CN105371259A - 太阳能蒸汽应用系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种太阳能蒸汽应用系统，具有高效率蒸汽发，性能稳定，保温效果好，经久耐用特点，它包括进水装置、太阳能蒸汽发生装置(1)、保温储热罐(2)、流量温度检测元件(3)和电加热蒸汽发生装置(4)，太阳能蒸汽发生装置(1)它包括联箱(9)和集热管(5)，集热管(5)与联箱(9)连接，联箱(9)设有至少一根热交换管(13)，该热交换管(13)依序进入对应集热管(5)的内管(8)，内管(8)套接有外管(7)，内管(8)设有传热翅片(12)，位于联箱(9)内的热交换管(13)的部分设有隔热体(14)，出汽端(28)通过出汽管(17)与保温储热罐(2)连接，保温储热罐(2)与用户使用的负载(18)连接。

Description

太阳能蒸汽应用系统

技术领域

本发明涉及太阳能应用技术领域，具体讲是一种太阳能蒸汽应用系统。

背景技术

太阳能作为新能源的研究和开发利用，自二十世纪五十年代起世界各国的科学家，就如何吸收太阳的热能和热能转换，进行了大量的探索研究，八十年代真空集热技术的成功为太阳能的利用创造了条件，但是现有技术中的真空太阳能集热管多为低温真空集热管，只是利用太阳能向人们提供一些生活热水，有效利用率低下，根本无法为大量需要高温热能的工农业生产服务，即无法利用太阳能提供高温热能产生蒸汽，在现有一种申请号为201410180068.2的一种分布式全天候太阳能蒸汽机组，它包括：软水设备、温控流量阀、太阳能真空管、U形管、U形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，此机组在使用过程中传热管的温度过高，会损坏保温材料，影响其使用寿命，而且普遍的集热管的结构较为复杂，影响了其稳定性，以此为改进方向，设计一种高效率蒸汽发生，性能稳定，保温效果好，经久耐用的太阳能蒸汽应用系统，对于太阳能利用具有重大意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种高效率蒸汽发，性能稳定，保温效果好，经久耐用的太阳能蒸汽应用系统。

为解决上述技术问题，本发明提出一种太阳能蒸汽应用系统，它包括进水装置、太阳能蒸汽发生装置、太阳能蒸汽发生装置连接的保温储热罐、流量温度检测元件和连接保温储热罐的电加热蒸汽发生装置，所述的太阳能蒸汽发生装置它包括联箱和集热管，集热管与联箱连接，联箱设有至少一根热交换管，该热交换管依序进入对应集热管的内管且出汽端位于联箱内或联箱外，内管套接有外管，内管与外管之间为真空区，内管设有横截面为弧形或W形的传热翅片；对于弧形，弧形的外表面设有安装热交换管的第一凹槽和第二凹槽；对于W形，包括两翼和中部，所述的两翼抵靠内管的管壁，热交换管设于中部；位于联箱内的热交换管的部分设有将该部分与联箱内填充的保温材料隔开的隔热体，所述的出汽端通过出汽管与保温储热罐连接，保温储热罐与用户使用的负载连接。

