[发明专利]一种槽式太阳能集热装置

说明书

一、技术领域

本发明属于新能源或可再生能源领域中的太阳能光热利用技术，既可为家庭、宾馆、单位提供热水、暖气以及热能制冷，也可用于分布式能源，建立太阳能与其它能源互补的能源供应站(譬如天然气热电厂、热能制冷站等)，实现热、电、冷联产联供。

二、背景技术

目前在太阳能利用领域主要有太阳能热水器、太阳能光热发电(供热)、太阳能光伏发电等技术。

太阳能光热发电技术主要有塔式集热装置和槽式集热装置等。

塔式集热装置是在宽广场地的中心或附近建设高大的竖塔，塔顶上装设集热器，在其周围布置大量的平面反射镜，每面反射镜均实行对太阳全方位跟踪调节，将阳光反射集中到塔顶的集热器上，对介质进行加热，再送去塔下的汽轮发电装置。这种装置的聚光比很大(达到或超过100)，容易获得高温热能，并能进行大型化，但结构复杂，特别是平面反射镜跟踪装置更为复杂，反射镜的角度状况各不相同，造价昂贵，且因季节性因素，太阳位置差别很大，全年太阳能总体利用效率不高；另外，反射到塔顶的光线如果路程太长，会受到空气的的作用而散射和被吸收，造成减弱。因此该项技术应用前景不明朗。

在太阳能光热利用领域，目前看来应用前景较好的应该是槽式集热装置。

槽式集热装置是通过槽形抛物面镜将太阳光反射聚集到圆柱形集热器上，对介质进行加热，产生的蒸汽送至主厂房的汽轮发电机，实现太阳能光热发电(供热)。槽形抛物面镜可另行配置自动跟踪装置，能进行东西向(地球经度方向)跟踪。

现有的槽式太阳能集热装置的圆柱形集热管是固定在槽形聚光镜上的、位于焦点轴线处的，跟随槽形聚光镜一起运动(跟踪太阳)。因发电供热需要，介质的温度压力很高，流量很大，管道粗大，存在着进出口管道连接问题；另外，集热管与聚光镜连接一体，增加了重量，且受到连接管道的牵连，需要消耗很大的跟踪动力，因此使其进一步大型化、高参数、高效率受到制约。

太阳能光伏发电技术应用已很普遍，光伏电池的光电转换效率在逐步提高，目前可达15-20％；近几年，光伏产业的发展速度很快，造价也在逐步降低，但由于是光电转换，无法进行电、热、冷联产联供，太阳能利用效率难以进一步提高，且所用材料硅在生产过程中能耗高、污染严重，有待进一步创新发展。

以上背景技术可参考：

1、《太阳能热利用原理与计算机模拟》(第2版，西北工业大学出版社，2004.3，张鹤飞主编)。

2、《中国槽式太阳能热发电产业化发展之我见》(东莞市康达电机工程有限公司，周福云，2010.9.28)。

三、发明内容

当前槽式太阳能集热装置主要是要解决集热管进出口管道连接、提高集热效率、增大容量和降低造价等问题。

本发明描述的槽式太阳能集热装置，是将位于槽形聚光镜焦点轴线处的集热管不与聚光镜固定而直接与地面支架定位连接，聚光镜两端通过位于焦点轴线处的轴承与地面支架连接，跟踪太阳时聚光镜围绕集热管(焦点轴线)转动，集热管固定不动(使外部管道能够直接与其连接)。集热管采用螺旋型流道直通式真空集热管，其外部是一种圆柱形贯穿式真空玻璃管壳，其内部的圆柱形集热芯管从真空玻璃管的一端至另一端贯穿而过，具有螺旋形介质通道，以提高吸热均匀性和传热效果。集热芯管通过补偿器与端部密封件连接，使其相对于真空玻璃管自由胀缩，以解决热胀冷缩不一致的问题。集热芯管采用导热性和强度良好的金属材料制作。集热管端部的真空密封材料要求具有可塑性、弹性、耐高温和一定的绝热性，当这种材料的耐热性能不能满足最高工作温度要求时，可采用阻热式端部结构，以降低该处的工作温度。根据实际需要，可将两根真空集热管首尾相接，端部的介质进/出接口管通过膨胀器作串连连接，保证轴向膨胀位移。本发明采用了集热管与膨胀器的一体化设计方案。集热管的重量不是由玻璃管承载的，而是由集热芯管传递至端盖来承载的。

由于集热管的重量不是落在聚光镜上，减轻了聚光镜的整体重量，消除了跟踪牵连，可减少跟踪能耗，再加上采用了螺旋型流道直通式高效集热管，因而其太阳能利用效率高于现有槽式集热装置和光伏电池装置。此外聚光镜整体荷重得到减轻，有利于降低刚性要求和轴承承载力，这样既利于大型化，又节约了钢材，降低了造价。

槽式集热装置的总体构成及工作原理：

其基本结构主要由：1、槽形聚光镜(抛物面镜)，2、真空集热管(位于槽形聚光镜焦点轴线处)，3、轴承(包括轴承座)，4、膨胀器，5、支架，6、介质进/出接口管等组成，总体结构见附图1、图2。