[发明专利]一种基于蒸发冷却的采暖用太阳能吸热器

说明书

本发明公开了一种基于蒸发冷却的采暖用吸热器，应用于太阳能塔式集热系统，包括列管式吸热器管排、下集液箱、上集汽箱、汽/水换热器、主水泵和控制系统组成。该吸热系统中，传热工质封闭在吸热器管排、下集液箱、上集汽箱、汽/水换热器建立的封闭空间内，传热工质吸收吸热器管排传递的热量并汽化，进入上集汽箱，传热工质蒸汽通过连接管道进入汽/水换热器壳侧，并在汽/水换热器冷凝，将热量传递给管侧被加热流体，放热冷凝后的传热工质通过连接管道返回下集液箱，形成闭式循环。吸热器和汽/水换热器之间的连接管道需要做绝热处理。本发明解决了大聚光比、小温差、大流量条件下塔式吸热器流速、水力学分配、流场控制和吸热器的安全性问题。

技术领域

本发明涉及集热与采暖技术领域，具体涉及一种基于蒸发冷却的采暖用太阳能塔式集热系统用吸热器，特别涉及将塔式集热技术应用于采暖时，小温差大流量下的一种基于蒸发冷却无功循环和二回路循环的太阳能塔式吸热器。

背景技术

大规模太阳能区域供热技术是未来太阳能供热的重要发展方向，大容量太阳能集热系统的成本、可靠性、安全性是太阳能供热技术规模化应用的重要保障。当前，太阳能区域供热主要的集热器形式为平板集热器和真空管集热器，考虑到用户端温度舒适性、管网安全性和微生物抑制等因素，采暖系统管网供水温度在70℃以上，回水温度在40度以上，由于我国广大采暖地区冬季气温较低，在该运行温度下，非聚光型集热器热损失较大，采暖季集热场热效率过低，大型集热场水力学组织、防冻、防过热和耐腐蚀等要求较高等诸多问题，开发基于塔式聚光集热的太阳能采暖系统，可以有效规避传统太阳能采暖效率过低及防冻等诸多问题，是太阳能采暖技术发展的重要方向。

塔式吸热器式塔式抬眼更热发电的核心部件之一。而塔式集热技术一般应用太阳能热发电领域，吸热器设计一般为高聚光比和高温差设计，吸热器工质一般为水或者熔融盐，水工质吸热器运行温度一般在饱和或直接过热蒸汽式吸热器熔融盐工质吸热器的设计温差在300℃以上，而当在采暖系统中应用时，吸热器供回水温差仅仅为30℃，在极端你条件下可能仅在10℃左右，与热发电用吸热器相比，采暖用吸热器由于温度端差较小，且与汽化点接近，如果采用常规管排式吸热器，则吸热器流体设计流量过大，流速过高，会远远超过相关管道标准规定的管内流速，吸热器阻力过高，主泵耗电大幅增加且需要进行特殊设计，同时，高流速将大幅增加吸热器管束的冲刷腐蚀，降低吸热器使用寿命。在实际运行中，很难保障吸热器并联之间的流量平衡，由于太阳辐照波动、位置变化、定日镜和镜场误差等问题的存在，吸热器表面能量不均匀，且实时波动，吸热器工作温度与水的汽化点非常接近，极易导致接受高热流的吸热器管道内水工质发生汽化，进一步减少该管道内的水流速度，造成吸热管内压力骤升、吸热管温度升高并导致吸热器整体故障。

发明内容

本发明的目的在于克服采暖用水工质塔式太阳能集热系统中塔式吸热器在高能流、大波动、非均匀、小温差的复杂条件下出现的受热和流量分配不均，造成的吸热器设计死点、控制复杂和吸热器安全性问题，提供一种基于蒸发冷却和二回路换热的采暖用塔式吸热器方案以解决采暖用塔式吸热器设计和运行安全问题。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于蒸发冷却的采暖用太阳能吸热器，所述的太阳能吸热器包括吸热器传热工质的蒸发冷凝回路和汽/水换热器内的水加热回路，其中，所述的蒸发冷凝回路包括依次循环连通的下集液箱1、吸热器管排2以及上集汽箱3以及汽/水换热器6壳侧，所述的水加热回路包括依次连通的主水泵8、进水管7、汽/水换热器6管侧和出水管5，

其中，所述的吸热器管排2的的外表面作为吸热面接收来自镜场反射的太阳光，加热吸热器管排2内的传热工质，传热工质吸热相变后，进入上集汽箱3，并通过连接管道进入汽/水换热器6壳侧，并在汽/水换热器6内冷凝，将热量传递给汽/水换热器6管侧被加热流体，放热冷凝后的传热工质通过连接管道返回下集液箱1，形成闭式循环回路；