CN108562058B - 太阳能集热管隔热保温防护系统 - Google Patents

太阳能集热管隔热保温防护系统 Download PDF

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Abstract

一种太阳能集热管隔热保温防护系统，用于阻止或延缓各类太阳能光热利用设备在非工作状态时的散热损失，它包括若干个套装在太阳能集热管上的气动隔热保温罩；还包括与若干个气动隔热保温罩配套使用的气体压缩机、气体缓冲罐和真空抽吸泵；气体缓冲罐的气流驱动接口通过管道同时与若干个气动隔热保温罩的气动控制接口相连，通过气体缓冲罐驱动气动隔热保温罩，从而使若干个气动隔热保温罩在太阳能集热管工作时呈同步收缩状态、在太阳能集热管非工作时呈同步展开状态。本发明主要应用于太阳能光热利用领域、尤其适合以熔盐为传热工质的太阳能集热发电系统，将大幅降低集热管的热损，同时还适用于海水淡化、空调、干燥等领域为相应管道提供保温防护。

Description

太阳能集热管隔热保温防护系统
技术领域
本发明涉及太阳能光热利用技术领域，具体地指一种太阳能集热管隔热保温防护系统。
背景技术
随着传统化石能源如煤、石油、天然气等储量的日益减少，以及由于使用化石能源带来的环境污染问题直接威胁着人类的生存和发展，重视和发展可再生的环保型能源已成为各国政府的共同目标，而太阳能作为最常见的环保型能源，普遍被全世界采用。
人类利用太阳能的历史已有几千年，现代意义上的开发利用却只有半个世纪的时间。1954年美国贝尔实验室研制出世界第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发利用的新篇章。之后，太阳能开发利用技术发展很快，特别是上世纪70年代爆发的世界性石油危机，有力地推动了太阳能开发利用技术的发展进程。经过半个世纪的努力，太阳能光热利用及其产业异军突起，成为能源工业的一支生力军。
我国处于太阳能资源丰富地区，2/3以上地区的年日照时间大于2000小时，年均辐射量约为5900MJ/m2，每年地表吸收的太阳能相当于1.7亿吨标准煤。因此，早在1958年，我国就开始涉足研发太阳能集热器。1973年，世界性石油危机的爆发刺激了人们对太阳能技术的研究与开发，相对于太阳能电池的价格昂贵、效率较低，太阳能光热发电的效率较高、技术比较成熟。许多工业发达国家，都将太阳能光热发电技术作为国家研究开发的重点。从1981～1991年10年间，全世界建造了大量装机容量为500KW以上的各种不同形式的兆瓦级太阳能光热发电试验电站，其中主要的形式是塔式电站，其最大发电功率为80MW。但是，由于塔式电站的投资过大，且降低造价十分困难，因此太阳能光热发电站的建设逐渐冷落下来。
与塔式光热发电站同期出现的还有一种槽式光热发电站，它是借助槽形抛物面聚光器将太阳光聚焦反射到接收集热管上，多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，加热管内传热工质，产生过热蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。由于太阳能反射镜是固定在地上的，所以不仅能更有效地抵御风雨的侵蚀破坏，而且还大大降低了反射镜支架的造价，从而降低光热发电站的初期建设投资。
近年来全球范围内的研发机构、光热发电相关设备公司都在努力寻求新的技术突破，以此降低太阳能光热发电成本。部分公司提出了以熔盐做为光热发电系统的传热、储热工质，以此简化光热发电集热岛系统，熔盐作为传热介质简化了系统，但因熔盐熔点较一般传热、储热工质高，在太阳岛休眠状态下为维持熔盐流动状态管道系统会损失大量的热能，集热管热损尤其大；以熔盐为传热工质的太阳能光热系统，因管道系统的热损过大已经制约了其推广应用。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有太阳能光热系统在休眠状态下，为维持如熔盐等传热工质流动状态而导致的热损过大的缺陷，提供一种能减少集热管在休眠状态下热量损耗，降低管道系统热损耗、提高太阳能转化率的太阳能集热管隔热保温防护系统。
为实现上述目的，本发明所设计的太阳能集热管隔热保温防护系统，主要用于阻止或延缓各类太阳能光热利用设备中的太阳能集热管在非工作状态时的散热损失，其特殊之处在于：
