CN204084894U - 一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器 - Google Patents
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Abstract
一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，线性菲涅尔式微弧度反光镜置于支架的基座上，集热器每个阵列有3～20个真空集热管，每个真空集热管内配置2个加热段相对的脉动热管，真空集热管的两端分别在两个相邻的集热箱的真空集热管安装孔中与两个集热箱密封固接，脉动热管冷却段插入集热箱，集热箱固定于支架立柱的顶部，二次复合抛物面置于集热箱上部，将未被真空集热管直接吸收的太阳光间接再反射汇聚到真空集热管上，内置脉动热管的真空集热管设置在线性菲涅尔微弧度反光镜的焦线上，本实用新型将脉动热管优良的导热性能与真空集热管的真空隔热性能有效结合，具有集热效率高、热损失小及承压性能好的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能热利用技术领域，具体涉及一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器。
背景技术
太阳能光热发电是一种解决未来电力需求及促进节能减排的重要途径，光热发电不存在光伏发电所需的晶硅成本高及高污染等问题。光热发电具有技术相对完善、成本下降空间大、电源质量较好及更易与燃煤电厂结合等优点。当前光热发电基本有四种形式：槽式、塔式、碟式、线性菲涅尔式。其中塔式和蝶式属于点聚焦，槽式和线性菲涅尔式则属于线性聚焦。线性菲涅尔式的聚光方法与槽式不同，其利用具有跟踪太阳运动装置的主反射镜阵列将太阳反射聚焦到固定的具有二次反射镜和集热管上，从而在集热管内实现光热转换。
太阳能镜场是线性菲涅尔式太阳能电站的关键部分，其成本在菲涅尔式太阳能热电站总成本中占一半左右。太阳能镜场的集热性能直接影响光热电站的发电效率，因此提高线性菲涅尔式太阳能镜场的集热性能至关重要。脉动热管作为一种新型高效传热元件，与传统热管单纯的相变换热相比，传热机理更加复杂，集显热传热、相变传热、膨胀功于一体。具有启动迅速、可以随意弯曲、温度范围广、可以采用不同的加热方式和加热位置、无吸液芯等优点。由于其卓越的导热性能，研究人员对脉动热管研究已从理论实验研究阶段到实用技术的开发，已有相当多的脉动热管产品在工程实际上得到应用。因此将导热性能卓越的脉动热管运用到线性菲涅尔式太阳能集热器上，可以避免真空集热管由于温度过高导致的爆管，将提高集热器的集热效率、减小热损失和扩展传热介质温度工作范围，对线性菲涅尔式太阳能集热器集具有十分重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型目的在于提供一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，将脉动热管运用到线性菲涅尔式太阳能集热器，提高了集热器的集热效率、减小了热损失和扩展了传热介质工作温度范围。
为了实现以上目的，本实用新型的技术方案如下：
一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，包括真空集热管1、脉动热管2、第一集热箱Ⅰ1、第二集热箱Ⅱ2、线性菲涅尔式微弧度反光镜3、二次复合抛物面反射镜4和支架5；
第一集热箱Ⅰ1有两个，分别由左右两端支架5的立柱501支承，两个第一集热箱I1相对设置有安装孔，两端的安装孔内均安装有真空集热管1，两端的真空集热管1经过至少两个第二集热箱Ⅱ2再相连通，在第一集热箱Ⅰ1和第二集热箱Ⅱ2的上半部分均设置集热箱出口11，在第一集热箱Ⅰ1和第二集热箱Ⅱ2的下半部分均设置集热箱进口10；
线性菲涅尔式微弧度反光镜3安装在支架5的基座502上，线性菲涅尔式微弧度反光镜3的抛物面反射面向上，二次复合抛物面反射镜4水平固接在竖直的立柱501上。
所述的第二集热箱II2为N-1个，N为3～20的正整数。
所述第一集热箱Ⅰ1、第二集热箱II2与真空集热管1的连接均通过安装孔连接，两端的两个第一集热箱Ⅰ1只有相对的一侧开有安装孔，第二集热箱II2两端都开有安装孔，所有的安装孔同轴设置，安装孔的轴线与线性菲涅尔式微弧度反光镜3抛物面的焦线重合。
