專利名稱：利用太陽能產(chǎn)生蒸汽的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于利用太陽能產(chǎn)生出蒸汽的方法，由此將水帶進包括多個大約水平的金屬管和照射在這些管子上的太陽能的聚能器的管子區(qū)域中，由此在該管子區(qū)的加熱部分中對水進行加熱，在具有多個與加熱部分連接的平行管子的管子區(qū)的飽和部分中，使該水轉(zhuǎn)換成飽和蒸汽，并且在管子區(qū)的過度加熱部分中，該飽和的蒸汽受到過度加熱。
過度加熱的蒸汽可以用于各種用途，例如驅(qū)動與發(fā)生器連接的蒸汽輪機。
在丹麥專利申請No.1008355中描述了一種類似的方法。
在加熱部分中，管子完全充滿了水，并且在過度加熱部分中，它們完全充滿了蒸汽，而在飽和部分中，這些管子包含有水以及蒸汽。
根據(jù)該公知的方法，水從加熱部分均勻地分布在飽和部分的平行管子上。
在這些平行管子的起始端中實際上沒有任何蒸汽。離另一個端部越近，蒸汽量越多。
一開始該蒸汽可以具有氣泡的形狀，該氣泡隨著吸收了越來越多的熱量并且到達管子的另一端時而變得越來越大。在一段距離之后，水將處在底部并且蒸汽位于其上方。
因此，限制了管子熱量的利用，所述管子通過聚能器而被太陽能加熱。
實際上，水吸收熱量比已經(jīng)形成的蒸汽好得多，但是只有一部分管壁與水接觸。
而且，管子的底部被水冷卻比頂部被蒸汽冷卻得更快，因此該管子會卷曲。
根據(jù)本發(fā)明，因為以這樣的速度即水成管狀壓靠著內(nèi)壁流進這些的管子將一定量的蒸汽帶進與加熱部分相連的飽和部分的平行管子中，所以可以實現(xiàn)這個目的。
因此水將覆蓋著這些管子的整個內(nèi)壁，從而使這些管子的熱轉(zhuǎn)換最優(yōu)。利用蒸汽速度和水的速度之間的明顯比率來獲得成管狀壓靠著管子內(nèi)壁的水流。
優(yōu)選的是，從加熱部分提供給飽和部分的平行管子的水在這些管子的入口處膨脹，從而由于壓力降低的緣故所以立即產(chǎn)生出蒸汽，并且這具有這樣的速度即水成管狀流進這些管子。
在該實施方案中，通過從加熱部分流進飽和部分的水的膨脹來獲得供應給這些平行管子的蒸汽，因此沒有從外面額外供應任何蒸汽。
可以這樣調(diào)節(jié)所供應的暖水的膨脹，從而使水的速度在0.1和1m/s之間并且蒸汽的速度在0.6和2.5m/s之間。
膨脹可以在大約50巴的壓降下進行，例如從160巴的壓力到110巴的壓力。
在本發(fā)明的特定形式的實施方案中，在日落之后，仍然存在于加熱部分中而沒有加入到飽和部分的暖水存放在絕緣容器中，并且當太陽升起時，再次從容器將所存儲的且仍然溫暖的水供應給加熱部分。
這使得仍然能夠利用白天太陽的最后溫暖以便在早上更快地獲得蒸汽。在將這個最后所述的水帶進飽和部分的情況下，考慮到以下事實即由于飽和蒸汽仍然可以形成，所以在其到達過度加熱部分時，用于過度加熱所述蒸汽的太陽能沒有或不夠，所以它無論如何都不能受到利用。
在另一個形式的實施方案中，在日落時處于飽和部分中的水在太陽能仍然足夠的期間在過度加熱部分中完全轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽并被過度加熱，并且為此，要在日落之后的特定時刻停止向飽和部分供應水。
本發(fā)明還涉及一種尤其適用于實施根據(jù)前面所述的本發(fā)明的方法的裝置。
因此，本發(fā)明涉及一種利用太陽能產(chǎn)生蒸汽的裝置，該裝置包括至少一個包含多個大致水平的金屬管和照射在這些管子上的太陽能的聚能器的管子區(qū)，由此該管子區(qū)包括用于加熱水的加熱部分、具有至少多個與加熱部分連接用于使該水轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽的平行管子的飽和部分以及用于過度加熱蒸汽的過度加熱部分，并且該裝置的特征在于，在與加熱部分連接的飽和部分的平行管子的入口處設有用來將蒸汽帶進所述管子的裝置。
