[發(fā)明專利]太陽能中高溫環(huán)路熱管蒸汽發(fā)生器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410535919.0
• 申請(qǐng)日: 2014-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN104279770A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱躍釗;王銀峰;陳海軍;范紅途;錢裕;朱震;楊麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F24J2/24
• 分類號(hào): F24J2/24;F24J2/05;F24J2/32;F24J2/46;F22B1/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可再生能源領(lǐng)域中的太陽能光熱利用技術(shù)，尤其涉及一種太陽能中高溫環(huán)路熱管蒸汽發(fā)生器，主要用于槽式太陽能直接產(chǎn)蒸汽(Direct?Steam?Generation，DSG)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

太陽能作為一種可再生能源，其光熱技術(shù)開發(fā)和利用是實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。槽式太陽能DSG熱發(fā)電技術(shù)是實(shí)現(xiàn)太陽能中高溫?zé)崂幂^為經(jīng)濟(jì)、有效的方式，對(duì)解決化石資源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等問題具有重要意義。槽式DSG系統(tǒng)是直接采用水/蒸汽作為傳熱工質(zhì)，環(huán)境友好，集熱溫度不受傳熱介質(zhì)限制，同時(shí)避免了二次換熱造成的熱損失，具有較高的集熱效率，已成為太陽能中高溫?zé)崂妙I(lǐng)域的前沿研究熱點(diǎn)。

槽式DSG系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式均基于槽式太陽能集熱管，直接加熱集熱管內(nèi)的工質(zhì)水，產(chǎn)生400℃(10MPa)左右的過熱蒸汽。然而，由于太陽能熱流密度多變，DSG系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)槽式太陽能集熱管內(nèi)部工質(zhì)汽液兩相熱質(zhì)傳遞過程較復(fù)雜，集熱管周向溫度梯度較大，易造成集熱管彎曲炸管以及金屬-玻璃封接處失效等問題；且非穩(wěn)態(tài)條件下傳熱工質(zhì)的溫度和壓力控制以及汽液分離需耦合較復(fù)雜的控制策略，實(shí)現(xiàn)難度較大。國內(nèi)對(duì)于槽式太陽能集熱管的開發(fā)起步較晚，其金屬-玻璃封接關(guān)鍵技術(shù)仍落后于國外。

申請(qǐng)?zhí)枮?00810122376.4的中國發(fā)明專利避開了槽式太陽能集熱管封接難題，公開了一種汽液兩相分離型重力熱管式太陽能鍋爐。但該分離型重力熱管(回路熱管)采用法蘭連接金屬軟管和不銹鋼管，長期運(yùn)行熱管可靠性不高；且該回路熱管系統(tǒng)管線較長，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)熱管內(nèi)部傳熱工質(zhì)流動(dòng)阻力較大。此外，該回路熱管的蒸發(fā)段水平放置時(shí)，傳熱工質(zhì)流動(dòng)情況較復(fù)雜，無法形成高效的傳熱回路，進(jìn)一步限制了其傳熱性能。目前，對(duì)于回(環(huán))路熱管的研究多集中于小尺度的電子元件散熱過程，而在大尺度下尤其是蒸發(fā)段水平放置時(shí)的傳熱性能差極大地限制了其應(yīng)用。總地來說，目前國內(nèi)對(duì)于槽式DSG集熱系統(tǒng)的研制工作鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有DSG系統(tǒng)、槽式太陽能集熱管以及大尺度下水平環(huán)路熱管的局限，開發(fā)一種基于水平環(huán)路熱管太陽能集熱管的DSG技術(shù)，的太陽能中高溫環(huán)路熱管蒸汽發(fā)生器。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種太陽能中高溫環(huán)路熱管蒸汽發(fā)生器：由環(huán)路熱管1、直通式全玻璃真空管2、汽包3和密封環(huán)4構(gòu)成；所述的環(huán)路熱管1為由蒸發(fā)段5、冷凝段6、第一絕熱段7(A)和第二絕熱段7(B)構(gòu)成的封閉環(huán)路；蒸發(fā)段5管外表面鍍有選擇性吸收涂層8，管內(nèi)壁面填充金屬吸液芯9，管內(nèi)裝有傳熱工質(zhì)10；冷凝段6管外纏繞金屬翅片11；第一絕熱段7(A)為蒸汽上升管，第二絕熱段7(B)由冷凝液下降管12和U型儲(chǔ)液管13構(gòu)成；第一絕熱段7(A)一端與蒸發(fā)段5一側(cè)頂部封接，另一端與冷凝段6一端封接，冷凝段6另一端與冷凝液下降管12一端封接，冷凝液下降管12另一端與U型儲(chǔ)液管13一端封接，U型儲(chǔ)液管13另一端與蒸發(fā)段5另一側(cè)底部封接；冷凝液下降管12頂部靠近冷凝段6位置接有排氣閥14；所述的直通式全玻璃真空管2由玻璃外管15、玻璃內(nèi)管16、波形膨脹節(jié)17和過渡聯(lián)接環(huán)18構(gòu)成；玻璃外管15與玻璃內(nèi)管16之間為真空空間19；直通式全玻璃真空管2兩端均通過過渡聯(lián)接環(huán)18與波形膨脹節(jié)17封接；直通式全玻璃真空管2與環(huán)路熱管1的蒸發(fā)段5同軸放置，形成的環(huán)形非真空空間20兩端采用密封環(huán)4密封；汽包3與環(huán)路熱管1的冷凝段6進(jìn)行封接；汽包3一側(cè)底部設(shè)有熱水進(jìn)口21，另一側(cè)頂部設(shè)有蒸汽出口22。

所述的環(huán)路熱管1的材質(zhì)為不銹鋼或碳鋼等金屬材料；其蒸發(fā)段5直徑為40～100mm，長度為1000～4060mm；冷凝段6直徑為20～40mm，長度為600～3000mm；第一絕熱段7(A)與第二絕熱段7(B)直徑為20～40mm，蒸發(fā)段5與冷凝段6中心線高度為200～800mm；冷凝液下降管12分為水平段、傾斜段和豎直段，其中水平段長度為50～100mm，傾斜段與水平段夾角β為0～30°；U型儲(chǔ)液管13中心線寬度為50～200mm。

所述的蒸發(fā)段5管外表面的選擇性吸收涂層8為具有高吸收率低發(fā)射率的Pt-Al₂O₃、Ag-Cr₂O₃或Ni-SiO₂等金屬陶瓷材料，或者是TiAl/TiAlN/TiAlON/TiAlO材料；選擇性吸收涂層在非真空條件下涂層吸收率為86％～96％，發(fā)射率為4％～14％。