CN201526941U - 免跟踪再次循环直接产生蒸汽的装置 - Google Patents

Abstract

免跟踪再次循环直接产生蒸汽的装置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，该装置包括聚光式热管真空集热管(1)、泵(3)、第一总管(4-1)、第二总管(4-2)、汽水分离器(5)、旁路管(7)、循环泵(8)；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，形成免跟踪再次循环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。

Description

免跟踪再次循环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装置，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再次循环直接产生蒸汽(DSG：Direct Steam Generation)热利用系统。采用单回路原理，以水代替常规系统直通式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。

再次循环方式的运行过程：直通式集热管中的工质水由集热场入口处泵入系统总管，经过不断加热，逐步饱和，在汽水分离器中分离后，水由旁路管经循环泵泵入系统总管入口，蒸汽则进入系统的过热段，进一步过热产生过热蒸汽，由水变成蒸汽是一个逐步但连续的过程。

相对于常规聚光太阳能热利用的双回路系统，单回路再次循环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。

尽管单回路再次循环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，控制系统会十分复杂，系统仍采用跟踪动态结构，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再次循环DSG系统的问题，本实用新型提出免跟踪再次循环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，形成免跟踪再次循环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：免跟踪再次循环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。工质水由集热场入口处泵入系统总管，经过不断加热，逐步饱和，在汽水分离器中分离后，饱和水由旁路管经循环泵泵入系统总管入口，饱和蒸汽则进入系统的过热段，进一步过热产生过热蒸汽。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。

免跟踪再次循环直接产生蒸汽的装置包括聚光式热管真空集热管、泵、第一总管、第二总管、汽水分离器、旁路管、循环泵；其中，泵的输出端接第一总管，旁路管的中间设有循环泵，该循环泵的出口接泵出口处的第一总管上，该循环泵的进口接汽水分离器的下部出口，第一总管的出口接汽水分离器中部的进口，汽水分离器上部的出口接第二总管，第二总管的出口输出过热蒸汽；聚光式热管真空集热管并联连接在第一总管和第二总管上，聚光式热管真空集热管的热管冷凝段是插入到第一总管和第二总管中，实现源汇分离。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)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：采用免跟踪再次循环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，免跟踪系统的处于固定状态下，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，免跟踪再次循环方式形成的DSG系统既保留普通再次循环方式形成的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是免跟踪再次循环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、第一总管4-1、第二总管4-2、汽水分离器5、饱和水6、旁路管7、循环泵8、饱和蒸汽9、过热蒸汽10。

图2是聚光式热管真空集热管的结构示意图。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。

图3是图2中A-A处的剖视结构示意图。

具体实施方式

免跟踪再次循环直接产生蒸汽的装置包括聚光式热管真空集热管1、泵3、第一总管4-1、第二总管4-2、汽水分离器5、旁路管7、循环泵8；其中，泵3的输出端接第一总管4-1，旁路管7的中间设有循环泵8，该循环泵8的出口接泵3出口处的第一总管4-1上，该循环泵8的进口接汽水分离器5的下部出口，第一总管4-1的出口接汽水分离器5中部的进口，汽水分离器5上部的出口接第二总管4-2，第二总管4-2的出口输出过热蒸汽10；聚光式热管真空集热管1并联连接在第一总管4-1和第二总管4-2上，聚光式热管真空集热管1的热管1-4冷凝段是插入到第一总管4-1和第二总管4-2中，实现源汇分离。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。聚光式热管真空集热管2为熔封式(火封式)真空集热管、融封式(热压封式)真空集热管。

免跟踪再次循环直接产生蒸汽的的方法为：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外的第一总管4-1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；第一总管4-1中的冷却介质水2由泵3泵入到第一总管4-1中，被不断加热后，由介质水2变成饱和水和饱和水蒸汽混和物进入汽水分离器5中，经汽水分离器5分离后，饱和水6在循环泵8作用下经旁路管7泵入第一总管4-1的入口处循环，汽水分离器5输出到第二总管4-2中的饱和水蒸汽9则进一步被加热成过热蒸汽10至出口处，输出到需要场所；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。

免跟踪再次通过方式的运行过程：冷却介质水2由入口处泵3泵入到总管中，经过聚光式热管真空集热管1的不断加热，逐步产生过热蒸汽10。如图1所示由水2变成蒸汽10是一个逐步但连续的过程。

Claims (4)

1.一种免跟踪再次循环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)、第一总管(4-1)、第二总管(4-2)、汽水分离器(5)、旁路管(7)、循环泵(8)；其中，泵(3)的输出端接第一总管(4-1)，旁路管(7)的中间设有循环泵(8)，该循环泵(8)的出口接泵(3)出口处的第一总管(4-1)上，该循环泵(8)的进口接汽水分离器(5)的下部出口，第一总管(4-1)的出口接汽水分离器(5)中部的进口，汽水分离器(5)上部的出口接第二总管(4-2)，第二总管(4-2)的出口输出过热蒸汽(10)；聚光式热管真空集热管(1)并联连接在第一总管(4-1)和第二总管(4-2)上，聚光式热管真空集热管(1)的热管(1-4)冷凝段是插入到第一总管(4-1)和第二总管(4-2)中，实现源汇分离。

2.如权利要求1所述的免跟踪再次循环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所述的免跟踪再次循环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)为熔封式真空集热管、融封式真空集热管。

4.如权利要求1所述的免跟踪再次循环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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