采用上述结构后，与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过对太阳能蒸汽发生装置的改进，对真空管的结构进一步改进，简化了其复杂的结构，减少了热传导的路径，从而提高了热传导的效率，并且将原有的联箱保温结构进行改进，延长了太阳能蒸汽发生装置的使用寿命，通过将进水装置、太阳能蒸汽发生装置、保温储热罐、电加热蒸汽发生装置集成在一起，组成本太阳能蒸汽应用系统，这样，通过进水装置为太阳能蒸汽发生装置供水，当太阳光照射到太阳能集热真空管，集热管和内管之间真空区域内的反光板会将太阳光反射至内管，内管吸收了热量后，通过内管内设置的传热翅片将热量传递至注有水的热交换管，水吸收热量直至沸点，在沸腾之后继续升温从而产生蒸汽，直接在热交换管内注入水，传热路径短，因此集热效果好，比如W形的传热翅片的两翼抵靠内管的管壁，有效的传递了热量，又起到了支撑热交换管的作用，提高了固定结构的可靠性，并且在位于联箱内的热交换管的部分设有将该部分与联箱内填充的保温材料隔开的隔热体，防止温度过高从而损坏保温材料，延长保温材料的使用寿命，此种太阳能蒸汽发生装置可以快速发生出120摄氏度至200摄氏度的蒸汽，通过出汽管将饱和的蒸汽输送至保温储热罐，保温储热罐连接有电加热蒸汽发生装置，设在太阳能蒸汽发生装置出汽管与保温储热罐输出端的温度检测元件会将管内蒸汽的温度以及流量反馈至控制元件，通过对控制元件的设置，预设定一定的温度和流量值，由控制元件自动判断电加热蒸汽发生装置有否启动，对出汽管中的蒸汽进行加热和补充，然后输入至保温储热罐，以保证供用户使用的蒸汽输出的需求，持续稳定的输出，将各部分通过组合，很好的将高效率、性能稳定、保温效果好、经久耐用太阳能蒸汽发生装置利用起来，可适用于农业、工业、民用等多方面，合理的诠释了节能环保的社会理念。

作为改进，真空区内设有反光板，反光板为弧形，反光板的两边高于传热翅片的两边，这样，可以有效的将太阳光反射至传热翅片。

作为改进，所述的进水装置包括上水管、净水器和压力泵，所述的上水管串联净水器与压力泵，压力泵与太阳能蒸汽发生装置之间设有储压箱，这样，净水器将上水管水中的杂质过滤，储压箱可以缓解压力泵工作时水体所产生压力的浮动，使进水端的水体压力更稳定，减小管路的传输负荷，延长进水管使用的寿命，同时可以储存一定的水量，在压力泵发生故障时储存的水可为太阳能蒸汽发生装置继续供应一部分的水源。

作为改进，所述的流量温度检测元件分别设于太阳能蒸汽发生装置的出汽管与保温储热罐的输出端，这样，可以实时的了解到太阳能蒸汽发生装置的温度与保温储热罐内的温度与流量的变化。

作为改进，所述的压力泵、流量温度检测元件、电加热蒸汽发生装置均与控制元件连接，这样，控制元件就可以实时的了解到各部分的温度流量变化，通过对控制元件的设定可以提高自动化效率。

作为改进，联箱设有两根热交换管，左边的热交换管依序进入左边的各集热管的内管，与左边对称的，右边的热交换管依序进入右边的各集热管的内管，这样，可以有两个出汽端，提高蒸汽发生的效率，同时使结构更加紧凑。