它包括若干个套装在太阳能集热管上并可以沿其轴向作伸缩运动的气动隔热保温罩；它还包括与若干个气动隔热保温罩配套使用的气体压缩机、气体缓冲罐和真空抽吸泵；
所述气体压缩机的输出端通过压缩机控制阀与所述气体缓冲罐的进气接口相连；所述真空抽吸泵的输入端通过真空泵控制阀与气体缓冲罐的出气接口相连；
所述气体缓冲罐的气流驱动接口通过管道同时与若干个气动隔热保温罩的气动控制接口相连，从而使若干个气动隔热保温罩在太阳能集热管工作时呈同步收缩状态、在太阳能集热管非工作时呈同步展开状态。
作为优选方案，所述气动隔热保温罩整体上呈波纹管式伸缩结构，它具有同轴设置的内侧波纹管和外侧波纹管，所述内侧波纹管的管腔构成供太阳能集热管穿过的安装通孔，所述内侧波纹管与外侧波纹管之间围合构成环形气体夹套，所述环形气体夹套两端设置有环形密封挡板，所述外侧波纹管上设置有与环形气体夹套连通的气动控制接口，从而通过气流调节气动隔热保温罩的伸缩状态。
进一步地，所述内侧波纹管与外侧波纹管之间同轴设置有至少一根中间波纹管，所述中间波纹管将所述环形气体夹套的内腔同轴分隔成至少两个缝隙狭小的子环形气体夹套，且每一子环形气体夹套均与气动控制接口连通，从而通过狭小空间减少气体自然对流强度、增加保温效果。
再进一步地，所述内侧波纹管、中间波纹管、以及外侧波纹管之间设置有超薄加强筋，从而增强刚性确保气动隔热保温罩轴向伸缩运动稳定。
更进一步地，所述内侧波纹管、中间波纹管、以及外侧波纹管之间设置有超薄肋片，从而将环形气体夹套的内腔隔成成更狭小的气体空间，基本上规避内部对流换热，加强保温效果。
作为优选方案，所述气动隔热保温罩在太阳能集热管工作时分别收缩定位在太阳能集热管的各个结合处，从而将太阳能集热管完全暴露在外；所述气动隔热保温罩在太阳能集热管非工作时分别膨胀展开，直至相邻气动隔热保温罩的端面相互抵接，从而将太阳能集热管完全罩住。
本发明的优点在于：所设计的太阳能集热管隔热保温防护系统通过调整气动隔热保温罩内的压力驱动其沿太阳能集热管伸长、收缩，实现对太阳能集热管的屏蔽保温作用，在保温状态下有效降低太阳能集热管外部空气对流及辐射传热；采用气体作为传动工质，具有耐高温、无腐蚀、安全无毒、获取方式简单、改造及维护成本低廉等特点。该保温防护系统主要应用于太阳能光热利用领域、尤其适合以熔盐为传热工质的太阳能集热发电系统，将大幅降低熔盐传热管道的热损；所设计的太阳能集热管隔热保温防护系统还适用于海水淡化、空调、干燥等领域为相应管道提供保温防护。
附图说明
图1为本发明太阳能集热管隔热保温防护系统在非工作状态的结构示意图；
图2为本发明太阳能集热管隔热保温防护系统在工作状态的结构示意图；
图3为本发明防护系统中气动隔热保温罩的第一种局部放大剖面结构示意图(实施例1)；
图4为本发明防护系统中气动隔热保温罩的第二种局部放大剖面结构示意图(实施例2)；
图5为本发明防护系统中气动隔热保温罩的使用效果示意图；
图中：气体压缩机100；压缩机控制阀200；气体缓冲罐300；真空抽吸泵400；真空泵控制阀500；气动隔热保温罩600(其中：内侧波纹管601、外侧波纹管602、安装通孔603、环形气体夹套604、子环形气体夹套6041、环形密封挡板605、气动控制接口606、中间波纹管607)；太阳能集热管700；太阳能反射镜800。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1～5示出了本发明太阳能集热管隔热保温防护系统的具体组成和结构，它主要用于阻止或延缓各类太阳能光热利用设备中的太阳能集热管700在非工作状态时的散热损失，上述太阳能集热管700安装在太阳能反射镜800的聚焦点上。
本发明所设计的隔热保温防护系统包括若干个套装在太阳能集热管700上并可以沿其轴向作伸缩运动的气动隔热保温罩600；同时，它还具有与若干个气动隔热保温罩600配套使用的气体压缩机100、气体缓冲罐300和真空抽吸泵400；
气体压缩机100的输出端通过压缩机控制阀200与气体缓冲罐300的进气接口相连；真空抽吸泵400的输入端通过真空泵控制阀500与气体缓冲罐300的出气接口相连；气体缓冲罐300的气流驱动接口通过管道同时与若干个气动隔热保温罩600的气动控制接口相连，从而使若干个气动隔热保温罩600在太阳能集热管700工作时呈同步收缩状态、在太阳能集热管700非工作时呈同步展开状态。
