，防止电热元件15发生漏电的状况，造成危险。填料9的材质为高热传导性能的材质，能够将热量迅速的传送至环形空间5内的水流。填料9可以采用硅橡胶基材，氮化硼、氧化铝等陶瓷颗粒及氧化镁砂为填充剂，导热效果好。上述菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管可以应用在槽式集热器中。
为了保证集热管吸收热量之后尽量降低集热管自身的散热，降低热损耗，提高太阳能转换率。本发明实施例提供的集热管采用不锈钢的内管17、外管18及与外管18对应设置的反射罩7，反射罩7设置在外管18的正上方。反射罩7为半圆形或两个抛物线形，如图2所示，反射罩7的底部设置有封口玻璃23，封口玻璃23能够减少反射罩7底部的散热。反射罩7设置于外管第一法兰12及外管第二法兰20之间，反射罩7形成一个高温腔，降低集热管和腔体内的温差，这样可大大降低集热管的热损耗，大大提高集热管的能量转换率。设置反射罩7不仅实现了带有真空玻璃管结构的集热管的降损作用，又解决带有玻璃真空管结构的集热管制作较复杂、成本高、安装运输都较比复杂的难题。
本发明实施例提供的集热管中反射罩7内侧设置有反射镜8，反射镜8进行二次光反射，提高集热管的吸热值。利用菲涅尔反射光原理，部分地面来的菲涅尔反射光没有直接“击中”外管18，而是进入了反射罩7，而反射罩7内的反射镜8又将这些来光二次反射到外管18上，并在反射罩7中形成很复杂的纵横交错的反射光束，使反射罩7的腔体中温度很高。在反射罩7的外侧设置有用于保温的隔热层10，使反射罩7中腔体内的温度尽量保持在和集热管的温差少一些，使之集热管的热损耗大幅度下降。这种结构和集热管非常有效地吸收菲涅尔式的地面反射镜阵列的反射光。
本发明实施例提供的集热管中膨胀器法兰1及外管第二法兰20之间设置有用于分配水流的内管法兰21。内管法兰21将水流分配后再进入环形空间内，可以使水流受热均匀。内管法兰21上设置有第一接线柱3及第二接线柱4，将电热元件15的引线接在第一接线柱3及第二接线柱4上。
本发明实施例提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管安装时，在内管17的外侧壁上绕制螺旋片16，螺旋片16与内管17的外壁焊牢，内管17一端与内管法兰21焊牢，内管17另一端装入电热元件15，并将电热元件15的引线引出接在第一接线柱3及第二接线柱4上。内管17装入电热元件15后再装入填料9，再将内管17的端部封闭。外管18两端分别与外管第一法兰12和外管第二法兰20焊牢，而后对外管18的表面喷涂选择性吸收涂层6。膨胀器2的端部焊接固定在两个膨胀器法兰1之间。反射罩7外层表面涂有用于保温的隔热层10，反射罩7内表面钳贴反光镜面8。以上步骤进行完毕后，将内管法兰21、外管法兰20及膨胀器2右端的膨胀器法兰1用螺栓22和螺帽19紧固连接在一起，再将反射罩7与外管第二法兰20、外管第一法兰12用螺钉11紧固相连。
本发明实施例提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管使用时，用水泵将软化处理后的水升压，由膨胀器2左端的膨胀器法兰1进口处进入集热管的进口端，并通过内管法兰21进行了配水后进入内管17内的螺旋环形空间5中，水在环形空间5内进行加热升温。当太阳能不能将水加热到集热系统出口的参数时，自动控制系统将以风电供电的内管17中的电热元件15启动，通过内管17外表面对螺旋环形空间内流动的水进行加热，保证整个集热系统的出口参数。本发明的集热管上面装了一个反射罩7，它的内表面装有反射镜8。当菲涅尔式的地面反射光大部分汇集在支架上的集热管的表面时，通过选择性吸收涂层6吸收太阳能来加热管中的水，还有一部分地面来的菲涅尔反射光进入了反射罩7，使反射罩7的腔体中温度很高，而反射罩7外表面涂有保温层，使之腔体内的温度尽量保持在和集热管的温差少一些，使之集热管的热损耗大幅度下降。
本发明提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管具有以下优点，本发明提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管中膨胀器分别通过膨胀器法兰及外管第二法兰与外管的端部连接，外管套设在内管外，内管与外管之间留有间隙，内管及外管之间设置有螺旋片，外管的外表面设置有选择吸收性涂层，电热元件设置在内管内。本发明提供的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，水以大于它的沸点的温度和压力状态下流进菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，水在菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管中呈螺旋流动，均匀受热，避免了局部相变。进一步的，引入了电热元件，且由风力发电驱动电热元件，使得菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管在夜间或阴雨天也能够正常供给蒸汽。本发明的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管还在外管的上方设置有反射罩，反射罩一方面进行二次光反射，提高菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管的吸热值，另一方面罩内形成一个高温腔，反射罩下部设有封口玻璃，减少了散热。降低了菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管和腔体内的温差，大大降低菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管的热损耗，大大提高菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管的能量转换率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，其特征在于，包括：膨胀器(2)、电热元件(15)、内管(17)及外管(18)；所述膨胀器(2)分别通过膨胀器法兰(1)及外管第二法兰(20)与所述外管(18)的端部连接，所述外管(18)套设在所述内管(17)外，所述内管(17)与所述外管(18)之间留有间隙，所述内管(17)及外管(18)之间设置有螺旋片(16)，所述外管(18)的外表面设置有选择吸收性涂层(6)，所述电热元件(15)设置在所述内管(17)内。
2.根据权利要求1所述的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，其特征在于：所述电热元件(15)为电阻丝或电阻板，所述电热元件(15)与风力发电装置连接。
3.根据权利要求1所述的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，其特征在于：所述电热元件(15)与所述内管(17)之间设置有用于绝缘的填料(9)，所述填料(9)的材质为高热传导性能的材质。
4.根据权利要求1所述的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，其特征在于：还包括与所述外管(18)对应设置的反射罩(7)。
5.根据权利要求4所述的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，其特征在于：所述反射罩(7)内侧设置有反射镜(8)。
6.根据权利要求4所述的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，其特征在于：所述反射罩(7)的外侧设置有隔热层(10)。
7.根据权利要求4所述的菲涅尔式太阳能和风能互补的集热管，其特征在于：所述反射罩(7)的底部设置有封口玻璃(23)。
8.根据权利要求1所述的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，其特征在于：所述外管第二法兰(20)上设置有螺孔(13)及定位销(14)。
9.根据权利要求2所述的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，其特征在于：所述膨胀器法兰(1)及外管第二法兰(20)之间设置有用于分配水流的内管法兰(21)。
10.根据权利要求9所述的菲涅尔式太阳能风电能互补的集热管，其特征在于：所述内管法兰(21)上分别设置有与风力发电装置连接的第一接线柱(3)及第二接线柱(4)。
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