CN101111728A - 容积式太阳能接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种容积式太阳能接收器，包括吸热腔(1)、玻璃窗口，以及连通于吸热腔(1)的工作流体进口管(2)和出口管(3)，该玻璃窗口由双层中空玻璃(41、42)构成，其中的中空部分形成为内腔(43)，该内腔(43)设有连通于吸热腔(1)的出口(44)，所述的工作流体进口管(2)连通于该内腔(43)并通过该内腔(43)的出口(44)连通于所述吸热腔(1)。本发明使玻璃窗口所处温度较低，防止了局部过热的发生，并且避免了冷却流体从玻璃窗口带出的热量的浪费。

Description

容积式太阳能接;收器
技术领域
本发明涉及一种太阳能接收器， 特别是一种适合太阳能塔式热发电装置 使用的容积式太阳能接收器， 属于太阳能热利用技术领域。 背景技术
太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源， 在能源形势如此严峻的今 天， 开发利用太阳能是实现能源供应多元化和保证能源供应安全的重要途径 之一。
在诸多的太阳能利用中， 塔式热发电装置无疑是具有巨大竟争力的技术 装置， 发达国家的试睑研究证明太阳能热发电是能适应于大规模工业化应用 的有效途径 , 因此大力发展太阳能热发电不仅可以为我们提供很好的清洁能 源， 也能开拓一个新兴产业群的发展， 并完全有可能给紧张的能源问题带来 革命性的解决方案。 它的基本原理是利用众多的定日镜， 将太阳热辐射反射 到置于高塔顶部的太阳接收器上， 加热工质， 或直接加热集热器中的水产生 过热蒸气， 驱动燃气轮机或汽轮机发电机发电， 从而将太阳能转换为电能。
高温太阳能接收器是塔式热发电系统的核心部件。 各国围绕这项技术进 行了若干研究， 主要集中在西班牙、 以色列、 美国等国家。 高温太阳能接收 器大致分为两种形式： 外部受光型和容积型。 前者与后者相比， 其热损失显 然要大， 而且后者无需太阳能高温选择性吸收涂层。 对于容积型接收器， 目 前的发展趋势是： 工质温度参数越来越高， 这样更适合于现代高温度参数的 燃气轮机发电循环。经过检索，比较典型的容积型接收器技术方案怠结如下： 现有技术方案大部分采用单层石英玻璃罩状构件作为透过阳光的窗口材料， 这在美国专利 5421322、 6516794、 5323764中有清楚描述, 其次依据传热原 理， 将工作流体的通道设计成各种结构， 其原则是最大限度的减小阻力， 工 作流体均化， 热损失最大限度的降低， 减少局部过热以及热胀冷缩引起的应 力等。 其缺陷如下： （1 ) 采用单层石英玻璃罩状构件作为透过阳光的窗口材 料， 由于直接与高温高压工作流体接触， 虽然在流体的流态设计时提供了让 冷态工作流体从玻璃罩表面流动的可能， 但是实际上， 流体的真实流动情况 要比设计和预想的复杂的多， 不会完全达到预先设想的结果， 所以会造成玻 璃罩可能局部温度比较高， 容易造成开裂、 破碎； ( 2 ) 由于单层石英玻璃罩 温度较高， 所以必须设计冷态流体来冷却， 专利 5421322中提出的方案是在 玻璃罩的内外壁分别输入冷态流体冷却， 但是从进光端输入的流体在流经玻 璃壁后， 热量被流体带走， 而经过加热的流体很难进行充分利用， 虽然起到 冷却玻璃罩的作用， 但是不利于热效率提高。 （3 ) 更为突出的是， 大部分的 接收器均只有吸热功能， 而在太阳光不足条件下需要的蓄热功能则由不属于 接收器的另外蓄热装置来完成。 发明内容
针对以上状况， 本发明的所要解决的技术问题在于： 提供一种容积式太 阳能接收器， 其能够使玻璃窗口所处温度较低， 防止局部过热的发生， 并且 避免冷态工作流体从玻璃窗口带出的热量的浪费。
本发明所要解决的技术问题还在于， 提供一种容积式太阳能接收器， 其 能够充分利用接收器产生的辐射能量， 来预热冷态工作流体， 达到综合利用 的效果。
本发明所要解决的技术问题还在于， 提供一种容积式太阳能接收器， 其 同时具有吸热蓄热功能， 直接可以满足短时间内太阳光照不良的蓄热发电要 求。
为解决上述技术问题， 本发明的所采用的技术方案为： 一种容积式太阳 能接收器， 包括吸热腔、 设置于吸热腔上接收入射太阳光的玻璃窗口， 以及 连通于吸热腔的工作流体进口管和工作流体出口管， 所述的玻璃窗口由双层 中空玻璃构成， 该双层中空玻璃的中空部分形成为内腔， 该内腔设有连通于 吸热月空的出口， 所述的工作流体进口管连通于该内腔并通过该内腔的出口连 通于所述吸热腔。
