一種以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐,包括太陽(yáng)能供熱裝置、緩沖裝置以及蒸發(fā)器；太陽(yáng)能供熱裝置通過(guò)輸出管道與緩沖裝置相連接；緩沖裝置通過(guò)穩(wěn)流管與蒸發(fā)器相連，蒸發(fā)器通過(guò)回流管與太陽(yáng)能供熱裝置相連，回流管上設(shè)置有電磁泵；緩沖裝置、輸出管道、穩(wěn)流管和回流管的外表面設(shè)置有保溫層。還提供了該鍋爐的使用方法，利用液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)，太陽(yáng)能供熱裝置將液態(tài)金屬加熱；高溫液態(tài)金屬進(jìn)入緩沖裝置，緩沖裝置向蒸發(fā)器輸出流量穩(wěn)定的液態(tài)金屬，液態(tài)金屬在蒸發(fā)器將執(zhí)行介質(zhì)加熱成為高溫蒸汽；溫度降低的液態(tài)金屬回流至太陽(yáng)能供熱裝置。液態(tài)金屬能夠被加熱到較高的溫度，將執(zhí)行介質(zhì)加熱成高溫蒸汽，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】
一種以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鍋爐設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸汽與人們的生活息息相關(guān)，在北方用于冬季取暖，日常生活中用于加熱冷水、蒸飯等。另外，在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，如化工、造紙、塑料、食品、煙草、木材、紡織、醫(yī)藥等領(lǐng)域都需要蒸汽作為熱原。傳統(tǒng)的鍋爐使用化石燃料、天然氣、煤炭等資源制造蒸汽，這些資源都是不可再生的，且燃燒造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
[0003]太陽(yáng)能鍋爐是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能并制造蒸汽的裝置，太陽(yáng)能綠色環(huán)保，無(wú)氣體排放，零污染，取之不盡，用之不竭，是未來(lái)新能源的重要組成部分，利用太陽(yáng)能鍋爐制造蒸汽將是工業(yè)蒸汽的重要來(lái)源。
[0004]目前，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能鍋爐受到傳熱介質(zhì)的制約，只能產(chǎn)生中低溫度的蒸汽，大大地限制了太陽(yáng)能鍋爐的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐及其使用方法，能夠制造高溫蒸汽，擴(kuò)大太陽(yáng)能鍋爐的使用范圍。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:使用液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐，包括太陽(yáng)能供熱裝置、緩沖裝置以及蒸發(fā)器；
所述蒸發(fā)器設(shè)置有液態(tài)金屬進(jìn)口、液態(tài)金屬出口、蒸汽進(jìn)口和蒸汽出口，所述蒸汽進(jìn)口設(shè)置有進(jìn)汽管，蒸汽出口設(shè)置有出汽管；
所述太陽(yáng)能供熱裝置通過(guò)輸出管道與緩沖裝置相連接，所述輸出管道上設(shè)置有第一閥門(mén)和第一電磁栗;所述緩沖裝置通過(guò)穩(wěn)流管與蒸發(fā)器的液態(tài)金屬進(jìn)口相連，所述蒸發(fā)器的液態(tài)金屬出口通過(guò)回流管與太陽(yáng)能供熱裝置相連，所述回流管上設(shè)置有第二電磁栗；所述緩沖裝置、輸出管道、穩(wěn)流管和回流管的外表面均設(shè)置有保溫層。
[0007]進(jìn)一步地，所述進(jìn)汽管上設(shè)置有預(yù)熱器，所述回流管經(jīng)過(guò)預(yù)熱器后再與太陽(yáng)能供熱裝置相連。
[0008]進(jìn)一步地，所述進(jìn)汽管上設(shè)置有除氧器，所述除氧器、預(yù)熱器和蒸發(fā)器依次相連。