這些裝置可以由位于與加熱部分連接的所述管子的入口中的可調(diào)節(jié)膨脹閥組成。
優(yōu)選的是，加熱部分包括熱絕緣的容器，其出口與加熱部分的入口連接，而回流管將該加熱部分的入口連接在容器的入口上。
圖5大致地顯示出與圖3類似的平面圖，但是涉及本發(fā)明實施方案的還有一種形式。
優(yōu)選實施方案的詳細說明如

圖1和2所示，根據(jù)本發(fā)明利用太陽能產(chǎn)生蒸汽的裝置基本上由多個包括水平金屬管例如鋼管2和與之共同協(xié)作的聚能器3的管子區(qū)1組成。
例如，管子2其內(nèi)徑為20cm并且長度可以高達1000m。它們形成吸收器并且優(yōu)選涂覆有黑色吸熱材料。
管子區(qū)1相互平行地設置并且通過蒸汽管道4和水管5與連接在能量發(fā)生器7連接的蒸汽輪機6連接。這些管子區(qū)和蒸汽輪機6與管道4和5一起形成封閉的管路，在該管路中在蒸汽輪機之后設置有冷凝器8、水容器9和泵10。
所述聚能器3可以具有不同的形式。在其最簡單的形式中，如圖中大致所示的一樣，聚能器3由長方形拋物面彎曲的鏡11構(gòu)成，其聚焦線與管子2一致。這些鏡子例如具有大約40m的長度。
通過馬達12利用傳動裝置13使該鏡子11轉(zhuǎn)動以便連續(xù)地跟隨太陽。
聚能器3還包括條帶形鏡子，并且可以將另外的第二聚能器設置在管子2的上方。
如在圖3中所詳細地顯示出的一樣，每個管子區(qū)1包括三個部分，即將水加熱至蒸發(fā)溫度并且處于相對較高壓力下的加熱部分14，使水蒸發(fā)并且產(chǎn)生出飽和蒸汽的飽和部分15以及過度加熱飽和蒸汽的過度加熱部分16。
飽和部分15和過度加熱部分16是超尺寸的，這意味著它們預計非常大，因此可以吸取比所需要的更多的太陽能。
在所示的實施例中，加熱部分14包括四個串聯(lián)布置的管子2，這意味著它們在其末端處通過接頭17相互連接。
在該加熱部分14的入口18中，順序設置有泵19、切斷閥20和流速計21。
加熱部分14包括熱絕緣容器22，其入口23通過回流閥24連接在加熱部分14的出口25上，并且出口26通過管道27連接在入口18上。
在出口25和入口23之間，在回流管道24中順序設置有泵28、溫度計29、流速計30、壓力表31和回流閥32。
飽和部分15包括五個管子2，即一個相互并聯(lián)的三個管子的組15A以及之后也是相互并聯(lián)的兩個管子的組15B。
第一組15A的三個管子2單獨地通過它們的入口33連接在加熱部分14的出口25上，在所述入口中設有膨脹閥34和調(diào)節(jié)閥35。
所述三個管子2其入口36連接在收集器管道37上，第二組15B的兩個管子通過所述收集器管道也連接在一起。
這兩個管子2的出口39連接在將熱量發(fā)送進水分離器41的收集器管道40上。
收集器管道40還向泵42發(fā)熱，該泵的出口通過管道43發(fā)熱給組15A的三個入口33。
過度加熱部分16包括三個以并聯(lián)方式連接的管子2，這些管子其入口44連接在收集器管道45上，該管道向水分離器41的頂部發(fā)熱并因此只容納有蒸汽。
三個管子2其出口連接在收集器管道47上。所述管道連接在其中設有壓力表48、流速計49和溫度計50的蒸汽管道4上。
注射管道51通過調(diào)節(jié)閥52將管道37連接在過度加熱部分16的三個管子上。
該裝置的運行如下在加熱部分14的管子2中，通過泵19泵進的水在110或160巴的壓力下被太陽能加熱至沸點。
