CN209371201U - 一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，包括进液管、太阳能集热器、缓冲罐、保温储存罐、蒸发器和进水管，太阳能集热器包括汇集管和多根太阳能集热管，进液管的一端连接有液态金属储罐，另一端安装有多根伸入到太阳能集热管内的进液支管；汇集管与缓冲罐之间通过一级出液管连通，保温储存罐与缓冲罐之间通过二级出液管连通；蒸发器包括壳体、蒸发换热管、内环管、外环管，内环管、支管和蒸汽排出管，其中一根蒸发换热管与保温储存罐之间通过三级出液管连通，另一根蒸发换热管通过四级出液管与预热交换器连通，预热交换器通过回流管与汇集管连通。本锅炉能够保证在没有阳光的时候也能持续、稳定的提供较高温度的蒸汽。

Description

一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉

技术领域

本实用新型属于能源应用技术领域，具体涉及一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉。

背景技术

太阳能乃天然能源，取之不尽，用之不竭，使用安全，方便无污染，在人类赖以生存的环境由于过多开发和使用矿物燃料日益遭到破坏的今天，人们越来越多地重视研究和使用这种清洁卫生的能源。当前，将太阳能进行光热转换是太阳能的重要利用方式之一，将太阳能转换成热能的太阳能锅炉在日常生活与工业生产中已被普遍应用。太阳能锅炉作为一种新兴的锅炉装置，由太阳能热水器和锅炉组成，太阳能热水器把生产的热水自动注入保温水箱，并储存起来，然后水箱和锅炉的管道***连接，这样锅炉不需要满负荷运行就能把水加热到额定温度，十分节能，但上述太阳能锅炉在使用的过程中存在以下不足，一是采用太阳能热水器直接对冷水进行加热，由于太阳能热水器受天气的影响，加热后的热水水温不均匀 ，尤其是到寒冷的冬天，难以将进入锅炉的热水加热到沸点，使得锅炉很难产生稳定、定量的蒸汽，供热的连续性差，使用的局限性较大，只能产生一些中低温的蒸汽；二是太阳能热水器的水管随着加热时间的延长，水中的钙离子和镁离子等阳离子钙化后会逐渐的粘附在管壁上，进而减少了热水器的体积和影响加热的效率；三是现有的太阳能锅炉一般都是采用吸热盘管与空气进行热量交换来产生蒸汽，该结构的太阳能锅炉换热的效率低，产生的蒸汽温度低，很多情况还需要采用电能来产生蒸汽，显现，失去了太阳能开发和利用的意义。因此，研制开发一种结构简单、经济效益好、热能利用率高、使用温度高、便于推广使用、产汽过程顺畅且产汽量大的以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉是客观需要的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、经济效益好、热能利用率高、使用温度高、便于推广使用、产汽过程顺畅且产汽量大的以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉。

本实用新型的目的是这样实现的，包括进液管、太阳能集热器、缓冲罐、保温储存罐、蒸发器和进水管，太阳能集热器包括汇集管和安装在汇集管上的多根太阳能集热管，进液管位于汇集管的上方，进液管的一端连接有液态金属储罐，另一端的底部安装有多根位置和数量与太阳能集热管的相对应的进液支管，每根进液支管的下端穿过汇集管后伸入到太阳能集热管内部，进液管上安装有进液阀和电磁泵；缓冲罐内安装有温度传感器、制冷器和电加热器，汇集管与缓冲罐之间通过一级出液管连通，一级出液管上安装有出液阀；保温储存罐与缓冲罐之间通过二级出液管连通，二级出液管上安装有电磁泵；

蒸发器包括壳体，壳体内竖直安装有至少2根蒸发换热管，所有蒸发换热管的内侧从上到下间隔安装有多根内环管，所有蒸发换热管的***从上到下间隔的安装有多根外环管，每根内环管与蒸发换热管之间以及每根外环管与蒸发换热管之间通过直管连通，内环管和外环管在蒸发换热管之间为上下交错布置，壳体的顶部安装有蒸汽排出管，蒸汽排出管的进口端安装有汽水分离罩，蒸汽排出管上安装有压力表、温度表和安全阀，且其中一根蒸发换热管的顶部与保温储存罐之间通过三级出液管连通，其中另一根蒸发换热管的底部设置有四级出液管，四级出液管与预热交换器的壳程进口连通，预热交换器的壳程出口通过回流管与汇集管连通，回流管上安装有过滤器；进水管与预热交换器的管程进口连通，预热交换器的管程出口通过预热管与壳体的底部连通，预热管上安装有进水阀。