这样， 由于玻璃窗口由双层中空玻璃构成， 冷态工作流体可以从双层中 空玻璃形成的内腔中迅速通过， 从而将热量迅速带走， 对玻璃窗口起到很好 的冷却作用。
在本发明中， 为防止所述吸热腔内的热量散失， 于该吸热腔外可包覆有 保温层。 该保温层与吸热腔之间还可设有耐火层， 于所述保温层外包覆有外 壳。 并可进一步于所述的保温层内设有预热通道， 该预热通道的一端通过一 汇流管连接于所述双层中空玻璃的内腔的出口， 另一端通过次级进口管连通 于所述的吸热腔。 欢层中空玻璃的内腔中的冷态工作流体通过该内腔的出口 流入汇流管， 并进一步在保温层内的预热通道中被预热后， 经连通于吸热腔 的次级进口管进入吸热腔内， 最终成为高温高压工作流体由出口管输出。 这 样， 本发明充分利用预热通道接收蕴藏在保温层和 /或耐火层中的辐射能量， 来预热冷态工作流体， 然后送入吸热腔内， 达到综合利用的效果； 并且， 预 热通道内的流体经预热后处于温度不高的状态 ,这样对保温层材料和 /或耐火 材料也起到冷却作用， 可延长其使用寿命。
本发明中的上述汇流管可为耐高温石英玻璃管。 该汇流管外可套设有耐 高温陶瓷保护管。
为尽可能减少透过玻璃窗口的太阳光向外散失， 所述的玻璃窗口可设计 为内凹状。
本发明中的上述工作流体进口管可具体为围绕玻璃窗口布置的环状管， 该环状管上开有供流体流向双层中空玻璃内腔的小孔或小槽。
上述的次级进口管也可为围绕玻璃窗口布置的环状管， 该环状管上开有 供流体流向所述吸热腔的小孔或小槽。
在本发明中， 所述的吸热腔后方还可进一步设有蓄热腔， 该蓄热腔设有 连通于所述吸热腔的流体入口和连通于工作流体出口管的流体出口， 所述的 工作流体出口管通过该流体出口和入口连通于所述吸热腔， 该蓄热腔内充填 有高热容量的蓄热物质。 这样， 吸热腔内的部分热量可以通过高热容量的蓄 热物质积蓄在蓄热腔内， 在短时间内太阳光照不良的情况下， 直接就可以通 过该蓄热腔内积蓄的热量来满足蓄热发电要求， 从而使本发明的容积式太阳 能接收器集吸热、 蓄热功能于一体， 效率高， 实用性强。
上述的蓄热腔内填充的蓄热物质为球状、 管状或块状等。
上述吸热腔与玻璃窗口相对的部分可由吸热体围成 , 该吸热体为耐高温 金属或陶瓷罩状构件。 该吸热体表面开有若干供流体流向蓄热腔的小孔， 该 些小孔构成所述的蓄热腔上的流体入口； 或者，该吸热体表面开有若干小孔, 于该些小孔处向吸热腔内伸出管状吸收体， 该些管状吸收体的管口构成所述 的蓄热腔上的流体入口。
本发明的太阳能接收器整体可呈对称式布置， 上述的出口管、 汇流管与 整体呈对称式布置的太阳能接收器的对称轴同轴布置。
本发明的整个方案结构科学， 工作流体流动路径合理， 流态稳定， 热损 失小， 均匀受热， 效率高， 实用性比较强。 附图说明
下面结合附图和典型实施例对本发明做进一步说明。
图 1是本发明实施例一的结构示意图；
图 2是本发明图 1中的 I部放大图；
图 3是本发明实施例二的结构示意图；
图 4是本发明图 3中的 I部放大图。 具体实施方式
实施例一 本实施例的容积式太阳能接收器结构示意如图 1所示， 包括吸热腔 1、 设置于吸热腔 1上接收入射太阳光的玻璃窗口， 以及连通于吸热腔 1的工作 流体进口管 2和工作流体出口管 3 ,所述的玻璃窗口由双层玻璃 41、 42构成， 该双层玻璃 41、 42之间中空部分形成为内腔 43 , 该内腔 43设有连通于吸热 腔 1的出口 44， 所述的工作流体进口管 2连通于该内腔 43并通过该内腔 43 的出口 44连通于所述吸热腔 1。 这样， 由于玻璃窗口由双层中空玻璃构成， 冷态工作流体可以从双层中空玻璃形成的内腔 43中迅速通过,从而将热量迅 速带走， 对玻璃窗口起到很好的冷却作用， 从而避免玻璃窗口因局部高温而 引起的软化、 开裂、 破碎， 提高了玻璃窗口的使用寿命。 并且， 由于该内腔 43设有连通于吸热腔 1的出口 44 , 冷态工作流体在流经内腔 43后， 可通过 该出口 44流入吸热腔 1中，最终成为高温高压工作流体由出口管 3输出，从 而避免了冷却玻璃窗口引起的热量浪费。
如图 1所示， 为防止所述吸热腔内的热量散失， 于该吸热腔 1外可包覆 有保温层 11。 该保温层 11与吸热腔 1之间还可设有耐火层 12 , 于所述保温 层 11外包覆有外壳 13。
