CN102422098A

CN102422098A - 用于太阳能热电设施的吸气剂支撑结构

Info

Publication number: CN102422098A
Application number: CN2010800200192A
Authority: CN
Inventors: M·巴凯
Original assignee: Siemens Concentrated Solar Power Ltd
Current assignee: Siemens Concentrated Solar Power Ltd
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2030-05-07
Also published as: IL215902A; IL215902A0; PT2427700T; WO2010128135A2; AU2010244392B2; EP2427700B1; MA33262B1; AU2010244392A1; WO2010128135A3; ES2721604T3; CL2011002767A1; CY1121747T1; BRPI1011041A2; US20120048260A1; CN102422098B; ZA201107880B; EP2427700A2; US9568217B2

Abstract

本发明提供了一种太阳能热电设施中的管，所述管包括：被配置成用于携载加热后传热流体的内管和围绕所述内管的外管，其中所述内管与所述外管之间的空间被抽空；以及被配置成用于将吸气剂保持在预定位置的吸气剂约束结构。所述吸气剂约束结构与所述外管接触，并且另外与所述内管完全不接触和/或与所述内管热绝缘。

Description

用于太阳能热电设施的吸气剂支撑结构

技术领域

本发明涉及太阳能热电设施，特别是涉及用于从其中去除解离氢的装置。

背景技术

在对全球变暖的关注、非再生能源的消耗和上涨的电力需求、能源的预测中，能源供应商越来越寻求可替代的原生能源。一种这样的能源是太阳能，使用太阳能的一种途径是利用太阳能热电设施。

一种类型的太阳能发电设施包括利用“辐射聚光器集热器”的太阳场，“辐射聚光器集热器”通过例如使用反射面或透镜将太阳辐射聚焦到更小区域来聚集太阳辐射。在该系统中，典型为抛物面状的反射器吸收进入的太阳辐射并反射（聚焦）到辐射吸收器，该辐射吸收器被形成为管。管辐射吸收器由处理过的玻璃罩管同中心地围绕，以限制热损耗。集热器系统进一步包括跟踪太阳的装置。

管辐射吸收器由具有涂层的金属制成，该涂层具有高的太阳辐射吸收系数，以使从反射器反射的太阳辐射发出的能量传递最大化。典型为诸如油的液体的传热流体（HTF）在管辐射吸收器内流动。

热能由HTF传递，以将能量提供到例如热电设施来驱动一个或更多发电系统，从而以传统方式，例如通过将涡轮的每一个的轮轴联接到发电机来产生电。一个这样的热电设施实例为火力发电设施，该火力发电设施使用对其提供的热能产生蒸汽来驱动其涡轮，涡轮又驱动发生器，从而产生电。整个太阳场中，HTF在管内流动，该管部分地由管辐射吸收器构成。管的整个长度应被设计成限制来自其中的热损耗。沿着其大部分的长度，由管或者更大直径的导管围绕，其间的空间被抽空，以限制由于对流引起的热损耗。然而，通过HTF的分离或作为与管内部发生阴极反应的产物，在HTF内氢可能被释放，氢经由管壁逃逸并进入抽空的空间。为了保持太阳能发电设施的高效率，大部分这种氢应被尽可能地去除。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种太阳能热电设施中的管，所述管包括：

