CN105698146A

CN105698146A - 太阳能蒸汽炉

Info

Publication number: CN105698146A
Application number: CN201610172631.0A
Authority: CN
Inventors: 王顺滔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2016-06-22

Abstract

本发明提供了一种太阳能蒸汽炉，包括:太阳能集热器、热交换器、供水管和储热罐，太阳能集热器包括光热模块，光热模块包括太阳能真空管，太阳能真空管就能包括内管和外管，内管中设有液态吸热介质，光热模块的一端为介质输入端，光热模块的另一端为介质输出端；介质输入端通过热交换管与介质输出端连通，热交换管部分位于热交换器中；供水管部分位于热交换器中，并在热热交换器中与热交换管进行热交换；介质输出端还通过储热进管与储热罐的进口连通，储热罐的出口通过储热回管与介质输入端连接，储热进管和储热回管上均设有控制阀门。本发明能够储热，能够持续产生热量，给用户使用带来便捷，并且成本低，利用太阳能代替工业燃煤来提供蒸汽。

Description

太阳能蒸汽炉

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其是涉及一种太阳能蒸汽炉。

背景技术

太阳能是一种非常环保的能源，在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。

现在有多种利用太阳能实现供热的装置，例如太阳能热水器。太阳能热水器是将太阳光能转化为热能的装置，将水从低温加热到高温，以满足人们在生活、生产中的热水使用。

但是这种太阳能热水器具有很多不确定性，太阳能不稳定，用户使用量也不稳定。例如在光照较好的晴天时，能够利用的太阳能较多，但是在阴雨天气时，能够利用的太阳能很少。有时候用户一天的用量很大，有时一天的用量很少。

因此，现有的太阳能热水器不能蓄热，不能持续产生热量，在使用时有很多不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能蒸汽炉，以解决现有技术中的太阳能热水器不能蓄热的技术问题。

本发明提供一种太阳能蒸汽炉，所述太阳能蒸汽炉包括:太阳能集热器、热交换器、供水管和储热罐，其中，

所述太阳能集热器包括光热模块，所述光热模块包括太阳能真空管，所述太阳能真空管就能包括内管和外管，所述内管中设有液态吸热介质，所述光热模块的一端为介质输入端，所述光热模块的另一端为介质输出端；

所述介质输入端通过热交换管与所述介质输出端连通，所述热交换管部分位于所述热交换器中；所述供水管部分位于所述热交换器中，并在所述热热交换器中与所述热交换管进行热交换；

所述介质输出端还通过储热进管与所述储热罐的进口连通，所述储热罐的出口通过储热回管与所述介质输入端连接，所述储热进管和所述储热回管上均设有控制阀门。

进一步地，所述光热模块还包括设置在所述太阳能真空管外的聚光罩。

进一步地，所述太阳能集热器包括多组光热模块，各组所述光热模块之间相互并联。

进一步地，每组所述光热模块均包括多个光热模块，多个所述光热模块之间依次串联。

进一步地，所述太阳能集热器还包括第一汇集管和第二汇集管，所述第一汇集管分别与多组所述光热模块的介质输出端连接，所述第二汇集管分别与多组所述光热模块的介质输出端连接；

所述热交换管的两端分别与所述第一汇集管和所述第二汇集管连通；

所述储热进管的一端与所述第一汇集管连通，另一端与所述储热罐的进口连通，所述储热回管的一端与所述储热罐的出口连通，另一端与所述第二汇集管连通。

进一步地，所述第一汇集管与各组所述光热模块的连接处分别设有第一阀门，以控制各组所述光热模块是否与所述第一汇集管连通；

所述第二汇集管与各组所述光热模块的连接处分别设有第二阀门，以控制各组所述光热模块是否与所述第二汇集管连通。

进一步地，所述第一汇集管上设有排气阀或者排气管。

进一步地，所述液态吸热介质为联二苯和苯二醚中的一种或者两种的混和物。

进一步地，所述热交换管和所述储热回管上分别设有液压泵。

进一步地，所述热交换管上设有压力表。

本发明以太阳能为能源，光热模块吸收太阳能并将太阳能转化为热能，具体地，太阳能真空管中的内管中的液态吸热介质吸收太阳能后温度升高，升温后的液态吸热介质从光热模块的介质输出端流入热交换管中，当热交换管中的液态吸热介质流经热交换器时与供水管中的水进行热交换，水吸收液态吸热介质的热量变成蒸汽，生的蒸汽可用于工业使用，也可以用于居民日常生活使用，例如为家庭供暖或者煮饭、烧菜使用。液态吸热介质温度降低后通过介质输入端流回光热模块中，周而复始循环运行。

