CN107504697A - 一种太阳能加热装置以及用于加热高粘度流体的加热组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能加热装置以及用于加热高粘度流体的加热组件，在所述太阳能加热装置中，集热蒸发管由框架支撑，并且集热蒸发管的两端均通过绝热管与冷凝换热器相连，形成一个密闭的环形空间；集热蒸发管具有真空管和蒸发管，蒸发管内填充有多孔吸液材料，与蒸发管相连的绝热管中也填充有多孔吸液材料；换热器外壳内安装有螺旋冷凝管，螺旋冷凝管的两端分别与绝热管相连，并且在螺旋冷凝管内也填充有多孔吸液材料；加热进液管分别与所述换热器外壳的两端相连；太阳能反射镜面能够旋转地安装在框架上。本发明可用于原油的加热，降低原油的粘度，改善原油的流动性，相对于传统原油加热炉减少了CO2等污染排放。

Description

一种太阳能加热装置以及用于加热高粘度流体的加热组件
技术领域
本发明涉及太阳能利用领域，尤其涉及一种太阳能加热装置以及用于加热原油等高粘度流体(例如原油)的太阳能加热组件。
背景技术
目前，太阳能加热装置主要有两种方式，一种是间接加热方式，其采用传热工质(如导热油)将收集的太阳能通过换热器传递给被加热对象，然而，由于传热工质及换热器材质的导热系数的限制，太阳能加热装置的热能传递效率较低；另一种是直接加热方式，其是在太阳能集热管中直接通入被加热对象进行加热，这种方式对流动性好的低粘度被加热对象(如水或蒸汽等)加热效果较好，而对高粘度被加热对象(如原油)，由于被加热对象流动性较差，造成集热管热应力分布不均匀，极易造成集热管炸裂，致使太阳能加热装置不能正常运行。
鉴于现有太阳能加热装置对高粘度流体(如原油)加热效率不高的问题。本发明将槽式太阳能集热技术和热管换热技术相结合，创造性地提出一种对高粘度流体高效加热的太阳能加热装置以及用于加热高粘度流体的加热组件。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能加热装置以及用于加热高粘度流体的加热组件，其能够有效地对高粘度流体(如原油)进行加热。
为达上述目的，本发明提供一种太阳能加热装置，其包括：太阳能反射镜面、集热蒸发管、绝热管、冷凝换热器、加热进液管、框架、多孔吸液材料以及螺旋冷凝管，
所述集热蒸发管由框架支撑，并且所述集热蒸发管的两端均通过绝热管与冷凝换热器相连，形成一个密闭的环形空间；
所述的集热蒸发管由真空管和固定在真空内的蒸发管组成，所述蒸发管的一端与所述绝热管相连，蒸发管的另一端悬空，并且所述蒸发管上密布小孔，蒸发管内填充有多孔吸液材料，与所述蒸发管相连的绝热管中也填充有多孔吸液材料；
所述冷凝换热器具有换热器外壳，所述换热器外壳内安装有所述螺旋冷凝管，螺旋冷凝管的两端分别与所述绝热管相连，并且在螺旋冷凝管内也填充有多孔吸液材料；
所述加热进液管分别与所述换热器外壳的两端相连；
所述太阳能反射镜面能够旋转地安装在所述框架上，并且位于所述集热蒸发管的下方，当所述太阳能反射镜面相对于集热蒸发管进行旋转时，能够使集热蒸发管始终处于反射镜面的焦点上。
所述的太阳能加热装置，其中，所述集热蒸发管除去蒸发管的部分、以及未填充多孔吸液材料的绝热管组成的封闭空间内注入有传热工质。
所述的太阳能加热装置，其中，所述绝热管和冷凝换热器的外表面均敷设有保温材料。
所述的太阳能加热装置，其中，所述太阳能反射镜面通过镜面调节机构安装在框架上。
所述的太阳能加热装置，其中，所述镜面调节机构与所述太阳能反射镜面通过铰接/轴承连接的方式连接。
所述的太阳能加热装置，其中，所述镜面调节机构与所述框架通过铰接/轴承连接的方式连接。
所述的太阳能加热装置，其中，所述蒸发管通过固定支架安装在真空管的中心位置。
本发明还提供一种用于加热高粘度流体的加热组件，其包括：上述的太阳能加热装置、连接管道、第一控制阀、第二控制阀以及加压泵，多组太阳能加热装置以串联、并联或串并联的方式通过连接管道连接成太阳能集热模块，并且在所述太阳能集热模块的上游设置有第二控制阀，在太阳能集热模块的下游设置有第一控制阀，所述第二控制阀的上游设置有加压泵。
所述的用于加热高粘度流体的加热组件，其中，还包括辅助加热炉、第三控制阀以及第四控制阀，所述太阳能集热模块与辅助加热炉并联，在所述辅助加热炉的上游设置第四控制阀，在辅助加热炉的下游设置第三控制阀，所述加压阀设置在所述太阳能集热模块和辅助加热炉的上游。
