專利名稱：免跟蹤一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能聚光集熱系統(tǒng)，尤其是一種應(yīng)用在太陽(yáng)能中、高溫系
統(tǒng)中的太陽(yáng)能聚光集熱裝置，屬于太陽(yáng)能集熱技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了得到高溫蒸汽、電能等，科研工作者對(duì)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換和利用中的聚光原理進(jìn)行 了探索和研究，開發(fā)出槽式太陽(yáng)能熱利用技術(shù)、塔式太陽(yáng)能熱利用技術(shù)和碟式太陽(yáng)能熱利 用技術(shù)。槽式太陽(yáng)能熱利用技術(shù)是其中最為成熟的技術(shù)，已成為所有可再生能源技術(shù)中最 有可能替代常規(guī)能源的一種手段。常規(guī)槽式太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)一回路為聚光集熱回路，工 質(zhì)為導(dǎo)熱油，槽形聚光器聚光得到高能流密度的太陽(yáng)能，通過(guò)集熱管( 一般為金屬_玻璃直 通式真空集熱管)中的金屬吸收管表面的吸收涂層轉(zhuǎn)化為熱能加熱集熱管內(nèi)工質(zhì)，得到高 溫的導(dǎo)熱油；二回路為水_蒸汽回路，工質(zhì)為水，通過(guò)換熱器， 一回路中的高溫導(dǎo)熱油將熱 量傳遞給二回路中的水，產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽。 20世紀(jì)80年代，開始研究以水為工質(zhì)的單回路一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽(DSG : Direct Steam Generation)熱利用系統(tǒng)。采用單回路原理，以水代替常規(guī)系統(tǒng)集熱管內(nèi)的 導(dǎo)熱油工質(zhì)，吸收太陽(yáng)能，直接獲得高溫、高壓蒸汽。 —次通過(guò)方式的運(yùn)行過(guò)程集熱管中的工質(zhì)水由集熱場(chǎng)入口處泵入，經(jīng)過(guò)預(yù)熱、蒸 發(fā)、過(guò)熱三個(gè)階段，逐步產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽。由水變成過(guò)熱蒸汽是一個(gè)逐步但連續(xù)的過(guò)程。 相對(duì)于常規(guī)聚光太陽(yáng)能熱利用的雙回路系統(tǒng)，單回路一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)具有以 下明顯優(yōu)點(diǎn)1、雖然與蒸汽相關(guān)的高壓運(yùn)行條件帶來(lái)管道費(fèi)用的增加，但系統(tǒng)中可以省去 導(dǎo)熱油、熔鹽等系統(tǒng)所需的換熱器、火焰保護(hù)系統(tǒng)、油箱及其管路系統(tǒng)，該項(xiàng)費(fèi)用足以得到 彌補(bǔ)；2、由于省去了導(dǎo)熱油系統(tǒng)中的換熱器換熱環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的整體效率得到提高；3、由于 工質(zhì)粘性系數(shù)不同，DSG系統(tǒng)中集熱器內(nèi)部的壓降減小，附加損失減小，因此運(yùn)行成本也會(huì) 相應(yīng)減小。 盡管單回路一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于聚光后的太陽(yáng)能"直接"作 用在承受高溫、高壓的真空集熱管的金屬吸收管上，因而1、為了應(yīng)對(duì)DSG系統(tǒng)所產(chǎn)生的高 壓?jiǎn)栴}，對(duì)真空集熱管的要求很高；2、在控制方面，控制系統(tǒng)會(huì)十分復(fù)雜，系統(tǒng)仍采用跟蹤 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，并且在電站布置以及集熱器傾斜角度方面也會(huì)很復(fù)雜；3、由水變?yōu)槠鸰水兩相 流流入金屬吸收管時(shí)，管子會(huì)由于壓力、振動(dòng)等問(wèn)題引起永久性變形或者會(huì)造成玻璃管破 裂。