更具地体，气动隔热保温罩600在太阳能集热管700工作时分别收缩定位在太阳能集热管700的各个结合处，从而将太阳能集热管700完全暴露在外；气动隔热保温罩600在太阳能集热管700非工作时分别膨胀展开，直至相邻气动隔热保温罩600的端面相互抵接，从而将太阳能集热管700完全罩住。
实施例1：
本实施例中，气动隔热保温罩600整体上呈波纹管式伸缩结构，它具有同轴设置的内侧波纹管601和外侧波纹管602，内侧波纹管601的管腔构成供太阳能集热管700穿过的安装通孔603，内侧波纹管601与外侧波纹管602之间围合构成环形气体夹套604，环形气体夹套604两端设置有环形密封挡板605，外侧波纹管602上设置有与环形气体夹套604连通的气动控制接口606，气动控制接口606通过管道与气体缓冲罐300的气流驱动接口相连，从而通过气流调节气动隔热保温罩600的伸缩状态。
实施例2：
本实施例中，气动隔热保温罩600的整体结构与实施例1基本相同，只是内侧波纹管601与外侧波纹管602之间同轴设置有两根中间波纹管607，两根中间波纹管607将环形气体夹套604的内腔同轴分隔成三个缝隙狭小的子环形气体夹套6041，且每一子环形气体夹套6041均与气动控制接口606连通，气动控制接口606再通过管道与气体缓冲罐300的气流驱动接口相连，从而通过狭小空间减少气体自然对流强度、增加保温效果。
另外，还可以在上述内侧波纹管601、中间波纹管607、以及外侧波纹管602之间设置超薄加强筋(图中未示出)，从而增强刚性确保气动隔热保温罩600轴向伸缩运动稳定。
为了加强保温效果，内侧波纹管601、中间波纹管607、以及外侧波纹管602之间还可以设置超薄肋片(图中未示出)，从而将环形气体夹套604的内腔隔成成更狭小的气体空间，基本上规避内部对流换热，优化保温效果。
上述太阳能集热管隔热保温防护系统的工作原理如下：
如图1所示，当天气晴好太阳能集热管700处于吸热工作状态时，气体压缩机100停机、压缩机控制阀200关闭，真空抽吸泵400运行、真空泵控制阀500开启，气体缓冲罐300内部气体被抽出罐体，气体缓冲罐300内部压力变低，从而将与其连通的每个气动隔热保温罩600中的空气抽出，气动隔热保温罩600内部气体通过管道流入气体缓冲罐300内，气动隔热保温罩600内部压力变低，当其内部压力低于大气压时，驱动气动隔热保温罩600沿太阳能集热管700轴向收缩运动，直到气动隔热保温罩600收缩至太阳能集热管700连接处的固定点。气动隔热保温罩600完全收缩后，太阳能集热管700在太阳能反射镜800的聚焦作用下进行正常吸热工作，气体缓冲罐300在整个系统中起到压力平衡左右，防止系统压力过大变化。
如图2所示，当处于夜晚或阴雨天太阳能集热系统处于停机状态时，气体压缩机100工作、压缩机控制阀200开启，真空抽吸泵400停机、真空泵控制阀500关闭，气体被压缩注入气体缓冲罐300内，气体缓冲罐300内部压力变高，气体缓冲罐300内部气体通过管道充入到气动隔热保温罩600内，气动隔热保温罩600内部压力变高，当其内部压力大于大气压时，驱动气动隔热保温罩600沿太阳能集热管700轴向膨胀运动，直到套装在太阳能集热管700上的相邻两个气动隔热保温罩600膨胀相互接触为止。气动隔热保温罩600完全膨胀后，气动隔热保温罩600内部由多个中间波纹管607分隔而形成的多层子环形气体夹套6041内充满气体，构成多层保温层，可大幅减少太阳能集热管700外壁空气对流及辐射换热，以此起到保温作用。
实验表明：上述太阳能集热管隔热保温防护系统具有如下有益效果：
1、采用气体传动的方式来驱动气动隔热保温罩600的伸长、收缩，实现对太阳能集热管700的屏蔽保温作用，在保温状态下有效降低了太阳能集热管700外部的对流及辐射传热。
2、气动隔热保温罩600内部由多个中间波纹管607分隔成多个小的气体保温层，内侧波纹管601、中间波纹管607、以及外侧波纹管602之间设置有超薄肋片，可以将环形气体夹套604的内腔隔成成更狭小的气体空间，基本上规避内部对流换热，加强保温效果。
3、采用气体作为传动工质，具有耐高温、无腐蚀且价格低廉、安全无毒、获取方式简单的特性，整体保温系统简单，管材无耐腐蚀要求，可降低保温系统建设成本及运行维护成本。
4、本发明所设计的太阳能集热管隔热保温防护系统还适用于海水淡化、空调、干燥等领域为集热管提供保温效果。