•被配置成用于携载加热后传热流体的内管；

•围绕所述内管的外管，其中所述内管与所述外管之间的空间被抽空；以及

•被配置成用于将吸气剂保持在预定位置的吸气剂约束结构，其中所述吸气剂约束结构与所述外管接触，并且另外与所述内管完全不接触。

根据本发明的另一方面，提供一种太阳能热电设施中的管，所述管包括：

•被配置成用于携载加热后传热流体的内管；

•被配置成用于将吸气剂保持在预定位置的吸气剂约束结构，其中所述吸气剂约束结构与所述内管热绝缘。

根据以上方面中的任一方面，其中所述吸气剂约束结构可包括：

•储存部分，被配置成用于在其中容纳所述吸气剂，所述吸气剂与所述内管和外管之间的所述空间流体连通；以及

•支撑部分，被配置成用于接触所述外管，籍此保持所述储存部分的位置。

所述储存部分可接触所述外管，并与所述支撑部分协作，用于保持所述吸气剂约束结构的位置。

所述储存部分可至少部分地由网状材料构造成。

所述支撑部分可包括偏置构件，该偏置构件被配置成靠在所述外管的内表面上并偏置所述储存部分抵靠所述内表面，从而保持所述吸气剂约束结构的位置。

所述偏置构件可包括基本上为弧形的板簧。所述板簧的相对端部可被设计成靠在所述外管的所述内表面上，而所述板簧的中央部分偏置所述储存部分抵靠所述内表面。

所述支撑部分可进一步包括连接构件，该连接构件被附接到所述偏置构件并被配置成用于将所述支撑部分连接至所述储存部分。

所述内管的外表面可具有小于5%或小于3%的发射率。

所述外管可由不透明材料，诸如金属制成。

所述管可被配置成连接在辐射太阳能集热器的两个导管之间并在所述两个导管之间携载热流体。

根据本发明的另一方面，提供一种包括根据上述方面中的一个方面或两个方面所述的管的太阳能热电设施。

根据本发明的又一方面，提供一种用于从太阳能热电设施去除氢的方法，所述方法包括：

•提供管，该管具有被配置成用于携载加热后传热流体的内管和围绕所述内管的外管，其中所述内管与所述外管之间的空间被抽空；

•将吸气剂提供在所述空间内；以及

•将处于预定位置的所述吸气剂与所述内管保持热绝缘；

从而所述吸气剂从所述空间将氢去除。

所述方法可进一步包括通过提供吸气剂约束结构方便所述保持，所述吸气剂约束结构被配置成用于将吸气剂保持在预定位置，其中所述吸气剂约束结构与所述外管接触，并且另外与所述内管完全不接触。

所述吸气剂约束结构可包括：

所述储存部分可至少部分地由网状材料构造成。

所述内管的外表面可具有小于5%或小于3%的发射率。

所述外管可由不透明材料，诸如金属制成。

附图说明

为了理解本发明并明白本发明在实践中可能如何被实施，现仅通过非限制示例、参照附图描述实施例，其中

图1是太阳能热电设施的示意性图示；

图2是图1所示太阳能热电设施的管辐射吸收器沿其中的线II-II截取的横截面图；

图3是图1所示太阳能热电设施的连接管沿其中的线III-III截取的横截面图；以及

图4是图3所示吸气剂支撑结构的透视图。

具体实施方式

如图1所示，提供总体上由10表示的太阳能热电设施。设施10包括：诸如热电设施的动力块12，其使用热来驱动其操作来产生电；以及用于为此提供热的太阳能集热系统14。太阳能热电设施可根据2009年9月15日提交的PCT/IL2009/000899中的描述进行设计，对于本申请人，其公开内容通过引用合并于此。

动力块12包括典型存在于发电设施内且众所周知的元件，例如一个或更多涡轮、冷凝器、给水加热器、泵等（动力块的各个元件未图示）。涡轮被联接至发电机用于产生电，如本领域中众所周知。动力块12可根据2008年9月11日提交的WO 2009/034577中的描述进行设计，对于本申请人，其公开内容通过引用合并于此。

动力块12进一步包括蒸汽发生系统16，其包括蒸汽发生列车，该蒸汽发生列车具有三个热交换器，预热器18、蒸发器20和过热器22。蒸汽发生列车被配置成将来自外部来源（在此情况下太阳能集热系统14）的热传递到动力块12的工作流体，从而能达到最佳地驱动其涡轮所需的高温和压力。蒸汽发生列车可进一步包括可选再热器（未图示）。