發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題為了解決采用單回路一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出免 跟蹤一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，采用聚光式熱管真空集熱管取代現(xiàn)有金屬_玻璃直 通式真空集熱管，形成免跟蹤一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)，既能保留普通DSG系統(tǒng)單回路相對(duì)于常 規(guī)聚光太陽(yáng)能熱利用雙回路的優(yōu)勢(shì)，又利用熱管技術(shù)實(shí)現(xiàn)源匯分離，將DSG系統(tǒng)的承壓部分和吸熱部分分開；利用聚光式熱管真空集熱管，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)由動(dòng)態(tài)跟蹤到靜態(tài)固定結(jié)構(gòu)，解 決普通DSG系統(tǒng)中的難點(diǎn)。 技術(shù)方案免跟蹤一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)將多個(gè)聚光式熱管真空集熱管經(jīng)過(guò)串并聯(lián) 的排列，太陽(yáng)光透過(guò)聚光式熱管真空集熱管的玻璃外管和真空腔，直接或被聚光板聚集后 由選擇性吸收涂層吸收，加熱熱管蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)，熱管內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)上升至熱管的冷凝段， 工質(zhì)蒸汽將熱量傳遞給熱管管外、系統(tǒng)總管中的冷卻介質(zhì)水后，工質(zhì)凝結(jié)成液體重新回到 熱管蒸發(fā)段循環(huán)使用。系統(tǒng)總管中的冷卻介質(zhì)水由泵泵入到總管中，被不斷加熱后，由水變 成水蒸汽輸出到需要場(chǎng)所。系統(tǒng)中，聚光式熱管真空集熱管的熱管冷凝段是插入到總管中， 實(shí)現(xiàn)源匯分離。 本實(shí)用新型的免跟蹤一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置包括聚光式熱管真空集熱 管、泵、總管；其中聚光式熱管真空集熱管并聯(lián)排列連接在總管的側(cè)壁上，在總管的進(jìn)口端 設(shè)有泵，冷卻介質(zhì)水由泵泵入總管，總管的出口輸出水蒸汽，聚光式熱管真空集熱管的熱管 的冷凝段插入到總管中。 聚光式熱管真空集熱管包括玻璃外管、真空腔、選擇性吸收涂層、熱管、蒸發(fā)段內(nèi) 的工質(zhì)、聚光板；熱管蒸發(fā)段位于玻璃外管中，熱管蒸發(fā)段與玻璃外管之間是真空腔，選擇 性吸收涂層涂在熱管蒸發(fā)段上，聚光板放置在熱管蒸發(fā)段與玻璃外管的真空腔內(nèi)，開口向 上，使聚集的太陽(yáng)光反射到熱管蒸發(fā)段的背陽(yáng)部。 所述聚光式熱管真空集熱管為熔封式(火封式)真空集熱管、融封式(熱壓封式) 真空集熱管。 有益效果采用免跟蹤一次通過(guò)方式形成的DSG系統(tǒng)1)安全性好。水在系統(tǒng)總 管中被加熱，逐步由水變成汽-水混和物再變成過(guò)熱蒸汽，承受高溫、高壓的系統(tǒng)總管與聚 光式熱管真空集熱管的關(guān)鍵部份即保持真空的吸熱部分是分離的，能有效的保護(hù)集熱管的 真空結(jié)構(gòu)；2)易控制。與普通DSG系統(tǒng)由處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下聚光集熱器的直通式真空集熱管 作為承壓結(jié)構(gòu)相比，免跟蹤系統(tǒng)處于固定狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行更可靠，易控制；3)免維 護(hù)。聚光式熱管真空集熱管的聚光結(jié)構(gòu)、吸熱結(jié)構(gòu)在玻璃管內(nèi)，如同太陽(yáng)能熱水器的真空管 一樣，無(wú)需人工清冼；4)效率高。系統(tǒng)中雖然增加了熱管元件，但熱管是利用工質(zhì)相變進(jìn)行 熱量傳輸?shù)母咝鳠嵩?，其熱阻?duì)于系統(tǒng)效率的影響很小，相反，聚光式熱管真空集熱管 的放熱段插入到一根冷卻介質(zhì)(水或水蒸汽)流動(dòng)的總管中，相當(dāng)于撓流柱，強(qiáng)化了傳熱， 可提高系統(tǒng)效率。因而，免跟蹤一次通過(guò)方式形成的DSG系統(tǒng)既保留普通一次通過(guò)方式形 成的DSG系統(tǒng)單回路相對(duì)于常規(guī)聚光太陽(yáng)能熱利用雙回路的效率和成本優(yōu)勢(shì)，又解決普通 DSG系統(tǒng)中的真空集熱管易損壞和控制復(fù)雜等問(wèn)題。

圖1是免跟蹤一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中聚光式熱管真空集熱管1、冷卻介質(zhì)水2、給水泵3、總管4、水蒸汽5。 圖2是聚光式熱管真空集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是圖2中A-A向的剖視圖。 圖中有玻璃外管l-l、真空腔l-2、選擇性吸收涂層l-3、熱管l-4、工質(zhì)l-5、聚光板 1-6。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的免跟蹤一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置包括聚光式熱管真空集熱 管1、泵3、總管4 ;其中聚光式熱管真空集熱管1并聯(lián)排列連接在總管4的側(cè)壁上，在總管4 的進(jìn)口端設(shè)有泵3，冷卻介質(zhì)水2由泵3泵入總管4，總管4的出口輸出水蒸汽5，聚光式熱 管真空集熱管1的熱管1-4的冷凝段插入到總管4中。