[发明专利]一种双排太阳能真空管矩阵集热系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能真空管矩阵集热系统，属太阳能技术领域。 

背景技术

当今社会倡导可持续性发展，其中，能源问题是制约人类可持续发展的关键问题。作为能量来源的一种，太阳能取之不尽、用之不竭，地球每年获得的太阳能辐照量是人类全部能源消耗的数万倍，如果能够对这部分能量加以充分地转化和利用，将会为人类可持续发展提供能源保障。虽然有大量的研发人员为太阳能的利用付出了很多创造性的劳动，但是由于人类所能接收到的太阳能的能量密度低、品质低，所以对其进行大规模直接利用的技术难度仍很大。 

目前比较成熟的太阳能应用技术主要有光电转化和光热转化两大类。其中，太阳能光热转化技术包括聚焦集热和真空集热两大类。 

聚焦集热，包括塔式定日镜聚焦、槽式聚焦和碟式聚焦等技术方法，通过聚焦，提高了太阳能的能量密度，可以获得高温高压蒸汽，提高了太阳能的品质。但由于技术复杂、光热转化效率低、热能损失大、聚焦技术投资成本过高等原因，不具备大规模使用的条件，仍处于科研研发阶段，鲜有应用实例。 

真空集热，主要是太阳能真空集热管技术，是人类利用太阳能资源的一个成功典范，以真空集热管为核心的太阳能热水器可以在各种环境、气候条件下应用；目前太阳能真空集热管具有一定的尺寸规格，鉴于技术和 成本问题，太阳能真空集热管不可能做的很大，现有太阳能真空集热管的尺寸有限，真空集热管的受热面积小，每只真空集热管能够获得的热能十分有限，在阳光充沛的条件下，一只最大集热效率的常规市售的真空集热管每小时也仅仅只能够获得50大卡的热能，如果每小时要获得1吨蒸汽，则需要2万只集热管同时工作才可以实现；而现有供热技术中，根据供热需求的不同，大多数工业锅炉的蒸汽量远远大于1吨，甚至达到数十吨、数百吨，如果要使用太阳能真空集热管获得如此巨大的热能，则需要数量极为庞大的真空集热管同时工作，只有合理地将庞大数量的真空集热管进行布局连接，才可以获得具有经济性的太阳能真空管集热系统。 

通常的太阳能真空集热管的连接方式包括并联方式和串联方式，对于上述特大规模的真空集热系统来说，如果采用串联方式，那么串联方式系统整体的阻力等于各串联个体即每个太阳能真空集热管的阻力之和，个体串联的同时阻力也实现了串联，考虑到成本与效率等因素，系统的总阻力不可能无限增大，因此系统内太阳能真空集热管的串联数也不可能无限增大；一般的说，由于真空集热管串联后阻力进行了叠加，所以如果将大量的真空集热管串联那么将会影响到真空集热管串联系统内介质的流动速度，流动速度太慢容易在吸热后太阳能真空集热管局部出现高温，这样会使得局部介质汽化，产生气阻，从而在介质流动过程中在产生汽化的地方介质一旦流经就会被瞬间汽化，无法实现介质在真空集热管内的顺利流通吸热，影响了吸热效率，所以采用串联方式只能串联十数支，至多不过数十支真空集热管。 

对于并联方式而言，现有技术中，中国专利文件CN201355026Y公开了一种介质为导热油的太阳能蒸汽发生器，所述蒸汽发生器包括由若干个介质为导热油的单元集热器并联组成的太阳能集热器总成，在每个单元集热器中设置有并联连接的多个太阳能真空集热管，从而在整体上形成了真空集热管并联形成管组，管组和管组再并联的真空集热排列组合，上述并 联连接方式较之串联连接方式而言，真空集热系统内部的阻力较小，但是其仍然存在如下问题： 

第一、由于即便规格相同的各个真空集热管的长度都不可能完全相同，而且各个真空集热管在制造时其焊缝的焊接精度也是不完全相同的，所以导致各个真空集热管内部的介质流动环境不同，从而表现为在整个真空集热系统中各个真空集热管内部的阻力均不同，那么就无法实现全系统的阻力匹配。上述阻力不匹配的问题造成各管组之间介质的流量不同，由于是并联关系，进入管组内部的各个真空集热管内部的介质流量就更加不同，从而导致经真空集热管后的介质加热不均匀，有些真空集热管内介质流量低，则温度高，有些真空集热管内介质流量高，则温度低，势必影响真空集热系统的整体效率，也就是说，并联再并联的方法无法解决流量分配问题，相反地反而放大了流量的不均匀性。 

第二、采用上述组内并联、管组再并联的真空集热系统，该系统只具有一个进水管和一个出水管，在所述真空集热系统内部的介质相当于只经过一个真空集热管进行加热，用热品质很低。