CN201521936U - 免跟踪逐次注入式直接产生蒸汽的装置 - Google Patents

Abstract

免跟踪逐次注入式直接产生蒸汽的装置，既能保留普通DSG系统单回路相对于常规聚光太阳能热利用双回路的优势，又利用热管技术实现源汇分离，将DSG系统的承压部分和吸热部分分开；该装置将多个聚光式热管真空集热管(1)经过串并联的排列，太阳光透过聚光式热管真空集热管(1)的玻璃外管(1-1)和真空腔(1-2)，直接或被聚光板(1-6)聚集后由选择性吸收涂层(1-3)吸收，加热热管(1-4)蒸发段内的工质(1-5)，热管(1-4)蒸发段内工质(1-5)蒸发上升至热管(1-4)的冷凝段，工质(1-5)蒸汽将热量传递给系统总管(4)中的冷却介质水(2)后，工质(1-5)凝结成液体重新回到热管(1-4)蒸发段循环使用。

Description

免跟踪逐次注入式直接产生蒸汽的装置

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能聚光集热系统，尤其是一种应用在太阳能中、高温系统中的太阳能聚光集热装置，属于太阳能集热技术领域。

背景技术

为了得到高温蒸汽、电能等，科研工作者对太阳能转换和利用中的聚光原理进行了探索和研究，开发出槽式太阳能热利用技术、塔式太阳能热利用技术和碟式太阳能热利用技术。槽式太阳能热利用技术是其中最为成熟的技术，已成为所有可再生能源技术中最有可能替代常规能源的一种手段。常规槽式太阳能热利用系统：一回路为聚光集热回路，工质为导热油，槽形聚光器聚光得到高能流密度的太阳能，通过集热管(一般为金属-玻璃直通式真空集热管)中的金属吸收管表面的吸收涂层转化为热能加热集热管内工质，得到高温的导热油；二回路为水-蒸汽回路，工质为水，通过换热器，一回路中的高温导热油将热量传递给二回路中的水，产生高温、高压蒸汽。

20世纪80年代，开始研究以水为工质的单回路逐次注入直接产生蒸汽(DSG：Direct Steam Generation)热利用系统。采用单回路原理，以水代替常规系统集热管内的导热油工质，吸收太阳能，直接获得高温、高压蒸汽。

逐次注入方式的聚光集热镜场分为许多不同的集热器单元，每个集热器单元拥有测量装置。工质水在集热器单元的入口处注入到单元的集热管中产生过热蒸汽。

相对于常规聚光太阳能热利用的双回路系统，单回路逐次注入DSG系统具有以下明显优点：1、虽然与蒸汽相关的高压运行条件带来管道费用的增加，但系统中可以省去导热油、熔盐等系统所需的换热器、火焰保护系统、油箱及其管路系统，该项费用足以得到弥补；2、由于省去了导热油系统中的换热器换热环节，系统的整体效率得到提高；3、由于工质粘性系数不同，DSG系统中集热器内部的压降减小，附加损失减小，因此运行成本也会相应减小。

尽管单回路逐次注入DSG系统具有诸多优点，但由于聚光后的太阳能“直接”作用在承受高温、高压的真空集热管的金属吸收管上，因而：1、为了应对DSG系统所产生的高压问题，对真空集热管的要求很高；2、在控制方面，系统仍采用跟踪动态结构，控制系统会十分复杂，并且在电站布置以及集热器倾斜角度方面也会很复杂；3、由水变为汽-水两相流流入金属吸收管时，管子会由于压力、振动等问题引起永久性变形或者会造成玻璃管破裂。

发明内容

技术问题：为了解决采用单回路逐次注入DSG的问题，本实用新型提出免跟踪逐次注入式直接产生蒸汽的装置，采用聚光式热管真空集热管取代现有金属-玻璃直通式真空集热管，形成免跟踪逐次注入DSG系统，既能保留普通DSG系统单回路相对于常规聚光太阳能热利用双回路的优势，又利用热管技术实现源汇分离，，将DSG系统的承压部分和吸热部分分开；利用聚光式热管真空集热管，实现系统由动态跟踪到静态固定结构，解决普通DSG系统中的难点。

