CN203298506U - 太阳能集热装置和太阳能热发电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能集热装置、太阳能热发电设备，太阳能集热装置包括集热模块、聚焦模块、联集管，集热模块包括大空隙真空集热管和联集箱，大空隙真空集热管包括外管与内管，内管采用带导热翅片的热交换管，热交换管的导热通道由热交换管入口经过导热翅片再连接至热交换管出口，热交换管通过联集管并联连通。太阳能热发电设备包括太阳能集热装置、高温储能装置、自动控制装置、恒温汽轮发电装置，太阳能集热装置中的热能输送高温储能装置再输送至恒温汽轮发电装置的恒温罐中，提供恒温汽轮发电装置热发电能源。本实用新型具有提高集热温度和保温效果，热能利用率高，成本低，结构简单，安装方便等特点。

Description

太阳能集热装置和太阳能热发电设备

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能集热储能装置和太阳能热发电设备。

背景技术

在今天人类面临生存环境的日益恶化及固有石化矿物能源的日益匮乏和在开发利用水、核、风、汐等新能源中，它们又都存在着人类不可控的多种安全隐患；所以寻求一种安全可靠的新能源，以解决人类发展中的能源需求，成为广大科学工作者孜孜以求的研究课题。太阳作为宇宙送给人类的洁净、安全、可靠的绿色能源，早已吸引着广大科技人员的目光，更有仁者为之不遗余力奋斗终生。

太阳作为宇宙赐与人类的取之不尽用之不竭绿色能源宝库，就其如何把她开发成普遍通用的洁净能源电能；自十九世纪四十年代起世界各国的科学家进行了大量研究，相继研发出了多种太阳能转换为电能的技术；如：碟式、盘式、槽式、塔式热发电设备和单晶硅、多晶硅、PI薄膜光伏发电设备。但是由于太阳从宇宙到达地球表面时，受到多种自然因素的影响，造成现有太阳能发电技术存在着这样那样的缺陷，如：不可控、投资大、效率低、安装条件受限等等。致使今天还无法使太阳能，真正成为人类社会发展中可普遍使用的新能源。本申请在申请号为201210087504.2的太阳能集热***的基础上进行了改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种投资少、效率高、又可控的太阳能集热储能装置和太阳能热发电设备，通过中、低温工质把太阳热能转换为清洁能源电，使太阳能成为人类发展中的主要能源。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种太阳能集热装置，其特征是所述太阳能集热装置由集热模块、聚焦模块通过联集管连接构成，集热模块包括若干个大空隙真空集热管和一个耐高温的联集箱，所述大空隙真空集热管包括外管与内管，内管采用带导热翅片的热交换管，热交换管与导热翅片紧密贴合，热交换管设置有导热通道，热交换管的导热通道由热交换管入口经过两侧U型的导热翅片再连接至热交换管出口，集热模块的若干个大空隙真空集热管的热交换管通过联集管并联连通。

本实用新型所述聚焦模块包括聚焦镜、大空隙真空集热管和耐高温的联集箱，聚焦镜、大空隙真空集热管均安装在联集箱上。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案还包括：一种太阳能热发电设备，所述太阳能热发电设备包括高温储能装置、自动控制装置、恒温汽轮发电装置以及上述的太阳能集热装置，所述恒温汽轮发电装置包括恒温泵、恒温罐、蒸汽发生器、汽轮机进气阀、汽轮机、发电机、冷凝器、高压循环泵，恒温泵与恒温罐、高温储能罐连接，恒温罐中的蒸汽发生器通过汽轮机进气阀与汽轮机连接，汽轮机与发电机、冷凝器连接，冷凝器与高压循环泵连接，高压循环泵与蒸汽发生器连接，太阳能集热装置通过联集管与高温储能装置连接，高温储能装置与恒温汽轮发电装置的恒温罐连接，自动控制装置与太阳能集热装置、高温储能装置、恒温汽轮发电装置均连接。

本实用新型所述高温储能装置包括高温储能罐、储能循环控制阀、储能循环泵、流量调节阀、排空阀、排空进气阀、排空泵，储能循环泵进口与高温储能罐出口连接，储能循环泵出口与流量调节阀入口连接，流量调节阀出口与太阳能集热装置入口连接，储能循环控制阀安装在储能循环泵与流量调节阀之间，太阳能集热装置出口与高温储能罐入口连接，排空进气阀安装在太阳能集热装置出口的联集管上，排空泵出口与高温储能罐连接，排空泵入口通过排空阀与太阳能集热装置入口连接。

