CN101111728B - 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竞争力的技术装置，发达国家的试验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总结如下：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。
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。双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2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11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 (17)

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.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.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.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.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.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.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.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.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，该蓄热腔内充填有蓄热物质。
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。
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。
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。
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。
15.如权利要求1所述的容积式太阳能接收器，其特征在于：所述的太阳能接收器整体呈对称式布置。
16.如权利要求4所述的容积式太阳能接收器，其特征在于：所述的太阳能接收器整体呈对称式布置。
17.如权利要求16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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Granted publication date: 20100512

Termination date: 20110127