所述的用于加热高粘度流体的加热组件，其中，所述太阳能集热模块包括六组所述太阳能加热装置，其中每三组太阳能加热装置串联，串联成两列的太阳能加热装置并联在一起。
本发明的有益效果是：采用太阳能为供热热源，并结合热管的高效传热技术，形成太阳能加热装置，本发明的装置可实现加热温度大约在80℃至250℃之间，可用于原油的加热，从而提高原油的温度，降低原油的粘度，改善原油的流动性。相对于传统原油加热炉减少了CO2等污染排放，绿色环保，而且运行稳定可靠，易于维护，具有良好的经济和社会效益。本发明在油田的开发中具有广泛的应用空间。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为根据本发明的太阳能加热装置的立体示意图；
图2为根据本发明的太阳能加热装置的纵向剖视图；
图3为根据本发明的用于加热高粘度流体的加热组件的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
首先如图1和图2所示，其分别为根据本发明的太阳能加热装置的立体示意图和纵向剖视图。其中，所述太阳能加热装置主要包括：太阳能反射镜面1、集热蒸发管2、绝热管3、冷凝换热器4、加热进液管5、框架6、镜面调节机构7、多孔吸液材料11以及螺旋冷凝管12。
其中，所述集热蒸发管2由框架6支撑，并且所述集热蒸发管2的两端均通过绝热管3与冷凝换热器4相连，从而形成一个密闭的环形空间。
所述的集热蒸发管2由外面的真空管8和内部中心的蒸发管9组成，其中蒸发管上密布小孔，通过固定支架10使蒸发管9处于真空管8的中心位置，且蒸发管9的一端与绝热管3相连，另一端悬空。在蒸发管9内填充有多孔吸液材料11，此外，与蒸发管9相连的绝热管3中也填充有多孔吸液材料11。
所述冷凝换热器4具有换热器外壳，在所述换热器外壳内安装有所述螺旋冷凝管12，螺旋冷凝管12的两端分别与绝热管3相连，并且在螺旋冷凝管12内也填充有多孔吸液材料11。此外，所述换热器外壳的两端与所述加热进液管5相连。
将由集热蒸发管2除去蒸发管9的部分、以及未填充多孔吸液材料11的绝热管3组成的封闭空间抽成真空，然后在其内注入适量的传热工质，以实现最优的传热效果，具体传热工质的类型需依据被加热流体的最终加热温度决定，如用于低温导热采用水；高温导热采用联苯。
所述绝热管3和冷凝换热器4的外表面均可敷设有保温材料，减少绝热管3和冷凝换热器4的散热。
所述太阳能反射镜面1通过镜面调节机构7安装在框架6上，并且位于所述集热蒸发管2的下方，所述镜面调节机构7可采用铰接或者轴承连接的方式与太阳能反射镜面1和框架6连接，使太阳能反射镜面1相对于集热蒸发管2进行一定幅度的旋转，以使反射镜面的正面始终对准太阳，并且使集热蒸发管2始终处于反射镜面的焦点上。
根据本发明，太阳能加热装置的工作原理是：
根据全天中太阳的位置，镜面调节机构7使太阳能反射镜面1始终正面朝向太阳，以便集热蒸发管2始终处于反射镜面的焦点上，使集热蒸发管2的温度升高，这样集热蒸发管2始终处于较高温度。随着集热蒸发管2温度的升高，其内部的多孔吸液材料11中的液态工质不断气化蒸发，气态的工质沿绝热管3进入冷凝换热器4中的螺旋冷凝管12，在螺旋冷凝管12中冷凝发热后转化成液态。液态的工质通过多孔吸液材料11的毛细管力运移回集热蒸发管2内的蒸发管9中，如此循环进行。被加热流体(例如原油)通过加热进液管5进入冷凝换热器4，从而实现对被加热流体的加热。
整个传热过程通过传热工质的相变潜热实现，因此，本发明具有传热温差小，传热效率高的优点。此外，除镜面调节机构消耗很少电能外，本发明装置不消耗其他能耗，传热工质回流是通过多孔吸液材料11的毛细管力实现的。
再如图3所示，其为根据本发明的用于加热高粘度流体的加热组件的结构示意图。其中，所述用于加热高粘度流体的加热组件主要包括：多组太阳能加热装置13、连接管道14、第一控制阀151、第二控制阀152、第三控制阀153、第四控制阀154、辅助加热炉16以及加压泵17。
可根据需求确定所述太阳能加热装置的数量，将多组太阳能加热装置13以串联、并联或串并联的方式通过连接管道14连接成太阳能集热模块，图3中，每三组太阳能加热装置13串联，共有两列串联的太阳能加热装置并联在一起，而形成了太阳能集热模块，并且在太阳能集热模块的上游设置有第二控制阀152，在太阳能集热模块的下游设置有第一控制阀151。