本实用新型所述高温储能罐从内到外设置有绝热保温层、刚性层、绝热保温材料和外壳，绝热保温层采用石棉陶瓷制成，绝热保温材料采用岩棉。

本实用新型所述自动控制装置包括数控电脑控制装置、太阳能集热装置中部热敏元件、太阳能集热装置出口热敏元件、储能罐温控仪、恒温罐温控仪、恒温控制阀、蒸汽发生器压力仪，恒温控制阀设在高温储能罐与恒温罐之间的连接管路上，数控电脑控制装置通过导线与太阳能集热装置中部热敏元件、太阳能集热装置出口热敏元件、储能罐温控仪、恒温罐温控仪、储能循环控制阀、流量调节阀、排空阀、排空进气阀、恒温控制阀、储能循环泵、恒温泵、排空泵、高压循环泵、汽轮机进气阀、蒸汽发生器压力仪电连接，以便控制太阳能集热储能装置、恒温汽轮发电装置按照设置程序工作。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及效果：1、全玻璃的大空隙真空集热管提高了集热温度和保温效果，热能转换利用率达到90％以上；2、由于集热装置由制造工艺简单的玻璃真空集热管为主组成，投资性价比优势显著，与现有太阳能热发电装置比，可减少投资达50％以上；3、全程自动化控制，储能以太阳能为主同时还可以与谷电蓄能有机结合，达到更省钱。使太阳能与电真正成为互补使用的绿色新能源；4、整体结构简单、安装方便，不受地理气候环境条件限制，为工农业生产用电大户进行节能技改、减排省钱，提供了一种经济、安全、可靠的绿色清洁能源电。

附图说明

图1为本实用新型实施例集热模块的结构示意图。

图 2为本实用新型实施例太阳能集热装置的结构示意图。

图 3是图2的局部放大示意图。

图 4为本实用新型实施例太阳能热发电设备的结构示意图。

图 5为本实用新型实施例高温储能装置的结构示意图。

图 6为本实用新型实施例恒温汽轮发电装置的结构示意图。

图7为本实用新型实施例集热模块的局部示意图。

图中，大空隙真空集热管1、热交换管1-1、导热通道1-2、导热翅片1-3、集热模块2、联集箱3、联集管4、聚焦镜5、聚焦模块6、太阳能集热装置出口热敏元件7、储能罐温控仪8、储能循环控制阀9、储能循环泵10、高温储能罐11、绝热保温层11-1、刚性层11-2、绝热保温材料11-3、外壳11-4、流量调节阀12、数控电脑控制装置13、太阳能集热装置中部热敏元件14、排空进气阀15、恒温罐温控仪16、恒温控制阀17、恒温泵18、恒温罐19、蒸汽发生器19-1、汽轮机20、汽轮机进气阀20-1、发电机21、冷凝器22、高压循环泵23、排空泵24、排空阀25、蒸汽发生器压力仪28。

具体实施方式

参见图1～图7，本实用新型实施例太阳能集热储能装置由太阳能集热装置和高温储能装置连接构成，在太阳能集热装置中被加热的蓄能介质（通常为中温介质或低温介质，特例为油）输送到高温储能装置中储存并用来作为热发电的能源。

本实施例集热模块2包括若干个大空隙真空集热管1和一个耐高温的联集箱3，所述大空隙真空集热管1包括外管与内管，内管采用带导热翅片1-3（U型弯管）的热交换管1-1，大空隙真空集热管1的真空保温层厚度（大空隙真空集热管1外管与内管之间沿直径方向的距离）为大空隙真空集热管1外管厚度的十倍以上，每个热交换管1-1与导热翅片1-3紧密贴合用于增加导热面积提高热交换速率，每个热交换管1-1均设置有导热通道1-2，每个热交换管1-1的导热通道1-2均由热交换管1-1入口经过两侧U型的用于增加导热面积的导热翅片1-3再连接至热交换管1-1出口，每个集热模块2的若干个大空隙真空集热管1的热交换管1-1通过带保温层的联集管4并联连通（所述并联联通是指若干个大空隙真空集热管1的热交换管1-1入口均与联集管4的进口管41联通，若干个大空隙真空集热管1的热交换管1-1出口均与联集管4的出口管42联通，即若干个热交换管1-1之间同进同出，以便增大流量），使得蓄能介质同时通过若干个热交换管1-1导热翅片1-3尽量多吸收太阳能且每经过一个集热模块2就提高一级温度，达到集热模块2逐级提高蓄能介质温度的目的。若干个大空隙真空集热管1安装在联集箱3上构成一个集热模块2，联集箱3上设有耐高温保温材料3-1。大空隙真空集热管1采用玻璃制成。