所述真空集热管1有N个，优选为圆柱形的真空集热管1，N为3～20的正整数，第一个真空集热管1的两端分别在左端的第一集热箱Ⅰ1的真空集热管安装孔和第二个集热箱II左侧的真空集热管安装孔中，并且与所述的第一集热箱I1和所述的第二集热箱II2密封固接，第N个真空集热管1的两端分别在右端的第一集热箱I1的真空集热管安装孔和第N-1个第二集热箱II2右侧的真空集热管安装孔中并且与所述的第一集热箱Ⅰ1和第二集热箱II2密封固接，其余的真空集热管1的两端分别在两个相邻的第二集热箱II2的真空集热管安装孔中并且与两个第二集热箱II2密封固接。
所述的真空集热管1每根配置两个脉动热管2，脉动热管2上垂直密封固接1个密封件Ⅰ6和1个密封件II7，密封件Ⅰ6和密封件II7将脉动热管2分成脉动热管加热段201、脉动热管冷却段203和脉动热管绝热段202，密封件Ⅰ以外的为脉动热管加热段201，密封件II以外的为脉动热管冷却段203，密封件Ⅰ和密封件II之间为脉动热管绝热段202。脉动热管2内封装的是与管材相容的工质，2个脉动热管2的脉动热管加热段201相对，脉动热管2由支撑片9支撑不与真空集热管1接触。
所述的脉动热管加热段201置于真空集热管1中并且由密封件Ⅰ6将真空集热管1的一端密封，脉动热管冷却段203插入集热箱Ⅰ或集热箱II中并且由密封件7在第一集热箱Ⅰ1或第二集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔中将集热箱Ⅰ或集热箱II的真空集热管安装孔封闭。
所述的真空集热管1的两端由密封件Ⅰ6密封后，真空集热管1的腔体内抽成真空，第一集热箱Ⅰ1和第二集热箱II2中的传热介质从集热箱进口10进入，从集热箱出口11流出，脉动热管冷却段203浸泡在传热介质中。
所述第一集热箱Ⅰ1和第二集热箱II2中的传热介质为水、导热油或熔融盐。
所述脉动热管2为单支回路型柱形结构的脉动热管，脉动热管材料为不锈钢。
所述脉动热管2内部封装的与管材相容的工质为导热油、汞、苯或钾。
所述脉动热管弯头数不少于12个。
所述密封件Ⅰ6和密封件Ⅱ7的材料为铜或不锈钢，密封件Ⅰ与真空集热管通过热压封技术封接。
所述密封件Ⅰ6的作用在于保障真空集热管的腔体密封不漏气；密封件Ⅱ7的作用在于保障流经集热箱Ⅰ和集热箱II的中的传热介质不泄露。
所述真空集热管1的腔体内抽成真空的真空度为10-1Pa或10-2Pa数量级。
本实用新型的有益效果如下：通过脉动热管的导热性能与真空集热管的真空隔热性能有效结合，线性菲涅尔式太阳能热发电所用的传热介质不流经真空集热管，而是由集热箱内的脉动热管冷却段加热。这种加热方式具有集热效率高、热损失小及承压性能好等优点。本实用新型可根据线性菲涅尔式太阳能电站装机容量的多少来选择线性菲涅尔式太阳能集热场的大小，从而根据集热器反光镜的数量决定本实用新型所述的脉动热管的数量。本实用新型实现了将脉动热管串接使用的规模化应用。
附图说明
图1为使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器总装置示意图；
图2为使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器去掉二次复合抛物面反射镜4后的吸热器主视图；
图3为柱形脉动热管与集热箱连接处的局部放大示意图；
图4为使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器侧视图；
图5为运用于使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能热发电集热器的柱形脉动热管结构主视图；
图中：1—真空集热管，I1—第一集热箱，I2—第二集热箱，2—脉动热管，201—脉动热管加热段，202—脉动热管绝热段，203—脉动热管冷却段，3—线性菲涅尔式微弧度反光镜，4—二次复合抛物面反射镜，5—支架，501—立柱，502—基座，6—密封件Ⅰ，7—密封件Ⅱ，8—保温层，9—支撑片，10—集热箱进口，11—集热箱出口。
具体实施方式
下面结合附图及具体实例对本实用新型作进一步说明。
参照图1和图2，一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，包括真空集热管1、脉动热管2、第一集热箱Ⅰ1、第二集热箱Ⅱ2、线性菲涅尔式微弧度反光镜3、二次复合抛物面反射镜4和支架5。