當太陽落下時，當然提供給該部分的熱量停止。但是，在該部分中存在大量已經(jīng)被加熱的水，并且在該加熱部分14的輸出端處甚至處在沸騰溫度下。
為了防止這些水在日落之后冷卻并且在輸出端處再次到達沸點之前必須在早上日出時被重新加熱，該重新加熱會花費1小時多，因此在日落時利用泵28通過回流管24從加熱部分14將該熱水泵送到容器22，該容器處于和加熱部分14相同的壓力下并且具有與加熱部分14的水量對應的容積。
通過出口26將存在于該容器32中的較冷的水例如80℃的水壓出該容器22并進入到加熱部分14，從而來自該部分的熱水就完全由該較冷的水所代替。
在日出時，進行相反的操作，即利用泵28將該較冷的水泵送出加熱部分14并且被在昨夜存儲在容器22中的熱水代替，并且因為這個容器22是絕緣的，因此該水實際上沒有冷卻例如仍然在300℃以上。
優(yōu)選的是，最熱的水首先存放在容器22中，因此也最先被泵送回加熱部分14中，從而在這個泵送之后，最熱的水就處在加熱部分14的出口25附近。
因此，在日出之后該裝置就可以更快地在滿功率下工作，因而處于沸點的水可以更快地流到飽和部分15。
在該飽和部分15中，熱水轉(zhuǎn)變成蒸汽。在管子2中，存在熱水以及蒸汽。在管子2中，可以獲得正常的速度，該速度對于水而言可以為3-5m/s而對于蒸汽而言可以從60-100m/s，但是根據(jù)本發(fā)明水的速度限制在0.1和1m/s之間的數(shù)值上并且蒸汽的速度限制在0.6和2.5m/s之間的數(shù)值上。
已經(jīng)注意到，這樣就可以實現(xiàn)管狀流，從而水貼靠在管子2的內(nèi)壁上并且蒸汽在水的“圓筒”內(nèi)部流動。
為了在飽和部分15的開始處就獲得這個圖形，因而在組15A的管子2的入口33處的一般沒有任何蒸汽的地方無論如何都必須提供適當量的蒸汽。
這是通過利用膨脹閥34以50巴的壓降例如從主要在加熱部分14中的110或160巴分別到60巴、100巴使所提供的沸水膨脹來實現(xiàn)的。
通過這個膨脹，蒸汽將立即在入口33處形成?？梢酝ㄟ^膨脹閥34來調(diào)節(jié)蒸汽速度，并且調(diào)節(jié)閥35也可以幫助進行調(diào)節(jié)。
由于貼在飽和部分中的管壁上的水的管狀流動，所以管子2受到均勻的加熱，并且太陽能的吸收是最優(yōu)的。
仍然存在于出口39處的飽和蒸汽中的少量水在水分離器41中被分離，并且利用泵42可以通過管道43將該水朝向第一組15A的管子2的入口33泵送。
在過度加熱部分16中，飽和部分15的飽和蒸汽被過度加熱以便最終朝著蒸汽管道4流向蒸汽輪機6。
在該過度加熱部分16中的溫度調(diào)節(jié)可以通過從收集器管道37將一定量飽和蒸汽注射穿過注射管道51進入該部分16的一個或多個管子2中來進行。
在圖4中所示的裝置形式與上述實施方案的形式的主要不同之處在于，飽和部分15還包括熱絕緣容器53，該容器相對于組15A的三個管子以平行的方式布置并且去掉了調(diào)節(jié)閥門35。
在其遠離水分離器41的側(cè)面上，收集器管道40包括兩個支管，即通過調(diào)節(jié)閥54連接在管道43上的支管40A，和其中具有泵55和與容器53的入口57連接的關閉元件56的支管40B。在兩個支管40A和40B之間，管道58在其中設有調(diào)節(jié)閥59。
容器53的出口連接在收集器管道37上。該裝置的作用類似于前面所述的功能，它們的差別在于，在日落時或當在白天過程中太陽沒有照耀的時候，關閉元件56打開，而調(diào)節(jié)閥54和59關閉并且利用泵55通過支管40B將來自支管40B的水泵送給容器53。
被壓出該容器53的水將通過出口60進入收集器管道37。
位于飽和部分15中的蒸汽例如通過過度加熱部分16從該部分中排出，但是在那里它不必被過度加熱，并且朝著例如脫鹽裝置的蒸發(fā)器引導。