进一步的，进水管上安装有除氧器。

进一步的，电加热器连接有太阳能供电装置，太阳能供电装置包括依次电连接的光伏吸光板、光伏蓄电池和光伏逆变器。

进一步的，蒸发换热管上方与蒸汽排气管之间的壳体内部安装有多孔网板。

进一步的，进液管与回流管之间设置有旁通管，所述旁通管上安装有旁通阀。

进一步的，一级出液管和二级出液管上均安装有安全膨胀节。

进一步的，一级出液管、二级出液管、三级出液管、四级出液管和回流管上包裹有保温层。

进一步的，蒸发换热管、内环管和外环管为圆管，所述蒸发换热管的内径大于外环管和内环管的内径。

本实用新型产生的有益效果是：一是采用液态金属传热储热，液态金属的熔点低、沸点高、导热系数好，储热密度大、使用的温度高、效率高，使用效益好，环保节能，且采用液态金属存储热量，保证在没有阳光的时候也能持续的提供较高温度的蒸汽，另外，采用液态金属进行传热，不易造成管道因水垢原因造成堵塞，***使用寿命长；二是设置的太阳能集热器的结构设计合理，其集热的效率高，可以大幅的提高液态金属的吸收效率；三是设置缓冲罐和保温存储罐能够对吸热后的液态金属温度和压力进行调节，保证进入蒸发器内的液态金属温度和压力恒定；四是蒸发器内外环管结合的换热方式，其大幅的增大了换热的面积，换热的效率高，能够很好的换热效果，换热后产生的蒸汽含水量少、蒸汽质量高，蒸汽的温度高；五是设置的预热交换器能实现余热的循环再利用，进一步的提高了蒸汽的换热效率。综上，本实用新型结构设计新颖合理、工作可靠性高、使用寿命长、使用效果好、使用的温度高、便于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图中：1-进液阀,2-电磁泵,3-进液管,4-进液支管,5-汇集管,6-一级出液管,7-安全膨胀节,8-温度传感器,9-缓冲罐,10-光伏逆变器,11-光伏吸光板,12-光伏蓄电池,13-二级出液管,14-保温储存罐,15-三级出液管,16-外环管,17-直管,18-蒸发换热管,19-预热交换器,20-除氧器,21-进水管,22-回流管,23-蒸发器,24-内环管,25-汽水分离罩,26-蒸汽排出管,27-多孔网板,28-太阳能集热管,29-出液阀,30-旁通管,31-过滤器,32-预热管，33-四级出液管，34-液态金属储罐。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1所示,本实用新型包括进液管3、太阳能集热器、缓冲罐9、保温储存罐14、蒸发器23和进水管21，所述太阳能集热器包括汇集管5和安装在汇集管5上的多根太阳能集热管28，所述进液管3位于汇集管5的上方，所述进液管3的一端连接有液态金属储罐34，液态金属储罐34用来存储传热介质液态金属，液态金属的导热率高、储热密度大，前期设备投资成本低，对储热设备的要求低，同时采用液态金属进行传热，可以在几乎常压的条件下，获得很高的操作温度，即可以大大降低高温加热***的操作压力和安全要求，提高了***和设备的可靠性，进液管3的另一端的底部安装有多根位置和数量与太阳能集热管28的相对应的进液支管4，每根进液支管4的下端穿过汇集管5后伸入到太阳能集热管28内部，所述进液管3上安装有进液阀1和电磁泵2，这样结构的太阳能集热器集热的效率高，液态金属进入太阳能集热管28后能够充分的吸收太阳光的热能。