太阳能集热系统14包括一个或更多太阳场24，其被配置成捕捉来自照射到其上的阳光的热，并将该热传递到动力块12的蒸汽发生系统14用于驱动其操作。（应理解的是，虽然太阳能集热系统24在图1中被图示成包括两个太阳场，在不背离本发明的精神和范围的情况下，如做适当变动，可以提供任一合适数量的场。）为此目的，太阳场24包括至少若干个可由不锈钢制造的管辐射吸收器26，以及多个诸如单轴抛物面反射器的槽式集热器28。

如图2所示，位于集热器28内的管辐射吸收器26的部分由从其中隔开的玻璃罩30围绕，从而在管辐射吸收器26与玻璃罩之间限定体积32，该体积32被抽空以限制热损耗。可替代地，可提供任一合适的用于聚集太阳辐射的装置，诸如菲涅耳集热器。管辐射吸收器26在其中携载诸如导热油（苯基）的传热流体（HTF），其可从市场上获得，例如商标Therminol®VP-1、Dowtherm^TM等。可替代地，HTF还可以是蒸汽/水之一，在此情况下，设施10可使用直接蒸汽操作，即，HTF用作动力块12的涡轮的工作流体，因而，蒸汽发生系统16可被排除。根据任一实施例，管辐射吸收器26暴露于直接太阳辐射和由槽式集热器28聚集的太阳辐射时，HTF在管辐射吸收器26内被加热。因而，HTF在其流动通过管辐射吸收器26时被加热。这种系统的太阳能集热系统特别由Siemens Concentrated Solar Power有限公司提供。

太阳场24进一步包括跨接在相邻管辐射吸收器26之间的多个连接管34。连接管34被设计成将已在管辐射吸收器26之一内加热的HTF传送至另一个进行进一步加热。尽管连接管34可被暴露于直接太阳辐射，太阳场24可被设计成未必如此，并且在任何情况下，连接管不暴露于任一聚集的太阳辐射。其被设计成防止或限制来自其中的HTF的热损耗，而不是加热其中的HTF。

如图3所示，连接管34中的每一个包括与相邻管辐射吸收器流体连通的内管36，和附近的外管38，在其间限定空间40，该空间40被抽空并可以与如上所述的管辐射吸收器26与玻璃罩30之间的体积32流体连通。尽管连接管34的结构类似于如上参照图2所述的管辐射吸收器26和玻璃罩30的结构，但其内管36和外管38的构造可以不同，如下文所述。如提及到的，连接管34不被设计成暴露于太阳辐射，而是仅防止或限制其中的HTF的热损耗。因此，其内管36与管辐射吸收器26在构造上不同之处在于内管36并不需要被设计成提供高的太阳吸收系数的任何涂层。因此，其可被提供为没有任何特殊涂层，或者具有被设计成提供低发射率，例如小于5%或小于3%的ε（400℃）的涂层，而不必考虑相当低的太阳吸收系数，低的太阳吸收系数通常伴随着较低值的发射率。

连接管34的外管38在构造上与玻璃罩30不同之处在于其不需要透过太阳辐射，即，其可以是不透明的。因此，其可以由比玻璃罩不易碎的材料制成。例如，其可以由不锈钢或任何其他合适金属制成。

在设施10的操作期间，HTF被加热。在HTF被提供成导热油的情况下，氢通过导热油的分解被释放。在HTF被提供成水/蒸汽的情况下，即，当设施10使用如上所述的直接蒸汽操作时，连接管34的内管36的腐蚀可能与其中释放氢的阴极反应有关。在任一情况下，当氢是相当小的分子时，管辐射吸收器26的材料对其展示出一定程度的渗透性；因而，一些氢逃逸内管36并进入到内管36与外管38之间的抽空的空间40。这种氢在空间40中的存在允许内管36与大气之间的传导热流，因而造成热损耗。如本领域中众所周知，可在抽空的空间40内提供吸气剂（未图示），以隔绝这种氢，并因而限制热损耗。

如进一步在图3中示出以及另外在图4中示出的，由42表示的吸气剂约束结构被提供在连接管34的内管36与外管38之间的空间40内。吸气剂约束结构42可被设计成通过接触外管，同时完全不与内管36接触（即，分开）将吸气剂保持在空间40内的预定位置。当内管36在设施10的使用期间典型地处于高温时，保持吸气剂与内管36热绝缘确保吸气剂的温度不会变高，这将会限制可存储于其中的氢的量。