Claims (5)

1.一种太阳能集热管隔热保温防护系统，主要用于阻止或延缓各类太阳能光热利用设备中的太阳能集热管(700)在非工作状态时的散热损失，其特征在于：
它包括若干个套装在太阳能集热管(700)上并可以沿其轴向作伸缩运动的气动隔热保温罩(600)；它还包括与若干个气动隔热保温罩(600)配套使用的气体压缩机(100)、气体缓冲罐(300)和真空抽吸泵(400)；
所述气体压缩机(100)的输出端通过压缩机控制阀(200)与所述气体缓冲罐(300)的进气接口相连；所述真空抽吸泵(400)的输入端通过真空泵控制阀(500)与气体缓冲罐(300)的出气接口相连；
所述气体缓冲罐(300)的气流驱动接口通过管道同时与若干个气动隔热保温罩(600)的气动控制接口相连，所述气动隔热保温罩(600)整体上呈波纹管式伸缩结构，它具有同轴设置的内侧波纹管(601)和外侧波纹管(602)，所述内侧波纹管(601)的管腔构成供太阳能集热管(700)穿过的安装通孔(603)，所述内侧波纹管(601)与外侧波纹管(602)之间围合构成环形气体夹套(604)，所述环形气体夹套(604)两端设置有环形密封挡板(605)，所述外侧波纹管(602)上设置有与环形气体夹套(604)连通的气动控制接口(606)；从而使若干个气动隔热保温罩(600)在太阳能集热管(700)工作时呈同步收缩状态、在太阳能集热管(700)非工作时呈同步展开状态。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热管隔热保温防护系统，其特征在于：所述内侧波纹管(601)与外侧波纹管(602)之间同轴设置有至少一根中间波纹管(607)，所述中间波纹管(607)将所述环形气体夹套(604)的内腔同轴分隔成至少两个缝隙狭小的子环形气体夹套(6041)，且每一子环形气体夹套(6041)均与气动控制接口(606)连通，从而通过狭小空间减少气体自然对流强度、增加保温效果。
3.根据权利要求2所述的太阳能集热管隔热保温防护系统，其特征在于：所述内侧波纹管(601)、中间波纹管(607)、以及外侧波纹管(602)之间设置有超薄加强筋，从而增强刚性确保气动隔热保温罩(600)轴向伸缩运动稳定。
4.根据权利要求2所述的太阳能集热管隔热保温防护系统，其特征在于：所述内侧波纹管(601)、中间波纹管(607)、以及外侧波纹管(602)之间设置有超薄肋片，从而将环形气体夹套(604)的内腔隔成成更狭小的气体空间，基本上规避内部对流换热，加强保温效果。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的太阳能集热管隔热保温防护系统，其特征在于：所述气动隔热保温罩(600)在太阳能集热管(700)工作时分别收缩定位在太阳能集热管(700)的各个结合处，从而将太阳能集热管(700)完全暴露在外；所述气动隔热保温罩(600)在太阳能集热管(700)非工作时分别膨胀展开，直至相邻气动隔热保温罩(600)的端面相互抵接，从而将太阳能集热管(700)完全罩住。
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