[0009]進(jìn)一步地，所述緩沖裝置、輸出管道、穩(wěn)流管和回流管的材質(zhì)為鎢、錸、鉭、鈮、鉬、鈦、鉛、鉻或鉭鎢合金，或者所述緩沖裝置、輸出管道、穩(wěn)流管和回流管的內(nèi)表面設(shè)置耐熱、防腐層。
[0010]進(jìn)一步地，所述緩沖裝置與蒸發(fā)器之間設(shè)置有儲(chǔ)熱裝置，所述儲(chǔ)熱裝置的外表面設(shè)置有保溫層。
[0011 ]進(jìn)一步地，所述保溫層為巖棉層、硅酸鋁層、微孔硅酸鈣層或超細(xì)纖維玻璃層。
[0012]進(jìn)一步地，所述回流管與輸出管道之間通過(guò)連接管連通，所述連接管上設(shè)置有第二閥門(mén)，所述第一閥門(mén)設(shè)置于太陽(yáng)能供熱裝置與連接管道之間的輸出管道上，所述太陽(yáng)能供熱裝置與連接管道之間的回流管上設(shè)置有第三閥門(mén)。
[0013]上述鍋爐的使用方法，利用室溫液態(tài)金屬或熔點(diǎn)低于230°C的金屬或合金作為傳熱介質(zhì)，包括以下步驟:
A、太陽(yáng)能供熱裝置將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，將液態(tài)金屬加熱；
B、高溫液態(tài)金屬通過(guò)輸出管道進(jìn)入緩沖裝置，緩沖裝置通過(guò)穩(wěn)流管向蒸發(fā)器輸出流量穩(wěn)定的液態(tài)金屬，同時(shí)向蒸發(fā)器的進(jìn)汽管通入執(zhí)行介質(zhì)，液態(tài)金屬的熱量在蒸發(fā)器中將熱量傳遞至執(zhí)行介質(zhì)，使執(zhí)行介質(zhì)變?yōu)楦邷卣羝?，并從出汽管輸出至?zhí)行設(shè)備；
C、溫度降低的液態(tài)金屬在第二電磁栗的作用下回流至太陽(yáng)能供熱裝置；
D、重復(fù)A、B、C。
[0014]進(jìn)一步地，步驟C中，溫度降低的液態(tài)金屬與待加熱的執(zhí)行介質(zhì)進(jìn)行換熱，將執(zhí)行介質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱后再流回太陽(yáng)能供熱裝置。
[0015]進(jìn)一步地，所述液態(tài)金屬為鎵基合金、銦基合金、鈉合金、鉀合金、祕(mì)基合金、錫基合金或鉛基合金。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:液態(tài)金屬的熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高、導(dǎo)熱率高、蒸氣壓低，能夠被加熱到較高的溫度，將執(zhí)行介質(zhì)如水等加熱成高溫蒸汽，廣泛應(yīng)用于國(guó)民生活和工業(yè)生產(chǎn);且在高溫下保持為液體形態(tài)，壓力穩(wěn)定，便于輸送和控制，降低管道和設(shè)備的抗壓要求。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的不意圖；
附圖標(biāo)記:I—太陽(yáng)能供熱裝置；11—輸出管道；12—第一閥門(mén)；13—連接管；14—第二閥門(mén)；15一第二閥11 ； 16一第一電磁栗;2一緩沖裝置;21—穩(wěn)流管;3一蒸發(fā)器;31 —進(jìn)汽管；32一出汽管;33—回流管;34—第二電磁栗;4一預(yù)熱器;5—除氧器;6—儲(chǔ)熱裝置；
空心箭頭為液態(tài)金屬的流動(dòng)方向，實(shí)心箭頭為執(zhí)行介質(zhì)的流動(dòng)方向。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐，包括太陽(yáng)能供熱裝置1、緩沖裝置2以及蒸發(fā)器3;
所述蒸發(fā)器3設(shè)置有液態(tài)金屬進(jìn)口、液態(tài)金屬出口、蒸汽進(jìn)口和蒸汽出口，所述蒸汽進(jìn)口設(shè)置有進(jìn)汽管31，蒸汽出口設(shè)置有出汽管32;
所述太陽(yáng)能供熱裝置I通過(guò)輸出管道11與緩沖裝置2相連接，所述輸出管道11上設(shè)置有第一閥門(mén)12和第一電磁栗16;所述緩沖裝置2通過(guò)穩(wěn)流管21與蒸發(fā)器3的液態(tài)金屬進(jìn)口相連，所述蒸發(fā)器3的液態(tài)金屬出口通過(guò)回流管33與太陽(yáng)能供熱裝置I相連，所述回流管33上設(shè)置有第二電磁栗34;