技术方案：免跟踪逐次注入式直接产生蒸汽的装置将多个聚光式热管真空集热管经过串并联的排列，太阳光透过聚光式热管真空集热管的玻璃外管和真空腔，直接或被聚光板聚集后由选择性吸收涂层吸收，加热热管蒸发段内的工质，热管内工质蒸发上升至热管的冷凝段，工质蒸汽将热量传递给热管管外、系统总管中的冷却介质水后，工质凝结成液体重新回到热管蒸发段循环使用。系统总管中的冷却介质水由泵泵入到总管中，被不断加热后，由水变成水蒸汽输出到需要场所。系统中，聚光式热管真空集热管的热管冷凝段是插入到总管中，实现源汇分离。

免跟踪逐次注入方式的聚光集热镜场分为许多不同的免跟踪集热器单元，一个或几个集热器单元拥有测量装置。工质水在总管的入口处和中部入口处注入，逐步产生蒸汽。

该装置包括聚光式热管真空集热管、泵、总管、旁路管、注射泵；其中聚光式热管真空集热管并联排列连接在总管的侧壁上，在总管的进口端设有泵，泵的出口处连接有旁路管，注射泵有多个，旁路管分别通过多个注射泵与总管连通，冷却介质水由泵泵入旁路管和总管，总管的出口输出水蒸汽，聚光式热管真空集热管的热管的冷凝段插入到总管中。聚光式热管真空集热管包括玻璃外管、真空腔、选择性吸收涂层、热管、蒸发段内的工质、聚光板；热管蒸发段位于玻璃外管中，热管蒸发段与玻璃外管之间是真空腔，选择性吸收涂层涂在热管蒸发段上，聚光板放置在热管蒸发段与玻璃外管的真空腔内，开口向上，使聚集的太阳光反射到热管蒸发段的背阳部。所述聚光式热管真空集热管为熔封式(火封式)真空集热管、融封式(热压封式)真空集热管。聚光式热管真空集热管内的聚光板可与玻璃外管合二为一。

有益效果：免跟踪逐次注入式直接产生蒸汽的装置：1)安全性好。水在系统总管中被加热，逐步由水变成汽-水混和物再变成过热蒸汽，承受高温、高压的系统总管与聚光式热管真空集热管的关键部份即保持真空的吸热部分是分离的，能有效的保护集热管的真空结构；2)易控制。与普通DSG系统由处于运动状态下聚光集热器的直通式真空集热管作为承压结构相比，免跟踪系统处于固定状态下，结构简单，运行更可靠，易控制；3)免维护。聚光式热管真空集热管的聚光结构、吸热结构在玻璃管内，如同太阳能热水器的真空管一样，无需人工清冼；4)效率高。系统中虽然增加了热管元件，但热管是利用工质相变进行热量传输的高效传热元件，其热阻对于系统效率的影响很小，相反，聚光式热管真空集热管的放热段插入到一根冷却介质(水或水蒸汽)流动的总管中，相当于挠流柱，强化了传热，可提高系统效率。因而，免跟踪逐次注入方式形成的DSG系统既保留普通逐次注入方式形成的DSG系统单回路相对于常规聚光太阳能热利用双回路的效率和成本优势，又解决普通DSG系统中的真空集热管易损坏和控制复杂等问题。