例如，内管36可能达到高达400℃的温度。通过将吸气剂与其保持热绝缘，吸气剂被保持处于低温，例如高达大约150℃。这允许其比达到内管的温度吸收更大量的氢，因而增加连接管34的实用可能性。

应理解的是，在此，说明书和权利要求，术语“完全不接触”表示两个元件没有紧密连接（solid connection），并且其间也没有中间连接。

吸气剂支撑结构42包括被配置成将吸气剂容纳在其内的储存部分44以及支撑部分46，支撑部分46被配置成用于接触外管38，由此保持储存部分的位置，并因而保持吸气剂在空间40内的位置。储存部分44被设计以保持其内容物（即，吸气剂）与空间40流体连通。同样，其可被至少部分地由网状材料构造成，或者至少部分地具有任一其他合适的开放结构。

支撑部分46可包括偏置构件48，该配置构件48被设计成通过靠在外管38的内表面上，而同时将存储部分44偏置成抵靠该内表面来保持存储部分在空间40内的位置。

如图示，偏置构件48可由基本上为弧形的板簧构成，在其松弛（即，空载）位置具有的曲率半径大于外管38的内表面的曲率半径。因而，当偏置构件48被压缩（通过对其施加更小的曲率半径）并插入到外管38内时，偏置构件48有打开的趋势（即，朝向更大的曲率半径），这导致其相对端部50靠在外管的内表面上。应注意的是，偏置构件48的末尾端部52可具有的曲率半径小于外管38的内表面的曲率半径。储存部分44可被定位在或靠近偏置构件48的正中央，使其能够被偏置抵靠外管38的内部分。

应注意的是，偏置构件48的两个端部50和储存部分44可在它们通常围绕外周界均匀分开的位置接触外管38的内表面。

支撑部分进一步可包括附接到偏置构件48的连接构件54，该连接构件54被配置成用于将支撑部分连接至储存部分44。连接构件可以是钩子或者任一其他合适的元件。

根据以上参照图3和4描述的实例，吸气剂被保持在不会接触连接管34的内管36、也不会接触吸气剂支撑结构42的任一元件的位置。因而，它们与内管36热绝缘，在设施使用期间，内管36是热源，这在缺乏热绝缘时会使吸气剂的温度升高，不利地影响对于氢隔绝的能力。

另外，吸气剂可被保持在非常靠近连接管34的外管38的位置。这使得吸气剂在管32安装在太阳场24之前被定位在管32内，并确保该位置被保持，从而一旦太阳场24被完全构造，则允许吸气剂通过外管加热而被激活。将吸气剂保持在邻近外管38的位置有利于此。

本发明所属领域技术人员容易理解，在不背离本发明范围的情况下，加以必要变通，可做出众多变化、变型和修改。

Claims

1.一种太阳能热电设施中的管，所述管包括：

•被配置成用于携载加热后传热流体的内管；

2.根据权利要求1所述的管，其中所述吸气剂约束结构包括：

3.根据权利要求2所述的管，其中所述储存部分接触所述外管，并与所述支撑部分协作，以便保持所述吸气剂约束结构的位置。

4.根据权利要求2和3中任一项所述的管，其中所述储存部分至少部分地由网状材料构造成。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的管，其中所述支撑部分包括偏置构件，所述偏置构件被配置成靠在所述外管的内表面上并偏置所述储存部分抵靠所述内表面，从而保持所述吸气剂约束结构的位置。

6.根据权利要求5所述的管，其中所述偏置构件包括基本上为弧形的板簧。

7.根据权利要求6所述的管，其中所述板簧的相对端部被设计成靠在所述外管的所述内表面上，而所述板簧的中央部分偏置所述储存部分抵靠所述内表面。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的管，其中所述支撑部分进一步包括连接构件，该连接构件被附接到所述偏置构件并被配置成用于将所述支撑部分连接至所述储存部分。