所述緩沖裝置2、輸出管道11、穩(wěn)流管21和回流管33的外表面均設(shè)置有保溫層，用于防止液態(tài)金屬攜帶的熱量快速散發(fā)，避免熱量浪費(fèi)。
[0020]太陽(yáng)能供熱裝置I用于收集太陽(yáng)能并將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為液態(tài)金屬攜帶的熱能，可選用自槽式、塔式、線性菲涅爾式太陽(yáng)能光熱聚集裝置實(shí)現(xiàn)。緩沖裝置2用于暫時(shí)存儲(chǔ)高溫液態(tài)金屬，并輸出流量穩(wěn)定的液態(tài)金屬，從而為蒸發(fā)器3提供穩(wěn)定的熱量輸出。高溫液態(tài)金屬達(dá)到蒸發(fā)器3后，將熱量傳遞至執(zhí)行介質(zhì)，執(zhí)行介質(zhì)可以是水等，產(chǎn)生高溫蒸汽并從蒸汽出口輸出至執(zhí)行設(shè)備。第一電磁栗16和第二電磁栗34用于將熱交換后的液態(tài)金屬送回至太陽(yáng)能供熱裝置I，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，無(wú)噪聲，且不與液態(tài)金屬直接接觸，是驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬最好的工具。液態(tài)金屬的熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高、導(dǎo)熱率高、蒸氣壓低，能夠被加熱到較高的溫度，將執(zhí)行介質(zhì)加熱成高溫蒸汽，廣泛應(yīng)用于國(guó)民生活和工業(yè)生產(chǎn);且液態(tài)金屬在高溫下保持為液體形態(tài)，壓力穩(wěn)定，便于輸送和控制，降低管道和設(shè)備的抗壓要求。
[0021]所述進(jìn)汽管31上設(shè)置有預(yù)熱器4，所述回流管33經(jīng)過(guò)預(yù)熱器4后再與太陽(yáng)能供熱裝置I相連。預(yù)熱器4中，執(zhí)行介質(zhì)被液態(tài)金屬剩余的熱量預(yù)熱后，再進(jìn)入蒸發(fā)器3與高溫液態(tài)金屬進(jìn)行熱交換，進(jìn)一步地增加蒸汽的溫度。
[0022]所述進(jìn)汽管31上設(shè)置有除氧器5，所述除氧器5、預(yù)熱器4和蒸發(fā)器3依次相連。除氧器5用于除去水中的氧氣，提供給蒸發(fā)器3高品質(zhì)的蒸汽源，最后輸出高品質(zhì)的高溫蒸汽。
[0023]本鍋爐系統(tǒng)中，管道和設(shè)備均需要承受高溫，且液態(tài)金屬的活性較強(qiáng)，要防止液態(tài)金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，所述緩沖裝置2、輸出管道11、穩(wěn)流管21和回流管33的材質(zhì)為鎢、錸、鉭、銀、鉬、鈦、鉛、絡(luò)或鉭媽合金，或者所述緩沖裝置2、輸出管道11、穩(wěn)流管21和回流管33的內(nèi)表面設(shè)置耐熱、防腐層。具體地，在500 °C左右的溫度下，與液態(tài)金屬直接接觸的管道和設(shè)備采用鎢、錸、鉭、鈮、鉬、鈦、鉛、鉻或鉭鎢合金，或者在管道和設(shè)備的內(nèi)壁設(shè)置這些材料的鍍層、噴涂層，又或者涂設(shè)耐高溫的油漆、石英玻璃、氧化鋯陶瓷、氧化鋁陶瓷。在500°C至800°C的溫度下，與液態(tài)金屬直接接觸的管道和設(shè)備采用鎢、錸、鉭、鉭鎢合金，或者在管道和設(shè)備的內(nèi)壁設(shè)置這些材料的鍍層、噴涂層，又或者涂設(shè)耐高溫的油漆、石英玻璃、氧化鋯陶瓷、氧化鋁陶瓷。在800°C以上的溫度下，與液態(tài)金屬直接接觸的管道和設(shè)備采用鎢或錸，或者在管道和設(shè)備的內(nèi)壁設(shè)置鎢或錸的鍍層、噴涂層，又或者涂設(shè)耐高溫的油漆或石英玻璃。上述材料耐高溫，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)與液態(tài)金屬發(fā)生反應(yīng)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。