在日出時或當太陽再次照耀時，可以利用泵55將現(xiàn)在處于飽和部分15中的水泵送給容器53，因此從該容器53中將所存儲的水泵送回飽和部分15并且更具體的說進入收集器管道37。
可以采用在任何情況中用來防止飽和部分15在晚上的熱量損失的方法，例如在使用如圖1所示的裝置時，包括通過關閉膨脹閥34在日落之前的特定時刻下停止向該飽和部分15提供水并且使仍然存在于該飽和部分15中的所有水蒸發(fā)隨后在過度加熱部分16中對它進行過度加熱。
因此必須選擇或估計上述時間，從而在停止水供應之后，可以有足夠的太陽能來進行水的完全蒸發(fā)以及蒸汽的過度加熱。
在圖5中所示的實施方案的形式與在圖1-3中所示的裝置的主要不同之處在于，用注射器61來代替膨脹閥34，該注射器通過注射管道62與收集器管道40的共同支管63連接。在該支管63中設有調(diào)節(jié)閥64。
代替通過使加熱部分14的水膨脹來在入口33處產(chǎn)生出蒸汽，在該實施例中從外面為飽和蒸汽的純蒸汽注射進水中。
在所有形式的實施方案中，在夜晚要盡可能將蒸汽提供給渦輪機6。當蒸汽的壓力太低時，該蒸汽可能仍然用于使水脫鹽。
在所有形式的實施方案中，可以實現(xiàn)效率提高因此可以更好地利用太陽能。
本發(fā)明決不只限于上述在附圖中所示形式的實施方案，相反在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下用于產(chǎn)生蒸汽的這種方法和裝置可以在不同的變型中實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.利用太陽能產(chǎn)生蒸汽的方法，由此將水帶進包括多個大致水平的金屬管(2)和照射到這些管子(2)上的太陽能的聚能器(3)的管子區(qū)(1)中，由此在該管子區(qū)(1)的加熱部分(14)中對水進行加熱，該水在具有多個與加熱部分(14)連接的平行管子(2)的管子區(qū)(1)的飽和部分(15)中轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽，并且在管子區(qū)(1)的過度加熱部分(16)中該飽和蒸汽被過度加熱，其特征在于，在與加熱部分(14)連接的飽和部分(15)的平行管子(2)中，以這樣速度供應一定量的蒸汽，該速度使水在這些管子(2)中貼著內(nèi)壁成管狀流動。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，從加熱部分(14)供應給飽和部分(15)的平行管子(2)的水在這些管子(2)的入口處膨脹，從而在壓降的作用下立即產(chǎn)生出蒸汽，并且這是以這樣的速度進行的，即水在這些管子(2)中貼著內(nèi)壁成管狀流動。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)所供應的暖水的膨脹，使得水的速度在0.1和1m/s之間并且蒸汽的速度在0.6和2.5m/s之間。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述膨脹在大約50巴的壓降下進行。
5.如前面權(quán)利要求任一所述的方法，其特征在于，在日落之后，仍然存在于加熱部分(14)中熱水不是加入到飽和部分(15)中而是存儲在熱絕緣的容器(22)中，并且當太陽升起時，所存儲的且仍然是熱的水從容器(22)再次供應給加熱部分(14)。
6.如前面權(quán)利要求任一所述的方法，其特征在于，在日落時或當太陽在白天期間停止照耀時，將飽和部分(15)中的水泵送給熱絕緣的容器(53)，并且在日出時或當太陽再次開始照耀時，所存儲的熱水從容器(53)被帶回進飽和部分(15)。