聚光式熱管真空集熱管1包括玻璃 外管l-l、真空腔l-2、選擇性吸收涂層l-3、熱管l-4、蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)l-5、聚光板1-6 ;熱 管l-4蒸發(fā)段位于玻璃外管1-1中，熱管l-4蒸發(fā)段與玻璃外管1-1之間是真空腔1-2，選 擇性吸收涂層1-3涂在熱管1-4蒸發(fā)段上，聚光板1-6放置在熱管1-4蒸發(fā)段與玻璃外管 1-1的真空腔1-2內(nèi)，開口向上，使聚集的太陽(yáng)光反射到熱管l-4蒸發(fā)段的背陽(yáng)部。聚光式 熱管真空集熱管1為熔封式(火封封)真空集熱管、融封式(熱壓封式)真空集熱管。 免跟蹤一次通過(guò)方式的運(yùn)行過(guò)程冷卻介質(zhì)水2由入口處泵3泵入到總管4中，經(jīng) 過(guò)聚光式熱管真空集熱管1的不斷加熱，逐步產(chǎn)生蒸汽5。如圖1所示由水2變成蒸汽5是 一個(gè)逐步但連續(xù)的過(guò)程。由多個(gè)聚光式熱管真空集熱管1經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的排列，太陽(yáng)光透過(guò) 聚光式熱管真空集熱管1的玻璃外管1-1和真空腔l-2，直接或被聚光板l-6聚集后由熱管 1-4蒸發(fā)段上的選擇性吸收涂層l-3吸收，加熱熱管1-4蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)l-5，蒸發(fā)段內(nèi)的 工質(zhì)1-5蒸發(fā)上升至熱管1-4的冷凝段，工質(zhì)1-5蒸汽將熱量傳遞給總管4中的冷卻介質(zhì) 水2后，工質(zhì)1-5凝結(jié)成液體重新回到熱管1-4蒸發(fā)段循環(huán)使用；總管4中的冷卻介質(zhì)水2 由泵3泵入到總管4中，被不斷加熱后，由水2變成水蒸汽5輸出；聚光式熱管真空集熱管 1的熱管1-4冷凝段插入到總管4中，實(shí)現(xiàn)源匯分離。
權(quán)利要求一種免跟蹤一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于該裝置包括聚光式熱管真空集熱管(1)、泵(3)、總管(4)；其中聚光式熱管真空集熱管(1)并聯(lián)排列連接在總管(4)的側(cè)壁上，在總管(4)的進(jìn)口端設(shè)有泵(3)，冷卻介質(zhì)水(2)由泵(3)泵入總管(4)，總管(4)的出口輸出水蒸汽(5)，聚光式熱管真空集熱管(1)的熱管(1-4)的冷凝段插入到總管(4)中。
2. 如權(quán)利要求l所述的免跟蹤一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于聚光 式熱管真空集熱管(1)包括玻璃外管(l-l)、真空腔(l-2)、選擇性吸收涂層(1-3)、熱管 (l-4)、蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)(l-5)、聚光板(1-6);熱管(1-4)蒸發(fā)段位于玻璃外管(1-1)中，熱 管(1-4)蒸發(fā)段與玻璃外管(1-1)之間是真空腔(l-2)，選擇性吸收涂層(1-3)涂在熱管 (1-4)蒸發(fā)段上，聚光板(1-6)放置在熱管(1-4)蒸發(fā)段與玻璃外管(1-1)的真空腔(1-2) 內(nèi)，開口向上，使聚集的太陽(yáng)光反射到熱管(1-4)蒸發(fā)段的背陽(yáng)部。
3. 如權(quán)利要求1所述的免跟蹤一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，其特征在于聚光式熱 管真空集熱管(1)為熔封式真空集熱管、融封式真空集熱管。
專利摘要免跟蹤一次性通過(guò)直接產(chǎn)生蒸汽的裝置，采用聚光式熱管真空集熱管取代現(xiàn)有金屬-玻璃直通式真空集熱管，形成免跟蹤一次性通過(guò)DSG系統(tǒng)，既能保留普通DSG系統(tǒng)單回路相對(duì)于常規(guī)聚光太陽(yáng)能熱利用雙回路的優(yōu)勢(shì)，又利用熱管技術(shù)實(shí)現(xiàn)源匯分離，將DSG系統(tǒng)的承壓部分和吸熱部分分開；利用聚光式熱管真空集熱管，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)由動(dòng)態(tài)跟蹤到靜態(tài)固定結(jié)構(gòu)，解決普通DSG系統(tǒng)中的難點(diǎn)。該裝置包括聚光式熱管真空集熱管(1)、泵(3)、總管(4)；其中聚光式熱管真空集熱管(1)并聯(lián)排列連接在總管(4)的側(cè)壁上，在總管(4)的進(jìn)口端設(shè)有泵(3)，冷卻介質(zhì)水(2)由泵(3)泵入總管(4)，總管(4)的出口輸出水蒸汽(5)，聚光式熱管真空集熱管(1)的熱管(1-4)的冷凝段插入到總管(4)中。
文檔編號(hào)F24J2/32GK201496933SQ20092023067
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者王軍, 谷偉, 龔廣杰 申請(qǐng)人:東南大學(xué)