[0024]所述緩沖裝置2與蒸發(fā)器3之間設(shè)置有儲(chǔ)熱裝置6，所述儲(chǔ)熱裝置6的外表面設(shè)置有保溫層。當(dāng)陽(yáng)光充足時(shí)，儲(chǔ)熱裝置6將部分高溫液態(tài)金屬存儲(chǔ)，只輸出滿足使用要求的高溫液態(tài)金屬;晚上或者陰天時(shí)，再將儲(chǔ)熱裝置6的高溫液態(tài)金屬輸出，從而提高熱能的利用率，并使系統(tǒng)能夠持續(xù)供熱。保溫層用于減緩熱量散失。
[0025]所述保溫層可以采用巖棉層、硅酸鋁層、微孔硅酸鈣層或超細(xì)纖維玻璃層。
[0026]所述回流管33與輸出管道11之間通過(guò)連接管13連通，所述連接管13上設(shè)置有第二閥門(mén)14，所述第一閥門(mén)12設(shè)置于太陽(yáng)能供熱裝置I與連接管道13之間的輸出管道11上，所述太陽(yáng)能供熱裝置I與連接管道13之間的回流管33上設(shè)置有第三閥門(mén)15。當(dāng)系統(tǒng)在夜間運(yùn)行時(shí)，開(kāi)啟第二閥門(mén)14，關(guān)閉第一閥門(mén)12和第三閥門(mén)15，液態(tài)金屬循環(huán)時(shí)不經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能供熱裝置I，縮短了流動(dòng)路程，降低了熱量損耗，提高熱量的利用率。
[0027]上述鍋爐的使用方法，利用室溫液態(tài)金屬或熔點(diǎn)低于230°C的金屬或合金作為傳熱介質(zhì)，包括以下步驟:
A、太陽(yáng)能供熱裝置I將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，將液態(tài)金屬加熱；
B、高溫液態(tài)金屬通過(guò)輸出管道11進(jìn)入緩沖裝置2，緩沖裝置2通過(guò)穩(wěn)流管21向蒸發(fā)器3輸出流量穩(wěn)定的液態(tài)金屬，同時(shí)向蒸發(fā)器3的進(jìn)汽管31通入執(zhí)行介質(zhì)，液態(tài)金屬的熱量在蒸發(fā)器3中將熱量傳遞至執(zhí)行介質(zhì)，使執(zhí)行介質(zhì)變?yōu)楦邷卣羝?，并從出汽?2輸出至執(zhí)行設(shè)備;
C、溫度降低的液態(tài)金屬與待加熱的執(zhí)行介質(zhì)進(jìn)行換熱后，在第二電磁栗34的作用下回流至太陽(yáng)能供熱裝置I;
D、重復(fù)A、B、C。
[0028]液態(tài)金屬包括常溫液態(tài)金屬和低熔點(diǎn)金屬及其合金。常溫液態(tài)金屬包括鎵基合金、銦基合金、鈉合金、鉀合金等，如鎵、銦、鋅、錫、鉍、鉛、鋰、鈉、鉀等一種或多種金屬混合熔煉而成。低熔點(diǎn)金屬包括鉍基合金、錫基合金或鉛基合金，包括鎵、銦、鋅、錫、鉍、鉛、銅、金、銀、鋁等熔點(diǎn)在25°C至230°C的一種金屬或多種金屬合金。執(zhí)行介質(zhì)采用水，執(zhí)行設(shè)備可以是蒸汽發(fā)電機(jī)、蒸汽清洗機(jī)、蒸汽加熱機(jī)等工業(yè)設(shè)備。
[0029]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐，其特征在于:包括太陽(yáng)能供熱裝置(I)、緩沖裝置(2)以及蒸發(fā)器(3);所述蒸發(fā)器(3)設(shè)置有液態(tài)金屬進(jìn)口、液態(tài)金屬出口、蒸汽進(jìn)口和蒸汽出口，所述蒸汽進(jìn)口設(shè)置有進(jìn)汽管(31 )，蒸汽出口設(shè)置有出汽管(32); 所述太陽(yáng)能供熱裝置(I)通過(guò)輸出管道(11)與緩沖裝置(2)相連接，所述輸出管道(11)上設(shè)置有第一閥門(mén)(12)和第一電磁栗(16);所述緩沖裝置(2)通過(guò)穩(wěn)流管(21)與蒸發(fā)器(3)的液態(tài)金屬進(jìn)口相連，所述蒸發(fā)器(3)的液態(tài)金屬出口通過(guò)回流管(33)與太陽(yáng)能供熱裝置(I)相連，所述回流管(33)上設(shè)置有第二電磁栗(34); 