此外，液态吸热介质吸收的太阳能较多时，液态吸热介质的温度较高，此时可通过储液罐将热量储存起来。具体地，可打开控制阀门，使光热模块中的液态吸热介质从介质输出端流入储液罐中，一方面储存了热能，另一方面还避免了由于液态吸热介质产生的压力过大而引起爆炸。当光照不强，吸热模块自身产生的热量不够时，或者用户需要大量使用蒸汽时，可打开储热回管上的控制阀门，将储热罐中储存的温度较高的液态吸热介质释放出来，并流入热交换器中与供水管中的水进行热交换，产生大连供用户使用的蒸汽。因此，本发明能够储热，能够持续产生热量，给用户使用带来便捷，并且成本低，利用太阳能代替工业燃煤来提供蒸汽，环保无污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的太阳能蒸汽炉的结构示意图。

附图标记：

1-太阳能集热器；11-光热模块；12-第一汇集管；13-第二汇集管；14-压力表；121-第一阀门；131-第二阀门；2-热交换器；21-热交换管；3-供水管；4-储热罐；41-储热进管；42-储热回管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

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”、“相连”、“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，可以是两个元件内部的连通。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。

图1为本发明实施例提供的太阳能蒸汽炉的结构示意图。

本发明提供一种太阳能蒸汽炉，如图1所示，所述太阳能蒸汽炉包括:太阳能集热器1、热交换器2、供水管3和储热罐4，其中，所述太阳能集热器1包括光热模块11，所述光热模块11包括太阳能真空管，所述太阳能真空管就能包括内管和外管，所述内管中设有液态吸热介质，所述光热模块11的一端为介质输入端，所述光热模块11的另一端为介质输出端；所述介质输入端通过热交换管21与所述介质输出端连通，所述热交换管21部分位于所述热交换器2中；

所述供水管3部分位于所述热交换器2中，并在所述热热交换器2中与所述热交换管21进行热交换；

所述介质输出端还通过储热进管41与所述储热罐4的进口连通，所述储热罐4的出口通过储热回管42与所述介质输入端连接，所述储热进管41和所述储热回管42上均设有控制阀门。

其中，液态吸热介质可以为沸点大于100°的各种适合的液态介质，例如联二苯、苯二醚，或者联二苯和苯二醚的混和物。

优选地，液态吸热介质为联二苯和苯二醚的混合物。联二苯和苯二醚的沸点很高，能够吸收更多的太阳能，提高太阳能的利用率。

更优选地，在联二苯和苯二醚形成的混合物中，联二苯、苯二醚的比例为1:1，此时联二苯和苯二醚的混合物吸热后，温度可达到200°至300°，大大提高了热量利用率，以及在热交换器2中，与供水管3进行热交换时的效率；并且能够产生较高压力的蒸汽。

太阳能集热器1用于收集太阳能，并将太阳能转化为热能。热交换器2是液态吸热介质和水进行热交换的场所。储热罐4用于储存多余的能量，实现蓄热以及持续供热。能量一方面转换饱和蒸汽，可以直接应用，另一方面在温度和能量过余时把它存储在储热罐4里以备晚上、夜间及阴雨天使用。

本发明以太阳能为能源，光热模块11吸收太阳能并将太阳能转化为热能，具体地，太阳能真空管中的内管中的液态吸热介质吸收太阳能后温度升高，升温后的液态吸热介质从光热模块11的介质输出端流入热交换管21中，当热交换管21中的液态吸热介质流经热交换器2时与供水管3中的水进行热交换，水吸收液态吸热介质的热量变成蒸汽，液态吸热介质温度降低后通过介质输入端流回光热模块11中，完成循环，然后周而复始循环运行。

此外，液态吸热介质吸收的太阳能较多时，液态吸热介质的温度较高，此时可通过储液罐将热量储存起来。具体地，可打开控制阀门，使光热模块11中的液态吸热介质从介质输出端流入储液罐中，一方面储存了热能，另一方面还避免了由于液态吸热介质产生的压力过大而引起爆炸。当光照不强，吸热模块自身产生的热量不够时，或者用户需要大量使用蒸汽时，可打开储热回管42上的控制阀门，将储热罐4中储存的温度较高的液态吸热介质释放出来，并流入热交换器2中与供水管3中的水进行热交换，产生大连供用户使用的蒸汽。