9.根据前述权利要求中任一项所述的管，其中所述内管的外表面具有小于5%的发射率。

10.根据权利要求9所述的管，其中所述发射率小于3%。

11.根据前述权利要求中任一项所述的管，其中所述外管由不透明材料制成。

12.根据权利要求11所述的管，其中所述不透明材料为金属。

13.根据前述权利要求中任一项所述的管，所述管被配置成连接在辐射太阳能集热器的两个导管之间并在所述两个导管之间携载热流体。

14.一种太阳能热电设施中的管，所述管包括：

•被配置成用于携载加热后传热流体的内管；

15.根据权利要求14所述的管，其中所述吸气剂约束结构包括：

16.根据权利要求15所述的管，其中所述储存部分接触所述外管，并与所述支撑部分协作，用于保持所述吸气剂约束结构的位置。

17.根据权利要求15和16中任一项所述的管，其中所述储存部分至少部分地由网状材料构造成。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的管，其中所述支撑部分包括偏置构件，该偏置构件被配置成靠在所述外管的内表面上并偏置所述储存部分抵靠所述内表面，从而保持所述吸气剂约束结构的位置。

19.根据权利要求18所述的管，其中所述偏置构件包括基本上为弧形的板簧。

20.根据权利要求19所述的管，其中所述板簧的相对端部被设计成靠在所述外管的所述内表面上，而所述板簧的中央部分偏置所述储存部分抵靠所述内表面。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的管，其中所述支撑部分进一步包括连接构件，该连接构件被附接到所述偏置构件并被配置成用于将所述支撑部分连接至所述储存部分。

22.根据权利要求14至21中任一项所述的管，其中所述内管的外表面具有小于5%的发射率。

23.根据权利要求22所述的管，其中所述发射率小于3%。

24.根据权利要求14至21中任一项所述的管，其中所述外管由不透明材料制成。

25.根据权利要求24所述的管，其中所述不透明材料为金属。

26.根据权利要求14至25中任一项所述的管，所述管被配置成连接在辐射太阳能集热器的两个导管之间并在所述两个导管之间携载热流体。

27.一种太阳能热电设施，包括前述权利要求中任一项所述的管。

28.一种用于从太阳能热电设施去除氢的方法，所述方法包括：

•将吸气剂提供在所述空间内；以及

•将处于预定位置的所述吸气剂与所述内管保持热绝缘；

从而使得所述吸气剂从所述空间将氢去除。

29.根据权利要求28所述的方法，进一步包括通过提供吸气剂约束结构来方便所述保持，所述吸气剂约束结构被配置成用于将吸气剂保持在预定位置，其中所述吸气剂约束结构与所述外管接触，并且另外与所述内管完全不接触。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述吸气剂约束结构包括：

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述储存部分接触所述外管，并与所述支撑部分协作，用于保持所述吸气剂约束结构的位置。

32.根据权利要求30和31中任一项所述的方法，其中所述储存部分至少部分地由网状材料构造成。

33.根据权利要求30至32中任一项所述的方法，其中所述支撑部分包括偏置构件，该偏置构件被配置成靠在所述外管的内表面上并偏置所述储存部分抵靠所述内表面，从而保持所述吸气剂约束结构的位置。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述偏置构件包括基本上为弧形的板簧。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述板簧的相对端部被设计成靠在所述外管的所述内表面上，而所述板簧的中央部分偏置所述储存部分抵靠所述内表面。

36.根据权利要求33至35中任一项所述的方法，其中所述支撑部分进一步包括连接构件，该连接构件被附接到所述偏置构件并被配置成用于将所述支撑部分连接至所述储存部分。

37.根据权利要求28至36中任一项所述的方法，其中所述内管的外表面具有小于5%的发射率。

38.根据权利要求37所述的方法，其中所述发射率小于3%。

39.根据权利要求28至36中任一项所述的方法，其中所述外管由不透明材料制成。

40.根据权利要求39所述的方法，其中所述不透明材料为金属。