所述缓冲罐9内安装有温度传感器、制冷器和电加热器，所述汇集管5与缓冲罐9之间通过一级出液管6连通，所述一级出液管6上安装有出液阀29；所述保温储存罐14与缓冲罐9之间通过二级出液管13连通，所述二级出液管13上安装有电磁泵2；设置的缓冲罐9是为更好的调节吸热后的液态金属的温度，用于缓冲液态金属的温度和压力波动，起到恒温稳压的作用，在***内液态金属温度和压力微变化时，能保证***的温度和压力稳定，使得电磁泵不会因压力的改变而频繁的开启，提高***的安全性和设备的使用寿命，传热介质采用液态金属，还设置了保温储存罐14，用于盛装吸热后的液态金属，液态金属在循环回路中流动并依次与太阳能集热器、保温存储罐14、蒸发器23发生热交换，阳光充足时，液态金属从太阳能集热器获得热能后，流经保温存储罐14使其中的储热介质获得热能并储存下来，流经蒸发器23使得其中的水加热成热水并产生高温蒸汽。

所述蒸发器23包括壳体，所述壳体内竖直安装有至少2根蒸发换热管18，所有蒸发换热管18的内侧从上到下间隔安装有多根内环管24，所有蒸发换热管18的***从上到下间隔的安装有多根外环管16，每根内环管24与蒸发换热管18之间以及每根外环管16与蒸发换热管18之间通过直管17连通，内环管24和外环管16在蒸发换热管18之间为上下交错布置，优选地，所述蒸发换热管18、内环管24和外环管16为圆管，所述蒸发换热管18的内径大于外环管16和内环管24的内径，采用内环管24和外环管16的双层设计，能够增加传热介质液态金属与水的换热面积，提高热交换的效率，达到较好的换热效果，所述壳体的顶部安装有蒸汽排出管26，所述蒸汽排出管26的进口端安装有汽水分离罩25，汽水分离罩25能够分离掉蒸汽中夹杂的水分，提高产生蒸汽的质量，为了适时监测蒸汽生产过程中的安全性和稳定性，所述蒸汽排出管26上安装有压力表、温度表和安全阀，且其中一根蒸发换热管18的顶部与保温储存罐14之间通过三级出液管15连通，其中另一根蒸发换热管18的底部设置有四级出液管33，所述四级出液管33与预热交换器19的壳程进口连通，所述预热交换器19的壳程出口通过回流管22与汇集管5连通，所述回流管22上安装有过滤器31，过滤器31可以将吸热后的液态金属中产生的杂质清除过滤掉，所述进水管21与预热交换器19的管程进口连通，所述预热交换器19的管程出口通过预热管32与壳体的底部连通，所述预热管32上安装有进水阀，预热交换器19用于向蒸发器提供预热的热水，预热交换器19预热热水的热量部分或全部来源于流经的传热介质液态金属中的余热，预热交换器19能够进一步提高热能的利用率。

本***的工作过程是：使用时，开启进液阀1和电磁泵2，液态金属储罐34内的液态金属进入进液管3，并通过各个进液支管4进入相应的太阳能集热管28内，吸收太阳能热量的液态金属逐渐溢流到汇集管5中，然后打开出液阀29，汇集管5中的液态金属通过一级出液管6进入到缓冲罐9内，在缓冲罐9内调整到恒定的输出温度和压力后，开启二级出液管16上的电磁泵2，缓冲罐9内的液态金属通过二级出液管16进入保温储存罐14中，多余的热能被存储，所需输出温度的液态金属经过三级出液管15进入到蒸发换热管18内，并依次流经内环管24和外环管16后与蒸发器23内的冷水进行热量交换，从而不断的产生高温蒸汽，产生的高温蒸汽经过汽水分离罩25分离水汽后，最终通过蒸汽排出管26输送到需要高温蒸汽的场合，而与水进行热量交换后的液态金属则进入预热交换器19，与经过进水管21进入预热交换器19内的冷水进行二次换热，以提高进入蒸发器23内的冷水温度，从预热交换器19流出的液态金属经过回流管22进入汇集管5内即完成一次循环。本装置既能保证在没有阳光的时候也能持续、稳定的提供较高温度的蒸汽，也能大幅的提高锅炉的利用率，便于推广使用。

进一步的，所述进水管21上安装有除氧器20，除氧器20用于除去水中的氧气，提供给蒸发器23高品质的蒸汽源，最后输出高品质的高温蒸汽。

为了充分的利用太阳能资源，所述电加热器连接有太阳能供电装置，所述太阳能供电装置包括依次电连接的光伏吸光板11、光伏蓄电池12和光伏逆变器10，光伏吸光板11进行吸收太阳能并转化为电能，光伏蓄电池12用于将光伏吸光板11产生的电能储存，光伏逆变器10用于将光伏蓄电池12的电压转化为220V，供电加热器使用。