所述緩沖裝置(2)、輸出管道(11)、穩(wěn)流管(21)和回流管(33)的外表面均設(shè)置有保溫層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐，其特征在于:所述進(jìn)汽管(31)上設(shè)置有預(yù)熱器(4)，所述回流管(33)經(jīng)過(guò)預(yù)熱器(4)后再與太陽(yáng)能供熱裝置(I)相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐，其特征在于:所述進(jìn)汽管(31)上設(shè)置有除氧器(5)，所述除氧器(5)、預(yù)熱器(4)和蒸發(fā)器(3)依次相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐，其特征在于:所述緩沖裝置(2)、輸出管道(11)、穩(wěn)流管(21)和回流管(33)的材質(zhì)為鎢、錸、鉭、鈮、鉬、鈦、鉛、鉻或鉭鎢合金，或者所述緩沖裝置(2)、輸出管道(11)、穩(wěn)流管(21)和回流管(33)的內(nèi)表面設(shè)置耐熱、防腐層。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐，其特征在于:所述緩沖裝置(2)與蒸發(fā)器(3)之間設(shè)置有儲(chǔ)熱裝置(6)，所述儲(chǔ)熱裝置(6)的外表面設(shè)置有保溫層。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐，其特征在于:所述保溫層為巖棉層、硅酸鋁層、微孔硅酸鈣層或超細(xì)纖維玻璃層。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐，其特征在于:所述回流管(33)與輸出管道(11)之間通過(guò)連接管(13)連通，所述連接管(13)上設(shè)置有第二閥門(mén)(14)，所述第一閥門(mén)(12)設(shè)置于太陽(yáng)能供熱裝置(I)與連接管道(13)之間的輸出管道(II)上，所述太陽(yáng)能供熱裝置(I)與連接管道(13)之間的回流管(33)上設(shè)置有第三閥門(mén)(15)。8.權(quán)利要求1所述以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐的使用方法，其特征在于，利用室溫液態(tài)金屬或熔點(diǎn)低于230°C的金屬或合金作為傳熱介質(zhì)，包括以下步驟: A、太陽(yáng)能供熱裝置(I)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，將液態(tài)金屬加熱； B、高溫液態(tài)金屬通過(guò)輸出管道(II)進(jìn)入緩沖裝置(2)，緩沖裝置(2)通過(guò)穩(wěn)流管(21)向蒸發(fā)器(3)輸出流量穩(wěn)定的液態(tài)金屬，同時(shí)向蒸發(fā)器(3)的進(jìn)汽管(31)通入執(zhí)行介質(zhì)，液態(tài)金屬的熱量在蒸發(fā)器(3)中將熱量傳遞至執(zhí)行介質(zhì)，使執(zhí)行介質(zhì)變?yōu)楦邷卣羝?，并從出汽?32)輸出至執(zhí)行設(shè)備； C、溫度降低的液態(tài)金屬在第二電磁栗(34)的作用下回流至太陽(yáng)能供熱裝置(I); D、重復(fù)A、B、C。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐的使用方法，其特征在于，步驟C中，溫度降低的液態(tài)金屬與待加熱的執(zhí)行介質(zhì)進(jìn)行換熱，將執(zhí)行介質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱后再流回太陽(yáng)能供熱裝置(I)。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述以液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能鍋爐的使用方法，其特征在于，所述液態(tài)金屬為鎵基合金、銦基合金、鈉合金、鉀合金、鉍基合金、錫基合金或鉛基I=IO
【文檔編號(hào)】F24J2/46GK106016213SQ201610601892
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月28日
【發(fā)明人】蔡昌禮, 沈良偉
【申請(qǐng)人】云南中宣液態(tài)金屬科技有限公司