附图说明

图1是免跟踪逐次注入式直接产生蒸汽的装置的结构示意图。

图中有：聚光式热管真空集热管1、冷却介质水2、给水泵3、总管4、是旁路管5、注射泵6、水蒸汽7。

图2是聚光式热管真空集热管。

图3是图2的A-A处剖视结构示意图。

图中有：玻璃外管1-1、真空腔1-2、选择性吸收涂层1-3、热管1-4、工质1-5、聚光板1-6。

具体实施方式

免跟踪逐次注入式直接产生蒸汽的装置包括聚光式热管真空集热管1、泵3、总管4、旁路管5、注射泵6；其中聚光式热管真空集热管1并联排列连接在总管4的侧壁上，在总管4的进口端设有泵3，泵3的出口处连接有旁路管5，注射泵6有多个，旁路管5分别通过多个注射泵6与总管4连通，冷却介质水2由泵3泵入旁路管5和总管4，总管4的出口输出水蒸汽7，聚光式热管真空集热管1的热管1-4的冷凝段插入到总管4中。聚光式热管真空集热管1包括玻璃外管1-1、真空腔1-2、选择性吸收涂层1-3、热管1-4、蒸发段内的工质1-5、聚光板1-6；热管1-4蒸发段位于玻璃外管1-1中，热管1-4蒸发段与玻璃外管1-1之间是真空腔1-2，选择性吸收涂层1-3涂在热管1-4蒸发段上，聚光板1-6放置在热管1-4蒸发段与玻璃外管1-1的真空腔1-2内，开口向上，使聚集的太阳光反射到热管1-4蒸发段的背阳部。所述聚光式热管真空集热管1为熔封式(火封式)真空集热管、融封式(热压封式)真空集热管。

免跟踪逐次注入DSG系统将多个聚光式热管真空集热管1经过串并联的排列，太阳光透过聚光式热管真空集热管1的玻璃外管1-1和真空腔1-2，直接或被聚光板1-6聚集后由选择性吸收涂层1-3吸收，加热热管1-4蒸发段内的工质1-5，热管1-4蒸发段内工质1-5蒸发上升至热管1-4的冷凝段，工质1-5蒸汽将热量传递给热管1-4管外、系统总管4中的冷却介质水2后，工质1-5凝结成液体重新回到热管1-4蒸发段循环使用。冷却介质水2由泵3泵入到总管4和旁路管5中，总管4中的冷却介质水2被不断加热成蒸汽，旁路管5的冷却介质水2通过注射泵6不断补充到总管4中产生蒸汽，从而介质水2变成水蒸汽7，输出到需要场所。系统中，聚光式热管真空集热管1的热管1-4冷凝段是插入到总管4中，实现源汇分离。

免跟踪逐次注入DSG系统的运行过程：冷却介质水2由入口处泵3泵入到总管4和旁路管5中，经过聚光式热管真空集热管1的不断加热，产生蒸汽7。如图1所示由水2变成蒸汽7的过程。

Claims (4)

1.一种免跟踪逐次注入式直接产生蒸汽的装置，其特征在于该装置包括聚光式热管真空集热管(1)、泵(3)、总管(4)、旁路管(5)、注射泵(6)；其中聚光式热管真空集热管(1)并联排列连接在总管(4)的侧壁上，在总管(4)的进口端设有泵(3)，泵(3)的出口处连接有旁路管(5)，注射泵(6)有多个，旁路管(5)分别通过多个注射泵(6)与总管(4)连通，冷却介质水(2)由泵(3)泵入旁路管(5)和总管(4)，总管(4)的出口输出水蒸汽(7)，聚光式热管真空集热管(1)的热管(1-4)的冷凝段插入到总管(4)中。

2.如权利要求1所述的免跟踪逐次注入式直接产生蒸汽的装置，其特征在于聚光式热管真空集热管(1)包括玻璃外管(1-1)、真空腔(1-2)、选择性吸收涂层(1-3)、热管(1-4)、蒸发段内的工质(1-5)；热管(1-4)蒸发段位于玻璃外管(1-1)中，热管(1-4)蒸发段与玻璃外管(1-1)之间是真空腔(1-2)，选择性吸收涂层(1-3)涂在热管(1-4)蒸发段上，聚光板(1-6)放置在热管(1-4)蒸发段与玻璃外管(1-1)的真空腔(1-2)内，开口向上，使聚集的太阳光反射到热管(1-4)蒸发段的背阳部。

3.如权利要求1所述的免跟踪逐次注入式直接产生蒸汽的装置，其特征在于所述聚光式热管真空集热管(1)为熔封式真空集热管、融封式真空集热管。

4.如权利要求1所述的免跟踪逐次注入式直接产生蒸汽的装置，其特征在于聚光式热管真空集热管(1)内的聚光板(1-6)可与玻璃外管(1-1)合二为一。

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