为了能进一步的提高蒸汽的质量，所述蒸发换热管18上方与蒸汽排气管26之间的壳体内部安装有多孔网板27，蒸汽排出使需要经过多孔网板27和汽水分离罩25的两重分离，彻底将蒸汽中的水分分离。

当回流管22内的液态金属温度较高时，可以通过旁通管30送入新的液态金属，来中和循环***中的液态金属的温度，所述进液管3与回流管22之间设置有旁通管30，所述旁通管30上安装有旁通阀。

为了防止液态金属吸热膨胀后对管子造成破坏，一级出液管6和二级出液管13上均安装有安全膨胀节7。

所述一级出液管6、二级出液管13、三级出液管15、四级出液管33和回流管22上包裹有保温层，是为了防止液态金属携带的热量快速散发，避免热量浪费。

Claims (8)

1.一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，包括进液管（3）、太阳能集热器、缓冲罐（9）、保温储存罐（14）、蒸发器（23）和进水管（21），其特征在于：所述太阳能集热器包括汇集管（5）和安装在汇集管（5）上的多根太阳能集热管（28），所述进液管（3）位于汇集管（5）的上方，所述进液管（3）的一端连接有液态金属储罐（34），另一端的底部安装有多根位置和数量与太阳能集热管（28）的相对应的进液支管（4），每根进液支管（4）的下端穿过汇集管（5）后伸入到太阳能集热管（28）内部，所述进液管（3）上安装有进液阀（1）和电磁泵（2）；

所述缓冲罐（9）内安装有温度传感器、制冷器和电加热器，所述汇集管（5）与缓冲罐（9）之间通过一级出液管（6）连通，所述一级出液管（6）上安装有出液阀（29）；所述保温储存罐（14）与缓冲罐（9）之间通过二级出液管（13）连通，所述二级出液管（13）上安装有电磁泵（2）；

所述蒸发器（23）包括壳体，所述壳体内竖直安装有至少2根蒸发换热管（18），所有蒸发换热管（18）的内侧从上到下间隔安装有多根内环管（24），所有蒸发换热管（18）的***从上到下间隔的安装有多根外环管（16），每根内环管（24）与蒸发换热管（18）之间以及每根外环管（16）与蒸发换热管（18）之间通过直管（17）连通，内环管（24）和外环管（16）在蒸发换热管（18）之间为上下交错布置，所述壳体的顶部安装有蒸汽排出管（26），所述蒸汽排出管（26）的进口端安装有汽水分离罩（25），所述蒸汽排出管（26）上安装有压力表、温度表和安全阀，且其中一根蒸发换热管（18）的顶部与保温储存罐（14）之间通过三级出液管（15）连通，其中另一根蒸发换热管（18）的底部设置有四级出液管（33），所述四级出液管（33）与预热交换器（19）的壳程进口连通，所述预热交换器（19）的壳程出口通过回流管（22）与汇集管（5）连通，所述回流管（22）上安装有过滤器（31）；

所述进水管（21）与预热交换器（19）的管程进口连通，所述预热交换器（19）的管程出口通过预热管（32）与壳体的底部连通，所述预热管（32）上安装有进水阀。

2.根据权利要求1所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：所述进水管（21）上安装有除氧器（20）。

3.根据权利要求1所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：所述电加热器连接有太阳能供电装置，所述太阳能供电装置包括依次电连接的光伏吸光板（11）、光伏蓄电池（12）和光伏逆变器（10）。

4.根据权利要求1所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：所述蒸发换热管（18）上方与蒸汽排出管（26）之间的壳体内部安装有多孔网板（27）。

5.根据权利要求1所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：所述进液管（3）与回流管（22）之间设置有旁通管（30），所述旁通管（30）上安装有旁通阀。

6.根据权利要求1所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：一级出液管（6）和二级出液管（13）上均安装有安全膨胀节（7）。

7.根据权利要求1所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：所述一级出液管（6）、二级出液管（13）、三级出液管（15）、四级出液管（33）和回流管（22）上包裹有保温层。

8.根据权利要求1所述的一种以液态金属作为传热介质的太阳能锅炉，其特征在于：所述蒸发换热管（18）、内环管（24）和外环管（16）为圆管，所述蒸发换热管（18）的内径大于外环管（16）和内环管（24）的内径。