在本发明中， 如图 1所示， 于所述的保温层 11可内设有预热通道 5， 该 预热通道的一端 51通过一汇流管 6连接于所述双层中空玻璃的内腔 43的出 口 44 , 另一端 52通过一次级进口管 7连通于所述的吸热腔 1。双层中空玻璃 的内腔 43中的冷态工作流体可通过该内腔 43的出口 44流入汇流管 6，并进 一步在保温层 11内的预热通道 5中被预热后，经连通于吸热腔 1的次级进口 管 7进入吸热腔 1内， 最终成为高温高压工作流体由出口管 3输出。 这样， 本发明充分利用预热通道 5接收蕴藏在保温层 11和 /或耐火层 12中的辐射能 量， 来预热冷态工作流体， 并再次送入吸热腔 1内， 达到综合利用的效果； 并且， 预热通道 5内的流体经预热后处于温度不高的状态， 这样对保温层材 料和 /或耐火材料也起到冷却作用， 可延长其使用寿命。
具体到本实施例中， 所述的玻璃窗口可如图 1所示为内凹状， 以减少太 阳光向外散失。 工作流体进口管 2和次级进口管 7均为围绕内凹状玻璃窗口 布置的环管， 所述环管上分别开有供流体流向双层玻璃内腔 43 和吸热腔 1 的小孔或小槽。 汇流管 6为耐高温石英玻璃管， 管外罩有耐高温陶瓷保护管 61。
在本发明中， 如图 1所示， 所述的吸热腔 1后方还可进一步设有蓄热腔 8 , 该蓄热腔 8设有连通于所述吸热腔 1的流体入口 81和连通于工作流体出 口管 3的流体出口 82 , 所述的工作流体出口管 3通过该流体出口 82和入口 81连通于所述吸热腔 1 ,该蓄热腔 8内充填有高热容量的蓄热物质 83。这样， 吸热腔 1内的部分热量可以通过高热容量的蓄热物质 83积蓄在蓄热腔 8内 , 在短时间太阳光照不良的情况下， 直接可以通过该蓄热腔 8内积蓄的热量来 满足蓄热发电要求， 从而使本发明的容积式太阳能接收器集吸热、 蓄热功能 于一体， 效率高， 实用性强。
在本实施例中， 如图 1所示， 该蓄热腔 8内充填的蓄热物质 83为球状。 在本实施例中， 如图 1所示， 上述吸热腔 1与玻璃窗口相对的部分可由 吸热体 14围成， 该吸热体 14为耐高温金属或陶瓷罩状构件。 蓄热腔 8可由 罩状吸热体 14和耐火层 12的外壁 121形成。如图 1所示，该吸热体 14表面 可开有若干供流体流向蓄热腔 8的小孔， 于该些小孔处向吸热腔 1内伸出管 状吸收体 15 , 该些管状吸收体 15的管口构成所述的蓄热腔 8上的流体入口 81。 该些众多管状吸收体 15构成吸收体阵列， 不仅增大了吸热面积， 而且使 得工作流体的流动方向与管状吸收体 15相交， 热交换更充分。
本发明的太阳能接收器整体可呈对称式布置，上述的出口管 3、汇流管 6 与整体呈对称式布置的太阳能接收器的对称轴可同轴布置。
本发明中的冷态工作流体可由一输入管 9输出至工作流体进口管 2后进 入双层玻璃内腔 43。
本发明中， 工作流体的流动过程是这样的： 首先输入管 9输入高压冷态 流体进入工作流体进口管 2中，通过环管上若干小孔或小槽进入双层玻璃 41、 42构成的内腔 43，迅速通过的流体带走双层玻璃的热量，使得双层玻璃得到 很好的冷却； 接着工作流体通过汇流管 6进入预热通道 5中， 在这里， 由于 耐火层 12和保温层 1 1的辐射效应， 预热通道 5内的工作流体得到很好的预 热作用， 然后进入次级进口管 7， 再被送进吸热腔 1内， 由于吸热体 14的吸 热作用， 工作流体的温度和压力迅速升高， 通过管状吸收体 15进入蓄热腔 8 内， 经过蓄热腔 8的流体出口 82后， 最终从工作流体出口管 3输出。
通过上述描述可知， 本发明的容积式太阳能接收器， 工作流体流动路径 合理， 流态稳定， 热损失小， 均匀受热， 效率高， 实用性比较强。 实施例二
本实施例的基本结构与实施例 1相同， 在此不再赘述。
如图 3、 4所示， 本实施例与实施例一的区别在于， 在本实施例中， 该吸 热体 14表面开有若干供流体流向蓄热腔 8的小孔，该些小孔直接构成所述的 蓄热腔 8上的流体入口 81。吸热腔 1内的工作流体可直接通过该小孔进入蓄 热腔 8中， 并通过流体出口 82经工作流体出口管 3输出。
如图 3所示，在本实施例中，吸热腔 1内充填的蓄热物质 83可为管状材 料。
由于本实施例的基本结构与实施例一相同， 因此也同样具有实施例一中 所述的有益效果， 在此不再详述。
除以上实施例外， 本发明还有其他多种实施方式， 凡是本领域技术人员 在本发明基础上所做的等同替换或类似组合变换均属于本专利保护范围。