作为改进，热交换管进入内管的部分包括进的部分和出的部分，进的部分和出的部分形成U形通路，这样，结构简单紧凑，有利于热交换管的热交换，设置更加合理。

作为改进，太阳能蒸汽发生装置安装于带有倾斜角度的支架上，这样，工作时集热装置内热场的传导呈上升趋势，有利于热的交换。

作为改进，热交换管的出汽端与进水端沿支架的斜面上下分布，这样，由于热场有沿斜面上升趋势，更有利于热交换管热能的交换。

作为改进，联箱设有一根热交换管，热交换管依序交替进入左、右集热管的内管以形成蛇形分布，这样，集热时热量传递的路径更长，产生的蒸汽品质更高，蒸汽的温度和压力更高。

附图说明

图1为本发明太阳能蒸汽应用系统的结构示意图。

图2为本发明太阳能蒸汽发生装置的俯视图。

图3为本发明太阳能蒸汽发生装置的主视图。

图4为本发明太阳能蒸汽发生装置的集热管取出传热翅片后的管路示意图。

图5为本发明太阳能蒸汽发生装置的集热管W形传热翅片的剖视放大图。

图6为本发明太阳能蒸汽发生装置的集热管弧形传热翅片的剖视放大图。

图7为本发明太阳能蒸汽发生装置的热交换管实施案例一的透视结构示意图。

图8为本发明太阳能蒸汽发生装置的热交换管实施案例二的透视结构示意图。

图9为本发明太阳能蒸汽发生装置的联箱A-A的剖视图。

图中所示，1、太阳能蒸汽发生装置，2、保温储热罐，3、流量温度检测元件，4、电加热蒸汽发生装置，5、集热管，6，支架，7、外管，8、内管，9、联箱，10、真空区，11、反光板,12、传热翅片，13、热交换管，14、隔热体，15、保温材料，16、进水管，17、出汽管，18、负载，19、上水管，20、净水器，21、压力泵，22、储压箱，23、控制元件，25、吸热涂层，26、选择性吸收涂层，27、进水端，28、出汽端，29、密封塞，30、第一凹槽，31、第二凹槽。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细的说明：

本发明太阳能蒸汽应用系统，它包括进水装置、太阳能蒸汽发生装置1、太阳能蒸汽发生装置1连接的保温储热罐2、流量温度检测元件3和连接保温储热罐2的电加热蒸汽发生装置4，太阳能蒸汽发生装置1它包括联箱9和集热管5，集热管5与联箱9连接，联箱9设有至少一根热交换管13，该热交换管13依序进入对应集热管5的内管8且出汽端28位于联箱9内或联箱9外，内管8套接有外管7，内管8与外管7之间为真空区10，内管8设有横截面为弧形或W形的传热翅片12；对于弧形，弧形的外表面设有安装热交换管13的第一凹槽30和第二凹槽31；对于W形，包括两翼和中部，所述的两翼抵靠内管8的管壁，热交换管13设于中部；位于联箱9内的热交换管13的部分设有将该部分与联箱9内填充的保温材料15隔开的隔热体14，所述的出汽端28通过出汽管17与保温储热罐2连接，保温储热罐2与用户使用的负载18连接。