第一集热箱Ⅰ1有两个，分别由左右两端支架5的立柱501支承，两个第一集热箱I1相对设置有安装孔，两端的安装孔内均安装有真空集热管1，两端的真空集热管1经过至少两个第二集热箱Ⅱ2再相连通，在第一集热箱Ⅰ1和第二集热箱Ⅱ2的上半部分均设置集热箱出口11，在第一集热箱Ⅰ1和第二集热箱Ⅱ2的下半部分均设置集热箱进口10。
线性菲涅尔式微弧度反光镜3安装在支架5的基座502上，线性菲涅尔式微弧度反光镜3的抛物面反射面向上，二次复合抛物面反射镜4水平固接在竖直的立柱501上。
所述的第二集热箱II2为N-1个，N为3～20的正整数。
所述第一集热箱Ⅰ1、第二集热箱II2与真空集热管1的连接均通过安装孔连接，两端的两个第一集热箱Ⅰ1只有相对的一侧开有安装孔，第二集热箱II2两端都开有安装孔，所有的安装孔同轴设置，安装孔的轴线与线性菲涅尔式微弧度反光镜3抛物面的焦线重合。
所述真空集热管1有N个，优选为圆柱形的真空集热管1，N为3～20的正整数，第一个真空集热管1的两端分别在左端的第一集热箱Ⅰ1的真空集热管安装孔和第二个集热箱II左侧的真空集热管安装孔中，并且与所述的第一集热箱I1和所述的第二集热箱II2密封固接，第N个真空集热管1的两端分别在右端的第一集热箱I1的真空集热管安装孔和第N-1个第二集热箱II2右侧的真空集热管安装孔中并且与所述的第一集热箱Ⅰ1和第二集热箱II2密封固接，其余的真空集热管1的两端分别在两个相邻的第二集热箱II2的真空集热管安装孔中并且与两个第二集热箱II2密封固接。
参照图3、图5，所述的真空集热管1每根配置两个脉动热管2，脉动热管2上垂直密封固接1个密封件Ⅰ6和1个密封件II7，密封件Ⅰ6和密封件II7将脉动热管2分成脉动热管加热段201、脉动热管冷却段203和脉动热管绝热段202，密封件Ⅰ以外的为脉动热管加热段201，密封件II以外的为脉动热管冷却段203，密封件Ⅰ和密封件II之间为脉动热管绝热段202。脉动热管2内封装的是与管材相容的工质，2个脉动热管2的脉动热管加热段201相对，脉动热管2由支撑片9支撑不与真空集热管1接触。
所述的脉动热管加热段201置于真空集热管1中并且由密封件Ⅰ6将真空集热管1的一端密封，脉动热管冷却段203插入集热箱Ⅰ或集热箱II中并且由密封件7在第一集热箱Ⅰ1或第二集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔中将集热箱Ⅰ或集热箱II的真空集热管安装孔封闭。
所述的真空集热管1的两端由密封件Ⅰ6密封后，真空集热管1的腔体内抽成真空，第一集热箱Ⅰ1和第二集热箱II2中的传热介质从集热箱进口10进入，从集热箱出口11流出，脉动热管冷却段203浸泡在传热介质中。
所述第一集热箱Ⅰ1和第二集热箱II2中的传热介质为水、导热油或熔融盐。
所述脉动热管2为单支回路型柱形结构的脉动热管，脉动热管材料为不锈钢。
所述脉动热管2内部封装的与管材相容的工质为导热油、汞、苯或钾。
所述脉动热管弯头数不少于12个。
所述密封件Ⅰ和密封件Ⅱ的材料为铜或不锈钢，密封件Ⅰ与真空集热管通过热压封技术封接。
所述密封件Ⅰ6的作用在于保障真空集热管的腔体密封不漏气；密封件Ⅱ7的作用在于保障流经集热箱Ⅰ和集热箱II的中的传热介质不泄露。
所述真空集热管1的腔体内抽成真空的真空度为10-1Pa或10-2Pa数量级。
为使用6个脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器实施例总装置示意图。使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器主要由真空集热管1、脉动热管2、集热箱Ⅰ1、集热箱Ⅱ2、线性菲涅尔式微弧度反光镜3、二次复合抛物面反射镜4和支架5。
集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2均为卧式的圆柱形结构，在集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的上半部分均设置集热箱出口11，在集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的下半部分均设置集热箱进口10，集热箱Ⅰ1的一个侧面上有圆形的真空集热管安装孔，另一个侧面封闭，集热箱Ⅱ2的两个侧面上的圆形的真空集热管安装孔互相同轴，线性菲涅尔式微弧度反光镜3固接在支架5上，左右两个集热箱Ⅰ分别由集热器的左右两端的立柱501支承，两个集热箱Ⅰ1的真空集热管安装孔相对，每个集热箱Ⅱ2都由两个立柱501支承，集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔均同轴设置，集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔的轴线与线性菲涅尔式微弧度反光镜3抛物面的焦线重合。
