CN106016213A - 一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉,包括太阳能供热装置、缓冲装置以及蒸发器；太阳能供热装置通过输出管道与缓冲装置相连接；缓冲装置通过稳流管与蒸发器相连，蒸发器通过回流管与太阳能供热装置相连，回流管上设置有电磁泵；缓冲装置、输出管道、稳流管和回流管的外表面设置有保温层。还提供了该锅炉的使用方法，利用液态金属作为传热介质，太阳能供热装置将液态金属加热；高温液态金属进入缓冲装置，缓冲装置向蒸发器输出流量稳定的液态金属，液态金属在蒸发器将执行介质加热成为高温蒸汽；温度降低的液态金属回流至太阳能供热装置。液态金属能够被加热到较高的温度，将执行介质加热成高温蒸汽，具有广泛的应用价值。

Description

一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉及其使用方法

技术领域

本发明属于锅炉设备领域，尤其是一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉及其使用方法。

背景技术

蒸汽与人们的生活息息相关，在北方用于冬季取暖，日常生活中用于加热冷水、蒸饭等。另外，在工业生产中有广泛的应用，如化工、造纸、塑料、食品、烟草、木材、纺织、医药等领域都需要蒸汽作为热原。传统的锅炉使用化石燃料、天然气、煤炭等资源制造蒸汽，这些资源都是不可再生的，且燃烧造成严重的环境污染。

太阳能锅炉是将太阳能转化为热能并制造蒸汽的装置，太阳能绿色环保，无气体排放，零污染，取之不尽，用之不竭，是未来新能源的重要组成部分，利用太阳能锅炉制造蒸汽将是工业蒸汽的重要来源。

目前，传统的太阳能锅炉受到传热介质的制约，只能产生中低温度的蒸汽，大大地限制了太阳能锅炉的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉及其使用方法，能够制造高温蒸汽，扩大太阳能锅炉的使用范围。

本发明的目的是这样实现的：使用液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，包括太阳能供热装置、缓冲装置以及蒸发器；

所述蒸发器设置有液态金属进口、液态金属出口、蒸汽进口和蒸汽出口，所述蒸汽进口设置有进汽管，蒸汽出口设置有出汽管；

所述太阳能供热装置通过输出管道与缓冲装置相连接，所述输出管道上设置有第一阀门和第一电磁泵；所述缓冲装置通过稳流管与蒸发器的液态金属进口相连，所述蒸发器的液态金属出口通过回流管与太阳能供热装置相连，所述回流管上设置有第二电磁泵；

所述缓冲装置、输出管道、稳流管和回流管的外表面均设置有保温层。

进一步地，所述进汽管上设置有预热器，所述回流管经过预热器后再与太阳能供热装置相连。

进一步地，所述进汽管上设置有除氧器，所述除氧器、预热器和蒸发器依次相连。

进一步地，所述缓冲装置、输出管道、稳流管和回流管的材质为钨、铼、钽、铌、钼、钛、铅、铬或钽钨合金，或者所述缓冲装置、输出管道、稳流管和回流管的内表面设置耐热、防腐层。

进一步地，所述缓冲装置与蒸发器之间设置有储热装置，所述储热装置的外表面设置有保温层。

进一步地，所述保温层为岩棉层、硅酸铝层、微孔硅酸钙层或超细纤维玻璃层。

进一步地，所述回流管与输出管道之间通过连接管连通，所述连接管上设置有第二阀门，所述第一阀门设置于太阳能供热装置与连接管道之间的输出管道上，所述太阳能供热装置与连接管道之间的回流管上设置有第三阀门。

上述锅炉的使用方法，利用室温液态金属或熔点低于230℃的金属或合金作为传热介质，包括以下步骤：

A、太阳能供热装置将太阳能转化为热能，将液态金属加热；

B、高温液态金属通过输出管道进入缓冲装置，缓冲装置通过稳流管向蒸发器输出流量稳定的液态金属，同时向蒸发器的进汽管通入执行介质，液态金属的热量在蒸发器中将热量传递至执行介质，使执行介质变为高温蒸汽，并从出汽管输出至执行设备；

C、温度降低的液态金属在第二电磁泵的作用下回流至太阳能供热装置；

D、重复A、B、C。

进一步地，步骤C中，温度降低的液态金属与待加热的执行介质进行换热，将执行介质进行预热后再流回太阳能供热装置。

进一步地，所述液态金属为镓基合金、铟基合金、钠合金、钾合金、铋基合金、锡基合金或铅基合金。

本发明的有益效果是：液态金属的熔点低、沸点高、导热率高、蒸气压低，能够被加热到较高的温度，将执行介质如水等加热成高温蒸汽，广泛应用于国民生活和工业生产；且在高温下保持为液体形态，压力稳定，便于输送和控制，降低管道和设备的抗压要求。