通过对太阳能蒸汽发生装置1的改进，对真空管的结构进一步改进，简化了其复杂的结构，减少了热传导的路径，从而提高了热传导的效率，并且将原有的联箱9保温结构进行改进，延长了太阳能蒸汽发生装置1的使用寿命，通过将进水装置、太阳能蒸汽发生装置1、保温储热罐2、电加热蒸汽发生装置4集成在一起，组成本太阳能蒸汽应用系统，这样，通过进水装置为太阳能蒸汽发生装置1供水，进水装置包括上水管19、净水器20和压力泵21，所述的上水管19串联净水器20与压力泵21，能够将水中的颗粒物杂质排除在外，另外压力泵21与太阳能蒸汽发生装置1之间还设有储压箱22，储压箱22可以缓解压力泵21工作时水体所产生压力的浮动，使进水端27的水体压力更稳定，减小管路的传输负荷，延长进水管16使用的寿命，同时可以储存一定的水量，在压力泵21发生故障时储存的水可为太阳能蒸汽发生装置1继续供应一部分的水源，进水装置连接进水管16，进水管16连接太阳能蒸汽发生装置1热交换管13的进水端27，在注满水后，使用时，通过进水管16将热交换管13内注满水，当太阳光照射到安装于倾斜度的支架6上的集热管5时，集热管5和吸热内管8之间真空区10域内的反光板11会将太阳光反射至内管8，反光板11呈弧形，并且弧形的两边高于传热翅片12的两边，这样可以将更多的阳光反射至内管8，增加太阳能的利用率，内管8的外表面设有选择性吸收涂层26，可隔绝红外线等不可吸收的光线，在内管8吸收了热量后，经内管8内镀有吸热涂层25的传热翅片12，对于W形的传热翅片12，与热交换管13进入内管8的部分等长，分为两翼和中部，两翼带有弹性，U或V形的中部夹持有注有水的热交换管13，传热翅片12将内管8吸收的和本身所吸收的热量传递热交换管13，热交换管13进入内管8的部分包括进的部分和出的部分，进的部分和出的部分形成U形通路，由于支架6带有倾斜角度，和热交换管13在内管8内呈U形上下位置，集热装置内的热场传导分布呈上升的趋势，从而产生循环，更高效的换热，到达沸点，在沸腾后继续升温从而产生蒸汽，再由出汽端28通过出汽管17将蒸汽导出，由于热交换管13与内管8之间只通过传热翅片12连接，传热路径更短，因此换热效果的更好，效率更高，对于W形的传热翅片12的两翼带有弹性，且抵靠内管8的管壁，有效的传递了热量，并且起到了支撑热交换管13的作用，由于热胀冷缩传热翅片12的体积会发生变化，对于W形，由于两翼带有弹性，具有补偿作用有效的固定，提高了结构的可靠性，而且结构更为简单，在联箱9内部设置了用于将保温材料15与热交换管13隔开的隔热体14，隔热体14可以为隔热岩棉，由于不是保温材料15直接接触管路，可防止集热时所产生的温度过高而损坏保温材料15，导致保温材料15的寿命减短，隔热体14的其中一种铺设方式为，热交换管13的上下均覆盖隔热体14铺设好，再通过联箱9上预留的注入孔注入发泡式的保温材料15聚氨酯，将覆盖管路的隔热体14紧压在热交换管13的管路上，定形压实后的隔热体14呈波浪形，这样的安装方法可减少不必要的一些工序，节省人力，隔热体14的的铺设方式多种多样，上述的铺设方式为最简单的一层一层叠加的方式，并不局限于本方式，还可以通过将多个太阳能蒸汽发生装置1相串联或并联，能够产生大量的饱和蒸汽，串联能够单位时间内产生更高温度的蒸汽，而并联能够单位时间内提供更大量的蒸汽，在汇集到出汽管17，通过出汽管17将饱和的蒸汽输送至保温储热罐2，此种太阳能蒸汽发生装置1可快速升温，可高达摄氏度120至200摄氏度，50支集热管5为一组，一组模块可以产生KW的热量，集热效果好，性能温度，经久耐用，热交换管13的出汽端28与进水端27沿支架6的斜面上下分布，太阳能蒸汽发生装置1安装于带有倾斜角度的支架6水由上至下注入，而热能的传导呈上升趋势，因此，热交换更为高效，另外，集热管5的开口端设有由隔热材料制成的密封塞29。

热交换管13的分布实施方式根据热交换管13的数量不同，实施方式一为联箱9设有两根热交换管13，左边的热交换管13依序进入左边的各集热管5的内管8，与左边对称的，右边的热交换管13依序进入右边的各集热管5的内管8。所述的联箱9左右两侧的集热管5左右对称，热交换管13对称分布，这样的分布方式可同时有两个出汽端28，提高蒸汽输出的效率，满足用户的不同需求。实施方式二为一根热交换管13，，热交换管13依序交替进入左、右集热管5的内管8以形成蛇形分布，此实施方式只有一个出汽端28，但是蒸汽在产生的过程中，所传递的路径长，水得到了充分的蒸发，输出的蒸汽的品质高，蒸汽的压力也较大。