本实施例所述聚焦模块6包括聚焦镜5、大空隙真空集热管1（与上述集热模块2中的大空隙真空集热管1结构完全相同）和耐高温的联集箱3；聚焦镜5、大空隙真空集热管1均安装在联集箱3上（参见图2）。

太阳能集热装置由若干个集热模块2、若干个聚焦模块6通过若干个联集管4连接（指集热模块2的热交换管1-1、聚焦模块6的热交换管1-1通过联集管4连通，下同）构成，其中前一级的集热模块2或聚焦模块6的热交换管1-1通过联集管4与后一级的集热模块2或聚焦模块6的热交换管1-1连接，从而构成一个通过集热模块2和聚焦模块6的串联逐级加热的太阳能集热装置。

作为上述串联加热的特例，若干个集热模块2可以通过联集管4依次连接后再与若干个通过联集管4依次连接的聚焦模块6连接，本实施例所述若干个均指2个或2个以上。

本实施例大空隙真空集热管1及其热交换管1-1均为U字型，大空隙真空集热管1的热交换管1-1的入口出口均与联集管4连通，以便联集管4中的蓄能介质能够通过热交换管1-1的U型弯管尽可能吸收太阳能，逐级提高蓄能介质的温度，在有阳光加热的情况下，蓄能介质越靠近太阳能集热装置出口（本例即最后一个聚焦模块6出口，参见图2上端）温度越高。

本实施例太阳能集热装置中部热敏元件14设置在太阳能集热装置中部，特例为设在串联在一起的最后一个集热模块2的出口处；太阳能集热装置出口热敏元件7设在太阳能集热装置出口处，特例为设在串联在一起的最后一个聚焦模块6的出口处。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案包括一种太阳能热发电设备，所述太阳能热发电设备包括包括太阳能集热装置、高温储能装置、自动控制装置、恒温汽轮发电装置，太阳能集热装置获取的热能通过联集管4输送至高温储能装置的高温储能罐11，高温储能罐11中的热能再输送至恒温汽轮发电装置的恒温罐19，在自动控制装置的控制调节下蒸汽发生器19-1产生的蒸汽送至汽轮机20、发电机21进行连续、稳定、可控的发电。

本实施例高温储能装置包括高温储能罐11、储能循环控制阀9、储能循环泵10、流量调节阀12、排空阀25、排空进气阀15、排空泵24，储能循环泵10进口与高温储能罐11出口连接，储能循环泵10出口与流量调节阀12入口连接，流量调节阀12出口与太阳能集热装置入口连接（图2左下），储能循环控制阀9安装在储能循环泵10与流量调节阀12之间，太阳能集热装置出口（图2右上）通过联集管4与高温储能罐11（上部）入口连接，排空进气阀15安装在太阳能集热装置出口的联集管4上，排空泵24出口与高温储能罐11连接，排空泵24入口通过排空阀25与太阳能集热装置入口连接。高温储能罐11从内到外设置有绝热保温层11-1、刚性层11-2、绝热保温材料11-3和外壳11-4。本实施例绝热保温层11-1采用石棉陶瓷制成，绝热保温材料11-3采用岩棉。

本实施例所述恒温汽轮发电装置包括恒温泵18、恒温罐19、蒸汽发生器19-1、汽轮机进气阀20-1、汽轮机20、发电机21、冷凝器22、高压循环泵23，恒温泵18与恒温罐19、高温储能罐11连接，恒温罐19中的蒸汽发生器19-1通过汽轮机进气阀20-1与汽轮机20连接，汽轮机20与发电机21、冷凝器22连接，冷凝器22与高压循环泵23连接，高压循环泵23与蒸汽发生器19-1连接。