由此可见，本发明能够储热，能够持续产生热量，给用户使用带来便捷，并且成本低，利用太阳能代替工业燃煤来提供蒸汽，环保无污染。

其中，热交换产生的蒸汽可用于工业使用，例如工业发电，也可以用于居民日常生活使用，例如为家庭供暖或者煮饭、烧菜使用。

优选地，储液罐的外壁和/或内壁上设有保温层，以最大限度地保存液态吸热介质的能量，减少热量的流失。

优选地，所述热交换管21位于所述热交换器2中的部分为螺旋状，以增大热交换管21与供水管3的接触面积，提高热交换效率。

本发明中的太阳能真空管可以为全玻璃真空太阳集热管。

优选地，所述光热模块11还包括设置在所述太阳能真空管外的聚光罩。太阳能真空管不转动，聚光罩可围绕太阳能真空管转动。聚光罩能够跟踪太阳，获取最大的照射强度，提高光能利用效率。

具体地，光热模块11的结构包括抛物面型聚光罩、位于抛物面焦点轴线处的太阳能真空管、自动跟踪装置、介质控制装置、支架等。抛物面型聚光罩呈柱面状，以焦点为轴心，在驱动电机的带动下围绕焦点轴线转动，焦点轴线与地平面的夹角可以调整，以适应一年四季太阳光不同的照射角；太阳光可看作平行光线，正面照到抛物面型聚光罩的凹面上后被反射聚集到焦点轴线处(即太阳能真空管上)。太阳能真空管呈圆柱状，位于抛物面型聚光罩的焦点处，与焦点轴线重合，并相对固定，不转动，可以调整与地平面的夹角；作用是吸收太阳能，加热介质。自动跟踪装置接受太阳光源方位信号，控制驱动电机正向或反向转动，使聚光罩的凹面始终正对着太阳。介质控制装置检测介质的流量、压力和温度，根据需要控制相应调节阀的开度，以满足介质出口参数需要。支架支撑着整个光热模块11的重量，并将各部件有机地组合在一起。

光热模块11各部件的基本结构和工作原理如下：

抛物面型聚光罩：这是一个抛物线形柱面体，横截面为抛物线，有唯一的焦点。其线形适用于抛物线公式x2＝4fy，其中x和y分别为横坐标和纵坐标变量，f为焦距(即焦点到抛物线顶点的距离)。如果设定D为抛物线(聚光罩)的开口宽度，H为深度(即开口水平线至顶点的距离)，则上述公式即为(D/2)₂＝4fH，即H＝D²/(16f)，这就是抛物面型聚光罩的深度与宽度、焦距三者之间的关系。聚光罩的长度L可任意选取，但为了满足介质加热温度需要，并且节省材料，长度与宽度要选择适当的比例关系，即L＝kD；式中k为系数，可以等于1，也可以小于或大于1。聚光罩的两端部通过轴。

光热模块11可分为热水模块、蒸发模块和过热模块三个等级，其中，热水模块：这种等级的光热模块11是吸收太阳能对水进行加热，输出的是热水或饱和水。蒸发模块：这种等级的光热模块11是吸收太阳能对欠饱和水或饱和水进行加热，输出的是饱和蒸汽或微过热蒸汽。过热模块：这种等级的光热模块11是吸收太阳能对饱和蒸汽或微过热蒸汽进行加热，输出的是过热蒸汽。

多个光热模块11可以拼接成矩阵式，如图1中所示。在本发明中，优选地，光热模块11包括蒸发模块和过热模块这两种模块。

此外，本发明中的光热模块11可以根据所需的太阳能集热器1的大小进行模块化的拼搭，产品模块化设计，容量扩充性良好，能够自动控制。按照介质出口温度要求，可将多个光热模块11串联成一个单元组；根据介质流量需求，也可将多个光热模块11或多个单元组进行并联；太阳能蒸汽炉可以进行各种形式的拼接，达到任意大的容量，满足发电、供热和制冷需求。

光热模块11的串联和并联有多种方式：

第一种、光热模块11的串联：将第一级模块的介质出口与第二级模块的介质入口或将第二级模块的介质出口与第三级模块的介质入口进行连接，依此类推，即将前一级模块的介质出口与后一级模块的介质入口进行连接，以使最终出口介质达到较高的温度。

第二种、光热模块11的并联：将两个或两个以上的同等级模块单元组之间的介质入口与入口、出口与出口进行连接，以使最终出口介质达到较大的流量。

第三种、先并联再串联或先串联再并联：也可先将若干个同一等级的模块进行并联，构成一个单元组，使出口介质达到较大的流量，再将若干个单元组进行串联，使最终出口介质达到较高的温度。或者先串联再并联，满足出口介质温度和流量要求。