附图说明

图1是本发明的示意图；

附图标记：1—太阳能供热装置；11—输出管道；12—第一阀门；13—连接管；14—第二阀门；15—第三阀门；16—第一电磁泵；2—缓冲装置；21—稳流管；3—蒸发器；31—进汽管；32—出汽管；33—回流管；34—第二电磁泵；4—预热器；5—除氧器；6—储热装置；

空心箭头为液态金属的流动方向，实心箭头为执行介质的流动方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明的以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，包括太阳能供热装置1、缓冲装置2以及蒸发器3；

所述蒸发器3设置有液态金属进口、液态金属出口、蒸汽进口和蒸汽出口，所述蒸汽进口设置有进汽管31，蒸汽出口设置有出汽管32；

所述太阳能供热装置1通过输出管道11与缓冲装置2相连接，所述输出管道11上设置有第一阀门12和第一电磁泵16；所述缓冲装置2通过稳流管21与蒸发器3的液态金属进口相连，所述蒸发器3的液态金属出口通过回流管33与太阳能供热装置1相连，所述回流管33上设置有第二电磁泵34；

所述缓冲装置2、输出管道11、稳流管21和回流管33的外表面均设置有保温层，用于防止液态金属携带的热量快速散发，避免热量浪费。

太阳能供热装置1用于收集太阳能并将太阳能转化为液态金属携带的热能，可选用自槽式、塔式、线性菲涅尔式太阳能光热聚集装置实现。缓冲装置2用于暂时存储高温液态金属，并输出流量稳定的液态金属，从而为蒸发器3提供稳定的热量输出。高温液态金属达到蒸发器3后，将热量传递至执行介质，执行介质可以是水等，产生高温蒸汽并从蒸汽出口输出至执行设备。第一电磁泵16和第二电磁泵34用于将热交换后的液态金属送回至太阳能供热装置1，其结构简单，控制方便，无噪声，且不与液态金属直接接触，是驱动液态金属最好的工具。液态金属的熔点低、沸点高、导热率高、蒸气压低，能够被加热到较高的温度，将执行介质加热成高温蒸汽，广泛应用于国民生活和工业生产；且液态金属在高温下保持为液体形态，压力稳定，便于输送和控制，降低管道和设备的抗压要求。

所述进汽管31上设置有预热器4，所述回流管33经过预热器4后再与太阳能供热装置1相连。预热器4中，执行介质被液态金属剩余的热量预热后，再进入蒸发器3与高温液态金属进行热交换，进一步地增加蒸汽的温度。

所述进汽管31上设置有除氧器5，所述除氧器5、预热器4和蒸发器3依次相连。除氧器5用于除去水中的氧气，提供给蒸发器3高品质的蒸汽源，最后输出高品质的高温蒸汽。

本锅炉系统中，管道和设备均需要承受高温，且液态金属的活性较强，要防止液态金属发生化学反应，因此，所述缓冲装置2、输出管道11、稳流管21和回流管33的材质为钨、铼、钽、铌、钼、钛、铅、铬或钽钨合金，或者所述缓冲装置2、输出管道11、稳流管21和回流管33的内表面设置耐热、防腐层。具体地，在500℃左右的温度下，与液态金属直接接触的管道和设备采用钨、铼、钽、铌、钼、钛、铅、铬或钽钨合金，或者在管道和设备的内壁设置这些材料的镀层、喷涂层，又或者涂设耐高温的油漆、石英玻璃、氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷。在500℃至800℃的温度下，与液态金属直接接触的管道和设备采用钨、铼、钽、钽钨合金，或者在管道和设备的内壁设置这些材料的镀层、喷涂层，又或者涂设耐高温的油漆、石英玻璃、氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷。在800℃以上的温度下，与液态金属直接接触的管道和设备采用钨或铼，或者在管道和设备的内壁设置钨或铼的镀层、喷涂层，又或者涂设耐高温的油漆或石英玻璃。上述材料耐高温，且化学性质稳定，不会与液态金属发生反应，保证系统正常运行。

所述缓冲装置2与蒸发器3之间设置有储热装置6，所述储热装置6的外表面设置有保温层。当阳光充足时，储热装置6将部分高温液态金属存储，只输出满足使用要求的高温液态金属；晚上或者阴天时，再将储热装置6的高温液态金属输出，从而提高热能的利用率，并使系统能够持续供热。保温层用于减缓热量散失。

所述保温层可以采用岩棉层、硅酸铝层、微孔硅酸钙层或超细纤维玻璃层。

所述回流管33与输出管道11之间通过连接管13连通，所述连接管13上设置有第二阀门14，所述第一阀门12设置于太阳能供热装置1与连接管道13之间的输出管道11上，所述太阳能供热装置1与连接管道13之间的回流管33上设置有第三阀门15。当系统在夜间运行时，开启第二阀门14，关闭第一阀门12和第三阀门15，液态金属循环时不经过太阳能供热装置1，缩短了流动路程，降低了热量损耗，提高热量的利用率。