本实施例所述自动控制装置包括数控电脑控制装置13、太阳能集热装置中部热敏元件14、太阳能集热装置出口热敏元件7、储能罐温控仪8、恒温罐温控仪16、恒温控制阀17、蒸汽发生器压力仪28，恒温控制阀17设在高温储能罐11与恒温罐19之间的连接管路上；数控电脑控制装置13通过导线与太阳能集热装置中部热敏元件14、太阳能集热装置出口热敏元件7、储能罐温控仪8、恒温罐温控仪16、储能循环控制阀9、流量调节阀12、排空阀25、排空进气阀15、恒温控制阀17、储能循环泵10、恒温泵18、高压循环泵23、排空泵24、汽轮机进气阀20-1、蒸汽发生器压力仪28电连接，控制电气设备的运行。

本实用新型通过太阳能真空集热结构的改进，通过采用大空隙真空集热管1并联组成集热模块2，集热模块2经反复串联后再通过聚焦模块6提高集热温度，使太阳能集热装置获取大量热能，并使其一直处于高温工作状态，直接把蓄能介质加热到需要温度并送入高温储能罐11储存，在无太阳或阳光不稳时通过自动控制装置（***），把储存热能稳定均匀有序地提供给太阳能热发电设备；实现连续、均匀、可控的发电目的。通过高温储能解决了现有太阳能发电中出现的不可控、不稳定、无太阳即无电的缺陷，从而使太阳能真正成为可替代矿物能发电的绿色新能源。

本实用新型通过高温储能罐11减少热能损耗，有效地提高保温效果和延长使用时间，使得到的热能在设定时间内，连续稳定地发出电能以供人类生活生产需求。

本实用新型所采用技术方法是：1，首先根据单组蓄能介质流量把大空隙真空集热管1并联成集热模块2。2，通过蓄能介质流量计算所需热能将集热模块2串联成巨型集热体，把集热体出口的蓄能介质加热到200～250℃（太阳能集热装置中部热敏元件14检测到的温度）区间。3，再通过聚焦串联结构使真空集热温度上升到高温状态380～400℃（太阳能集热装置出口热敏元件7检测得到的温度，可以根据需要通过调整集热模块2和聚焦模块6的结构、数量、大小来实现），这时蓄能介质集热体加热到高温后，蓄能介质从出口端通过管道送入高温储能罐11储存，以备向太阳能热发电设备持续提供热源。本实用新型大空隙真空集热管1采用玻璃制成，实现高温集热储能，大幅度降低了现有太阳能热发电的投资成本。

本实用新型太阳能热发电设备的控制方法是：1、首先依据选定的汽轮发电机组、工质和运行条件，确定恒温罐19温度工作区间和蒸汽发生器19-1压力工作区间；2、数控电脑控制装置13控制太阳能集热储能装置工作；3、当储能罐温控仪8检测温度高于恒温罐19设定温度时，恒温控制阀17开启，恒温泵18开启，当蒸汽发生器压力仪28检测压力升至蒸汽发生器19-1工作压力设定值时汽轮机进气阀20-1开启，高压循环泵23开启，太阳能热发电设备进入连续稳定发电运行状态；4、当恒温罐温控仪16检测温度达到恒温罐19温度设定上限值时，恒温泵18、恒温控制阀17关闭；当恒温罐温控仪16检测温度下降到接近恒温罐19温度设定下限值时（可以是一个范围，例如恒温罐温控仪16检测温度为恒温罐19温度设定下限值以上5～10摄氏度时），恒温泵18、恒温控制阀17开启，周而复始实现平稳发电；5、当储能罐温控仪8检测温度下降到恒温罐19设定温度下限值以下时太阳能热发电设备停止运行，关闭太阳能集热储能装置，关闭恒温汽轮发电装置（关闭其各部件）。