使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能热发电集热器中有3个圆柱形的真空集热管1，第一个真空集热管1的两端分别在左端的集热箱Ⅰ1的真空集热管安装孔和第一个集热箱Ⅱ2左侧的真空集热管安装孔中并且与左端的集热箱Ⅰ1和第一个集热箱Ⅱ2密封固接，第三个真空集热管1的两端分别在右端的集热箱Ⅰ1的真空集热管安装孔和第二个集热箱Ⅱ2右侧的真空集热管安装孔中并且与右端的集热箱Ⅰ1和第二个集热箱Ⅱ2密封固接，第二个真空集热管1的两端分别在第一个集热箱Ⅱ2右侧和第二个集热箱Ⅱ2左侧的真空集热管安装孔中并且与这两个集热箱Ⅱ2密封固接。
运用于使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能热发电集热器的柱形脉动热管结构如图5所示。脉动热管2上，垂直密封固接1个密封件6和1个密封件7，密封件6和密封件7将脉动热管2分成脉动热管加热段201、脉动热管冷却段203和脉动热管绝热段202，密封件6以外的为脉动热管加热段201，密封件7以外的为脉动热管冷却段203，密封件6和密封件7之间为脉动热管绝热段202，密封件6和密封件7的材料为铜或不锈钢。脉动热管2为单支回路型柱形结构的脉动热管，弯头数为12个，加热段2米，冷却段0.4米，材料为不锈钢。脉动热管在灌注工质前先对其抽成真空，真空度为10-2或10-3Pa数量级，然后在管内封装与管材相容的工质汞、苯或钾，管内工质封装量约50％。
如图2所示，每个真空集热管1配置2个脉动热管2，真空集热管1中2个脉动热管2的脉动热管加热段201相对，脉动热管2由支撑片9支撑不与真空集热管1接触，脉动热管加热段201置于真空集热管1中并且由密封件Ⅰ6将真空集热管1的一端密封，为了减少空气的热阻，更利于脉动热管加热段201吸收的热量通过脉动热管传递到冷却段203，真空集热管1的两端由密封件Ⅰ6密封后，真空集热管1的腔体内抽成真空。脉动热管冷却段203插入集热箱Ⅰ1或集热箱Ⅱ2中并且由密封件Ⅱ7在集热箱Ⅰ1或集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔中将集热箱Ⅰ1或集热箱Ⅱ2的真空集热管安装孔封闭，集热箱Ⅰ1和集热箱Ⅱ2中的传热介质从集热箱进口10进入，从集热箱出口11流出，脉动热管冷却段203浸泡在传热介质中，传热介质为导热油。
本实用新型适用于规模化线性菲涅尔式太阳能电站的集热系统。
本实用新型工作原理是：内置脉动热管2的真空集热管1设置在线性菲涅尔式微弧度反光镜3的抛物面焦线上，太阳光照射到线性菲涅尔式太阳能热发电集热器的线性菲涅尔式微弧度反光镜3上后被反射、汇聚到真空集热管1，没有直接照到真空集热管1的太阳光通过二次复合抛物面反射镜4再反射，从而间接汇聚到真空集热管1上，透过真空集热管1的玻璃套管太阳能被选择性吸收涂层吸收；选择性涂层将热量传递给脉动热管加热段201，脉动热管加热段201内的工质被加热，工质产生的汽泡或汽柱与管壁之间的液膜因受热而不断蒸发，导致汽泡膨胀，并推动汽液柱塞流向冷端冷凝收缩，从而在冷、热端之间形成较大的压差。由于汽液柱塞交错分布，因而在管内产生强烈的往复振荡运动，从而将热量传递到脉动热管冷却段203，实现高效热传递；传热介质从集热箱进口10流进，流经脉动热管冷却段203，被脉动热管冷却段203加热，然后从集热箱出口11流出，将集热器从太阳光获取的热量带走。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，包括真空集热管(1)、脉动热管(2)、第一集热箱(Ⅰ1)、第二集热箱(Ⅱ2)、线性菲涅尔式微弧度反光镜(3)、二次复合抛物面反射镜(4)和支架(5)；