上述锅炉的使用方法，利用室温液态金属或熔点低于230℃的金属或合金作为传热介质，包括以下步骤：

A、太阳能供热装置1将太阳能转化为热能，将液态金属加热；

B、高温液态金属通过输出管道11进入缓冲装置2，缓冲装置2通过稳流管21向蒸发器3输出流量稳定的液态金属，同时向蒸发器3的进汽管31通入执行介质，液态金属的热量在蒸发器3中将热量传递至执行介质，使执行介质变为高温蒸汽，并从出汽管32输出至执行设备；

C、温度降低的液态金属与待加热的执行介质进行换热后，在第二电磁泵34的作用下回流至太阳能供热装置1；

D、重复A、B、C。

液态金属包括常温液态金属和低熔点金属及其合金。常温液态金属包括镓基合金、铟基合金、钠合金、钾合金等，如镓、铟、锌、锡、铋、铅、锂、钠、钾等一种或多种金属混合熔炼而成。低熔点金属包括铋基合金、锡基合金或铅基合金，包括镓、铟、锌、锡、铋、铅、铜、金、银、铝等熔点在25℃至230℃的一种金属或多种金属合金。执行介质采用水，执行设备可以是蒸汽发电机、蒸汽清洗机、蒸汽加热机等工业设备。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：包括太阳能供热装置（1）、缓冲装置（2）以及蒸发器（3）；所述蒸发器（3）设置有液态金属进口、液态金属出口、蒸汽进口和蒸汽出口，所述蒸汽进口设置有进汽管（31），蒸汽出口设置有出汽管（32）；

所述太阳能供热装置（1）通过输出管道（11）与缓冲装置（2）相连接，所述输出管道（11）上设置有第一阀门（12）和第一电磁泵（16）；所述缓冲装置（2）通过稳流管（21）与蒸发器（3）的液态金属进口相连，所述蒸发器（3）的液态金属出口通过回流管（33）与太阳能供热装置（1）相连，所述回流管（33）上设置有第二电磁泵（34）；

所述缓冲装置（2）、输出管道（11）、稳流管（21）和回流管（33）的外表面均设置有保温层。

2.根据权利要求1所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：所述进汽管（31）上设置有预热器（4），所述回流管（33）经过预热器（4）后再与太阳能供热装置（1）相连。

3.根据权利要求2所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：所述进汽管（31）上设置有除氧器（5），所述除氧器（5）、预热器（4）和蒸发器（3）依次相连。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：所述缓冲装置（2）、输出管道（11）、稳流管（21）和回流管（33）的材质为钨、铼、钽、铌、钼、钛、铅、铬或钽钨合金，或者所述缓冲装置（2）、输出管道（11）、稳流管（21）和回流管（33）的内表面设置耐热、防腐层。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：所述缓冲装置（2）与蒸发器（3）之间设置有储热装置（6），所述储热装置（6）的外表面设置有保温层。

6.根据权利要求5所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：所述保温层为岩棉层、硅酸铝层、微孔硅酸钙层或超细纤维玻璃层。

7.根据权利要求5所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：所述回流管（33）与输出管道（11）之间通过连接管（13）连通，所述连接管（13）上设置有第二阀门（14），所述第一阀门（12）设置于太阳能供热装置（1）与连接管道（13）之间的输出管道（11）上，所述太阳能供热装置（1）与连接管道（13）之间的回流管（33）上设置有第三阀门（15）。

8.权利要求1所述以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉的使用方法，其特征在于，利用室温液态金属或熔点低于230℃的金属或合金作为传热介质，包括以下步骤：

A、太阳能供热装置（1）将太阳能转化为热能，将液态金属加热；

B、高温液态金属通过输出管道（11）进入缓冲装置（2），缓冲装置（2）通过稳流管（21）向蒸发器（3）输出流量稳定的液态金属，同时向蒸发器（3）的进汽管（31）通入执行介质，液态金属的热量在蒸发器（3）中将热量传递至执行介质，使执行介质变为高温蒸汽，并从出汽管（32）输出至执行设备；

C、温度降低的液态金属在第二电磁泵（34）的作用下回流至太阳能供热装置（1）；

D、重复A、B、C。

9.根据权利要求8所述以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉的使用方法，其特征在于，步骤C中，温度降低的液态金属与待加热的执行介质进行换热，将执行介质进行预热后再流回太阳能供热装置（1）。

10.根据权利要求8或9所述以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉的使用方法，其特征在于，所述液态金属为镓基合金、铟基合金、钠合金、钾合金、铋基合金、锡基合金或铅基合金。