本实用新型太阳能集热装置中部热敏元件14的主要功能是提前预判太阳能集热装置出口温度（太阳能集热装置出口热敏元件7检测温度），提高热效率同时预防储能介质碳化；当太阳能集热装置中部热敏元件14检测温度达到循环设定温度（特例为200℃）以上时，太阳能集热装置中部热敏元件14检测温度每上升5℃调大流量5％反之则调小流量5％（通过流量调节阀12调节，即当太阳能集热装置中部热敏元件14检测温度达到205℃且小于210℃时调大流量5%，达到210℃且小于215℃时调大流量10%...；当太阳能集热装置中部热敏元件14检测温度下降至低于195℃且大于190℃时调小流量5%，低于190℃且小于185℃时调小流量10%...），稳定聚焦集热体出口温度，提高储能介质使用寿命。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及效果：1、大空隙全玻真空集热管提高了集热温度和保温效果，热能转换利用率达到90％以上；2、由于集热装置由制造工艺简单的玻璃真空集热管为主组成，投资性价比优势显著，与现有太阳能热发电装置比，可减少投资达50％以上；3、全程自动化控制，储能以太阳能为主同时还可以与谷电蓄能有机结合，达到更省钱。使太阳能与电真正成为互补使用的绿色新能源；4、整体结构简单、安装方便，不受地理气候环境条件限制，为工农业生产用电大户进行节能技改、减排省钱，提供了一种经济、安全、可靠的绿色清洁能源电。

本实用新型技术特征或技术方案的简单变形和组合，应认为落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种太阳能集热装置，其特征是：所述太阳能集热装置由集热模块、聚焦模块通过联集管连接构成，集热模块包括若干个大空隙真空集热管和一个耐高温的联集箱，所述大空隙真空集热管包括外管与内管，内管采用带导热翅片的热交换管，热交换管与导热翅片紧密贴合，热交换管设置有导热通道，热交换管的导热通道由热交换管入口经过两侧U型的导热翅片再连接至热交换管出口，集热模块的若干个大空隙真空集热管的热交换管通过联集管并联连通。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热装置，其特征是：所述聚焦模块包括聚焦镜、大空隙真空集热管和耐高温的联集箱，聚焦镜、大空隙真空集热管均安装在联集箱上。

3.一种太阳能热发电设备，其特征是：所述太阳能热发电设备包括高温储能装置、自动控制装置、恒温汽轮发电装置以及权利要求1或2所述的太阳能集热装置，所述恒温汽轮发电装置包括恒温泵、恒温罐、蒸汽发生器、汽轮机进气阀、汽轮机、发电机、冷凝器、高压循环泵，恒温泵与恒温罐、高温储能罐连接，恒温罐中的蒸汽发生器通过汽轮机进气阀与汽轮机连接，汽轮机与发电机、冷凝器连接，冷凝器与高压循环泵连接，高压循环泵与蒸汽发生器连接，太阳能集热装置通过联集管与高温储能装置连接，高温储能装置与恒温汽轮发电装置的恒温罐连接，自动控制装置与太阳能集热装置、高温储能装置、恒温汽轮发电装置均连接。

4.根据权利要求3所述的太阳能热发电设备，其特征是：所述高温储能装置包括高温储能罐、储能循环控制阀、储能循环泵、流量调节阀、排空阀、排空进气阀、排空泵，储能循环泵进口与高温储能罐出口连接，储能循环泵出口与流量调节阀入口连接，流量调节阀出口与太阳能集热装置入口连接，储能循环控制阀安装在储能循环泵与流量调节阀之间，太阳能集热装置出口与高温储能罐入口连接，排空进气阀安装在太阳能集热装置出口的联集管上，排空泵出口与高温储能罐连接，排空泵入口通过排空阀与太阳能集热装置入口连接。

5.根据权利要求4所述的太阳能热发电设备，其特征是：所述高温储能罐从内到外设置有绝热保温层、刚性层、绝热保温材料和外壳，绝热保温层采用石棉陶瓷制成，绝热保温材料采用岩棉。

6.根据权利要求4或5所述的太阳能热发电设备，其特征是：所述自动控制装置包括数控电脑控制装置、太阳能集热装置中部热敏元件、太阳能集热装置出口热敏元件、储能罐温控仪、恒温罐温控仪、恒温控制阀、蒸汽发生器压力仪，恒温控制阀设在高温储能罐与恒温罐之间的连接管路上，数控电脑控制装置通过导线与太阳能集热装置中部热敏元件、太阳能集热装置出口热敏元件、储能罐温控仪、恒温罐温控仪、储能循环控制阀、流量调节阀、排空阀、排空进气阀、恒温控制阀、储能循环泵、恒温泵、排空泵、高压循环泵、汽轮机进气阀、蒸汽发生器压力仪电连接。

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