第一集热箱(Ⅰ1)有两个，分别由左右两端支架(5)的立柱(501)支承，两个第一集热箱(I1)相对设置有安装孔，两端的安装孔内均安装有真空集热管(1)，两端的真空集热管(1)经过至少两个第二集热箱(Ⅱ2)再相连通，在第一集热箱(Ⅰ1)和第二集热箱(Ⅱ2)的上半部分均设置集热箱出口(11)，在第一集热箱(Ⅰ1)和第二集热箱(Ⅱ2)的下半部分均设置集热箱进口(10)；
线性菲涅尔式微弧度反光镜(3)安装在支架(5)的基座(502)上，线性菲涅尔式微弧度反光镜(3)的抛物面反射面向上，二次复合抛物面反射镜(4)水平固接在竖直的立柱(501)上。
2.根据权利要求1所述的一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，所述的第二集热箱(II2)为N-1个，N为3～20的正整数。
3.根据权利要求1所述的一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，所述第一集热箱(Ⅰ1)、第二集热箱(II2)与真空集热管(1)的连接均通过安装孔连接，两端的两个第一集热箱(Ⅰ1)只有相对的一侧开有安装孔，第二集热箱(II2)两端都开有安装孔，所有的安装孔同轴设置，安装孔的轴线与线性菲涅尔式微弧度反光镜(3)抛物面的焦线重合。
4.根据权利要求1所述的一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，所述真空集热管(1)有N个，为圆柱形，N为3～20的正整数，第一个真空集热管(1)的两端分别在左端的第一集热箱(Ⅰ1)的真空集热管安装孔和第二个集热箱(II2)左侧的真空集热管安装孔中，并且与所述的第一集热箱(I11)和所述的第二集热箱(II2)密封固接，第N个真空集热管(1)的两端分别在右端的第一集热箱(I1)的真空集热管安装孔和第N-1个第二集热箱(II2)右侧的真空集热管安装孔中并且与所述的第一集热箱(Ⅰ1)和第二集热箱(II2)密封固接，其余的真空集热管(1)的两端分别在两个相邻的第二集热箱(II2)的真空集热管安装孔中并且与两个第二集热箱(II2)密封固接。
5.根据权利要求4所述的一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，所述的真空集热管(1)每根配置两个脉动热管(2)，脉动热管(2)上垂直密封固接1个密封件Ⅰ(6)和1个密封件II(7)，密封件Ⅰ(6)和密封件II(7)将脉动热管(2)分成脉动热管加热段(201)、脉动热管冷却段(203)和脉动热管绝热段(202)，密封件Ⅰ(6)以外的为脉动热管加热段(201)，密封件II7以外的为脉动热管冷却段(203)，密封件Ⅰ(6)和密封件II(7)之间为脉动热管绝热段(202)，脉动热管(2)内封装的是与管材相容的工质，2个脉动热管(2)的脉动热管加热段(201)相对，脉动热管(2)由支撑片(9)支撑不与真空集热管(1)接触。
6.根据权利要求5所述的一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，所述的脉动热管加热段(201)置于真空集热管(1)中并且由密封件Ⅰ(6)将真空集热管(1)的一端密封，脉动热管冷却段(203)插入第一集热箱(Ⅰ1)或第二集热箱(II2)中并且由密封件(7)在第一集热箱(Ⅰ1)或第二集热箱(Ⅱ2)的真空集热管安装孔中将第一集热箱(Ⅰ1)或第二集热箱(II2)的真空集热管安装孔封闭。
7.根据权利要求5所述的一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，所述的真空集热管(1)的两端由密封件Ⅰ(6)密封后，真空集热管(1)的腔体内抽成真空，第一集热箱Ⅰ(1)和第二集热箱II(2)中的传 热介质从集热箱进口(10)进入，从集热箱出口(11)流出，脉动热管冷却段(203)浸泡在传热介质中。
8.根据权利要求5所述的一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，所述脉动热管(2)为单支回路型柱形结构的脉动热管，脉动热管材料为不锈钢。
9.根据权利要求5所述的一种使用脉动热管的线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，所述密封件Ⅰ(6)和密封件Ⅱ(7)的材料为铜或不锈钢，密封件Ⅰ(6)与真空集热管通过热压封技术封接。
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