保温储热罐2连接有电加热蒸汽发生装置4，电加热蒸汽发生装置4可产生蒸汽，通过对出汽管17内的蒸汽进行加热，到达预设的温度，再由保温储热罐2将罐内的蒸汽输送给负载18，压力泵21、流量温度检测元件3、电加热蒸汽发生装置4均与控制元件23连接，控制元件23就可以实时的了解到各部分的温度流量变化，通过对控制元件23的设定可以提高自动化效率，设在太阳能蒸汽发生装置1出汽管17上的温度检测元件3会将管内蒸汽的温度以及流量反馈至控制元件23，可以实时的了解到太阳能蒸汽发生装置1的温度与保温储热罐2内的温度与流量的变化，并且通过对控制元件23的设置，预设定一定的温度和流量值，由控制元件23自动判断电加热蒸汽发生装置4有否启动，对保温储热罐2中的蒸汽进行补充，增加罐中的蒸汽温度和压力，达到保证供用户使用的蒸汽输出的需求，持续稳定的输出，还可以设定定时开启压力泵21自动上水，实现自动化，节省了人力，通过将各部分通过组合，很好的将高效率、性能稳定、保温效果好、经久耐用太阳能蒸汽发生装置1利用起来，将其输出成可直接利用的方式，此应用系统可适用于农业、工业、民用等多方面，合理的诠释了节能环保的社会理念。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能蒸汽应用系统，它包括进水装置、太阳能蒸汽发生装置(1)、太阳能蒸汽发生装置(1)连接的保温储热罐(2)、流量温度检测元件(3)和连接保温储热罐(2)的电加热蒸汽发生装置(4)，其特征在于，所述的太阳能蒸汽发生装置(1)它包括联箱(9)和集热管(5)，集热管(5)与联箱(9)连接，联箱(9)设有至少一根热交换管(13)，该热交换管(13)依序进入对应集热管(5)的内管(8)且出汽端(28)位于联箱(9)内或联箱(9)外，内管(8)套接有外管(7)，内管(8)与外管(7)之间为真空区(10)，内管(8)设有横截面为弧形或W形的传热翅片(12)；对于弧形，弧形的外表面设有安装热交换管(13)的第一凹槽(30)和第二凹槽(31)；对于W形，包括两翼和中部，所述的两翼抵靠内管(8)的管壁，热交换管(13)设于中部；位于联箱(9)内的热交换管(13)的部分设有将该部分与联箱(9)内填充的保温材料(15)隔开的隔热体(14)，所述的出汽端(28)通过出汽管(17)与保温储热罐(2)连接，保温储热罐(2)与用户使用的负载(18)连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能蒸汽应用系统，其特征在于，真空区(10)内设有反光板(11)，反光板(11)为弧形，反光板(11)的两边高于传热翅片(12)的两边。

3.根据权利要求1所述的太阳能蒸汽应用系统，其特征在于，进水装置包括上水管(19)、净水器(20)和压力泵(21)，所述的上水管(19)串联净水器(20)与压力泵(21)，压力泵(21)与太阳能蒸汽发生装置(1)通过储压箱(22)后连接太阳能蒸汽发生装置(1)的进水管(16)。

4.根据权利要求1所述的太阳能蒸汽应用系统，其特征在于，所述的流量温度检测元件(3)分别设于太阳能蒸汽发生装置(1)的出汽管(17)与保温储热罐(2)的输出端。

5.根据权利要求4所述的太阳能蒸汽应用系统，其特征在于，压力泵(21)、流量温度检测元件(3)、电加热蒸汽发生装置(4)均与控制元件(23)连接。

6.根据权利要求1所述的太阳能蒸汽应用系统，其特征在于，所述的联箱(9)设有两根热交换管(13)，左边的热交换管(13)依序进入左边的各集热管(5)的内管(8)，与左边对称的，右边的热交换管(13)依序进入右边的各集热管(5)的内管(8)。

7.根据权利要求1所述的太阳能蒸汽应用系统，其特征在于，所述的热交换管(13)进入内管(8)的部分包括进的部分和出的部分，进的部分和出的部分形成U形通路。

8.根据权利要求1所述的太阳能蒸汽应用系统，其特征在于，所述的太阳能蒸汽发生装置(1)安装于带有倾斜角度的支架(6)上。

9.根据权利要求8所述的太阳能蒸汽应用系统，其特征在于，所述的热交换管(13)的出汽端(28)与进水端(27)沿支架(6)的斜面上下分布。

10.根据权利要求1所述的太阳能蒸汽应用系统，其特征在于，所述的联箱(9)设有一根热交换管(13)，热交换管(13)依序交替进入左、右集热管(5)的内管(8)以形成蛇形分布。