Claims (15)

  1. 权利要求书
    1、 一种容积式太阳能接收器， 包括吸热腔、 设置于吸热腔上接收入射 太阳光的玻璃窗口，以及连通于吸热腔的工作流体进口管和工作流体出口管， 其特征在于： 所述的玻璃窗口由双层中空玻璃构成， 该双层中空玻璃的中空 部分形成为内腔， 该内腔设有连通于吸热腔的出口， 所述的工作流体进口管 连通于该内腔并通过该内腔的出口连通于所述吸热腔。
  2. 2、 如权利要求 1所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述吸热腔 外包覆有保温层。
  3. 3、 如权利要求 2所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述的保温 层与吸热腔之间设有耐火层， 于所述保温层外包覆有外壳。
  4. 4、如权利要求 2或 3所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 于所述 的保温层内设有预热通道， 该预热通道的一端通过一汇流管连接于所述双层 中空玻璃的内腔的出口， 另一端通过次级进口管连通于所述的吸热腔。
  5. 5、如权利要求 4所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述的汇流 管为耐高温管材。
  6. 6、如权利要求 5所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述的汇流 管外套设有耐高温保护管。
  7. 7、权利要求 1所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述的玻璃窗 口为内凹状。
  8. 8、 如权利要求 1所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述的工作 流体进口管为围绕玻璃窗口布置的环状管， 该环状管上开有供流体流向双层 中空玻璃内腔的小孔或小槽。
  9. 9、 如权利要求 4所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述的次级 进口管为围绕玻璃窗口布置的环状管， 该环状管上开有供流体流向所述吸热 腔的小孔或小槽。 10、 如权利要求 1所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述的吸 热腔后方设有蓄热腔， 该蓄热腔设有连通于所述吸热腔的流体入口和连通于 工作流体出口管的流体出口， 所述的工作流体出口管通过该流体出口和入口 连通于所述吸热腔， 该蓄热腔内充填有高热容量的蓄热物质。
  10. 11、如权利要求 10所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述的蓄 热腔内填充的蓄热物质为球状、 管状或者块状。
  11. 12、如权利要求 1或 10所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述 吸热腔与玻璃窗口相对的部分由吸热体围成， 该吸热体为耐高温金属或陶瓷 罩状构件。
  12. 13、如权利要求 12所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述的吸 热体表面开有若干供流体流向蓄热腔的小孔， 该小孔构成所述的蓄热腔上的 流体入口。
  13. 14、如权利要求 12所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述的吸 热体表面开有若干小孔， 于这些小孔处向吸热腔内伸出管状吸收体， 这些管 状吸收体的管口构成所述的蓄热腔上的流体入口。
  14. 15、 如权利要求 1或 4所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述 的太阳能接收器整体呈对称式布置。
  15. 16、如权利要求 15所述的容积式太阳能接收器， 其特征在于： 所述的出 口管、 汇流管与整体呈对称式布置的太阳能接收器的对称轴同轴布置。
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