太阳能集热模块与辅助加热炉16并联，在辅助加热炉16的上游和下游均设置有一个控制阀，具体为可在辅助加热炉的上游设置第四控制阀154，而在辅助加热炉16的下游设置第三控制阀153，此外在太阳能集热模块和辅助加热炉16的上游设置有加压泵17。
根据本发明，用于加热高粘度流体的加热组件的工作原理是：
将根据需求连接的太阳能集热模块与辅助加热炉16并联，在太阳辐射能够驱动蒸发管内工质将热能传递给被加热流体时，此时通过开启第一、第二控制阀151、152和加压泵17，并关闭第三、第四控制阀153、154，将被加热流体通过太阳能集热模块进行加热；而当太阳能不足以驱动蒸发管内工质将热能传递给被加热流体时，如夜间无太阳能辐照时，开启第三、第四控制阀153、154和加压泵17，并关闭第一、第二控制阀151、152，将被加热流体导入辅助加热炉16进行加热。
综上所述，本发明的有益效果是：采用太阳能为供热热源，并结合热管的高效传热技术，形成太阳能加热装置，本发明的装置可实现加热温度大约在80℃至250℃之间，可用于原油的加热，从而提高原油的温度，降低原油的粘度，改善原油的流动性。相对于传统原油加热炉减少了CO2等污染排放，绿色环保，而且运行稳定可靠，易于维护，具有良好的经济和社会效益。本发明在油田的开发中具有广泛的应用空间。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种太阳能加热装置，其特征在于，包括：太阳能反射镜面、集热蒸发管、绝热管、冷凝换热器、加热进液管、框架、多孔吸液材料以及螺旋冷凝管，
所述集热蒸发管由框架支撑，并且所述集热蒸发管的两端均通过绝热管与冷凝换热器相连，形成一个密闭的环形空间；
所述的集热蒸发管由真空管和固定在真空内的蒸发管组成，所述蒸发管的一端与所述绝热管相连，蒸发管的另一端悬空，并且所述蒸发管上密布小孔，蒸发管内填充有多孔吸液材料，与所述蒸发管相连的绝热管中也填充有多孔吸液材料；
所述冷凝换热器具有换热器外壳，所述换热器外壳内安装有所述螺旋冷凝管，螺旋冷凝管的两端分别与所述绝热管相连，并且在螺旋冷凝管内也填充有多孔吸液材料；
所述加热进液管分别与所述换热器外壳的两端相连；
所述太阳能反射镜面能够旋转地安装在所述框架上，并且位于所述集热蒸发管的下方，当所述太阳能反射镜面相对于集热蒸发管进行旋转时，能确保集热蒸发管始终处于反射镜面的焦点上。
2.根据权利要求1所述的太阳能加热装置，其特征在于，所述集热蒸发管除去蒸发管的部分、以及未填充多孔吸液材料的绝热管组成的封闭空间内注入有传热工质。
3.根据权利要求1所述的太阳能加热装置，其特征在于，所述绝热管和冷凝换热器的外表面均敷设有保温材料。
4.根据权利要求1所述的太阳能加热装置，其特征在于，所述太阳能反射镜面通过镜面调节机构安装在框架上。
5.根据权利要求1所述的太阳能加热装置，其特征在于，所述镜面调节机构与所述太阳能反射镜面通过铰接/轴承连接的方式连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的太阳能加热装置，其特征在于，所述镜面调节机构与所述框架通过铰接/轴承连接的方式连接。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的太阳能加热装置，其特征在于，所述蒸发管通过固定支架安装在真空管的中心位置。
8.一种用于加热高粘度流体的加热组件，其特征在于，包括：根据权利要求1至7中任一项所述的太阳能加热装置、连接管道、第一控制阀、第二控制阀以及加压泵，多组太阳能加热装置以串联、并联或串并联的方式通过连接管道连接成太阳能集热模块，并且在所述太阳能集热模块的上游设置有第二控制阀，在太阳能集热模块的下游设置有第一控制阀，所述第二控制阀的上游设置有加压泵。
9.根据权利要求8所述的用于加热高粘度流体的加热组件，其特征在于，还包括辅助加热炉、第三控制阀以及第四控制阀，所述太阳能集热模块与辅助加热炉并联，在所述辅助加热炉的上游设置第四控制阀，在辅助加热炉的下游设置第三控制阀，所述加压阀设置在所述太阳能集热模块和辅助加热炉的上游。
10.根据权利要求8所述的用于加热高粘度流体的加热组件，其特征在于，所述太阳能集热模块包括六组所述太阳能加热装置，其中每三组太阳能加热装置串联，串联成两列的太阳能加热装置并联在一起。
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