7.如權(quán)利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，只要存在足夠的太陽能，則在日落時位于飽和部分(15)中的水仍然完全轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽并且在過度加熱部分(16)中被過度加熱，為此在日落之前的某個時刻要切斷向飽和部分(15)供應水。
8.用于利用太陽能產(chǎn)生蒸汽的裝置，該裝置包括至少一個包含多個大致水平的金屬管(2)和照射在這些管子上的太陽能的聚能器(3)的管子區(qū)(1)，由此該管子區(qū)(1)包括用于加熱水的加熱部分(14)、具有至少多個與加熱部分(14)連接用于將該水轉(zhuǎn)換成飽和蒸汽的平行管子(2)的飽和部分(15)以及用于過度加熱蒸汽的過度加熱部分(16)，并且該裝置的特征在于，在與加熱部分(14)連接的飽和部分(15)的平行管子(2)的入口(33)處設有用來將蒸汽帶進所述管子(2)的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，這些裝置由與加熱部分(14)連接的管子(2)的入口(33)中的可調(diào)節(jié)膨脹閥形成。
10.如權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，加熱部分(14)包括熱絕緣容器(22)，其出口(26)與加熱部分(14)的入口(18)連接，而回流管(24)將該加熱部分(14)的出口(25)連接在容器(22)的入口(23)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，加熱部分(14)包括多個相互串聯(lián)連接的管子(2)。
12.如權(quán)利要求8-11中任一所述的裝置，其特征在于，飽和部分(15)包括相互平行地設置的管子(2)的第一組(15A)，這些管子連接成其一個末端連接在加熱部分(14)的出口(25)上并且其另一個末端連接在收集器管道(37)上，該飽和部分還包括平行地設置的管子(2)的第二組(15B)，其一個末端連接在所述收集器管道(27)上并且另一個末端連接在收集器管道(40)上。
13.如權(quán)利要求8-12中任一所述的裝置，其特征在于，飽和部分(15)包括熱絕緣容器(53)，其入口(57)與飽和部分(15)的出口連接并且其出口(60)與連接在加熱部分(14)上的平行管子(2)的遠離出口(33)的末端連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用太陽能產(chǎn)生蒸汽的方法，由此將水帶進包括多個大致水平的金屬管(2)和照射到這些管子(2)上的太陽能的聚能器(3)的管子區(qū)(1)中，由此在該管子區(qū)(1)的加熱部分(14)中對水進行加熱，該水在具有多個與加熱部分(14)連接的平行管子(2)的管子區(qū)(1)的飽和部分(15)中被轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽，并且在管子區(qū)(1)的過度加熱部分(16)該飽和蒸汽被過度加熱，其特征在于，在與加熱部分(14)連接的飽和部分(15)的平行管子(2)中，以這樣的速度供應一定量的蒸汽，從而水在這些管子(2)中貼著內(nèi)壁成管狀流動。
文檔編號F22B1/00GK1392947SQ01802800
公開日2003年1月22日 申請日期2001年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月19日
發(fā)明者多梅恩·文利維因, 米歇爾·蘇萊達 申請人:蘇里亞控股責任有限公司