在本实施例中，所述太阳能集热器1包括多组光热模块11，各组所述光热模块11之间相互并联，以使最终出口介质达到较大的流量。

进一步地，每组所述光热模块11均包括多个光热模块11，多个所述光热模块11之间依次串联，以使最终出口介质达到较高的温度。

进一步地，如图1所示，所述太阳能集热器1还包括第一汇集管12和第二汇集管13，所述第一汇集管12分别与多组所述光热模块11的介质输出端连接，所述第二汇集管13分别与多组所述光热模块11的介质输出端连接；所述热交换管21的两端分别与所述第一汇集管12和所述第二汇集管13连通；所述储热进管41的一端与所述第一汇集管12连通，另一端与所述储热罐4的进口连通，所述储热回管42的一端与所述储热罐4的出口连通，另一端与所述第二汇集管13连通。本实施例通过设置第一汇集管12和第二汇集管13，将各组光热模块11分别汇集在第一汇集管12和第二汇集管13上，方便连接，热交换管21、储热进管41、储热出管只要分别与第一汇集管12和第二汇集管13连接，即可实现热交换管21、储热进管41、储热出管与介质输入端和介质输出端的连接。

进一步地，所述第一汇集管12与各组所述光热模块11的连接处分别设有第一阀门121，以控制各组所述光热模块11是否与所述第一汇集管12连通；所述第二汇集管13与各组所述光热模块11的连接处分别设有第二阀门131，以控制各组所述光热模块11是否与所述第二汇集管13连通。使用者可以根据需要控制各个第一阀门121，以选择性地使用各组光热模块11，可控性强。

进一步地，所述第一汇集管12上设有排气阀或者排气管。排气阀和排气管的作用是调节整个太阳能蒸汽炉的压力，适当的排出因为水升温而产生的蒸汽，保证整个太阳能蒸汽炉在一个恒定的压力范围内，保证不会产生爆炸事故。

进一步地，所述热交换管21和所述储热回管42上分别设有液压泵。液压泵用于提供液体流动的动力，其中，热交换管21上连接的液压泵用于促进热交换管21中的液态吸热介质流回太阳能集热器1中，储热回管42上连接的液压泵用于促进储热罐4中的液态吸热介质流回太阳能集热器1中。

进一步地，所述热交换管21上设有压力表14，压力表14用于检测热交换管21内的液态吸热介质的压力，避免发生爆炸；并且当通过观察压力表14得知热交换管21中的液态吸热介质的压力过大时，可打开储热尽管上的中控制阀门，使多余的液态吸热介质流入储热罐4中进行储存。

此外，在本实施例中，还可以在热交换管21上安装温度计，以测量热交换管21中的液态吸热介质的温度以便调节。

此外，在本发明提供的太阳能集热器1中，还可以在上述所述的管路上安装安全阀等工业锅炉器件。

此外，本发明采用上述所述的控制阀门、第一阀门121、第二阀门131、压力表14、温度计等部件来控制整个太阳能蒸汽炉的液态吸热介质的输送、温度以及压力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims

1.一种太阳能蒸汽炉，其特征在于，包括:太阳能集热器、热交换器、供水管和储热罐，其中，

2.根据权利要求1所述的太阳能蒸汽炉，其特征在于，所述光热模块还包括设置在所述太阳能真空管外的聚光罩。

3.根据权利要求1所述的太阳能蒸汽炉，其特征在于，所述太阳能集热器包括多组光热模块，各组所述光热模块之间相互并联。

4.根据权利要求3所述的太阳能蒸汽炉，其特征在于，每组所述光热模块均包括多个光热模块，多个所述光热模块之间依次串联。

5.根据权利要求3所述的太阳能蒸汽炉，其特征在于，所述太阳能集热器还包括第一汇集管和第二汇集管，所述第一汇集管分别与多组所述光热模块的介质输出端连接，所述第二汇集管分别与多组所述光热模块的介质输出端连接；

6.根据权利要求5所述的太阳能蒸汽炉，其特征在于，所述第一汇集管与各组所述光热模块的连接处分别设有第一阀门，以控制各组所述光热模块是否与所述第一汇集管连通；

7.根据权利要求5所述的太阳能蒸汽炉，其特征在于，所述第一汇集管上设有排气阀或者排气管。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的太阳能蒸汽炉，其特征在于，所述液态吸热介质为联二苯和苯二醚中的一种或者两种的混和物。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的太阳能蒸汽炉，其特征在于，所述热交换管和所述储热回管上分别设有液压泵。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的太阳能蒸汽炉，其特征在于，所述热交换管上设有压力表。