CN102445008B - 塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器 - Google Patents

塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，由吸热板与封头组成，所述的吸热板为双层弧状板结构，外层为吸热均温热板，内层为板翅式水/蒸汽通道；封头位于吸热板中水/蒸汽通道两端；吸热器外层辐射吸收面涂有Pyromark涂料用于辐射吸收，减少热损失。弧状结构有利于太阳光对塔式吸热器的聚焦，提高均温性，同时易于用多个吸热器相连组成任意大小的吸收面。本发明其优点是：热启动性能好，传热效率高，工况下吸热器整体温度分布均匀，抗蠕变、疲劳破坏强，制造工艺先进，安全性高，使用寿命长等。

Description

塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器
技术领域
本发明的塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器涉及一种太阳能热发电吸热器，特别涉及一种用于大规模塔式太阳能热发电系统中的水/蒸汽式吸热器。
背景技术
进入21世纪，随着化石燃料的日渐枯竭以及环境污染的日益严重，能源问题已经成为制约我国国民经济快速发展的瓶颈。而太阳能洁净无污染、来源广泛，开发太阳能对解决能源问题具有重大意义。
相较于蝶式和槽式热发电技术，塔式太阳能热发电系统具有聚光倍数高，光热转换效率高以及发电成本低等优点。典型的塔式太阳能热发电系统使用了高塔聚焦，电站规模可达200MW以上，具有巨大的商业应用前景。
作为塔式太阳能热发电系统的核心部件，吸热器（Receiver）用于吸收太阳光将热辐射能传递给工质，其热效率、启动性能、可靠性、工况下的使用寿命等对整个太阳能塔式发电系统的成功运行有十分重要的影响。传统的塔式热发电系统中吸热器包括熔盐式、空气式和水/蒸汽式3种。熔盐系统中，存在熔盐高温下的分解及冷凝时引起的氯化物腐蚀开裂问题以及吸热器和管路中熔盐介质的放空冷充与保温加热等问题；空气系统中，由于存在流动不均匀及局部过热与失效问题，相关应用也受到很大局限；而使用最为成熟的水/蒸汽式吸热器也受热不均，存在烧毁点，以及疲劳及蠕变损伤等寿命上的问题。
发明内容
针对塔式太阳能热发电水/蒸汽系统中吸热器所存在的上述问题，本发明旨在提高传统水/蒸汽式吸热器的性能，基于非均匀高变热流密度下金属液态相变传热原理，提供了一种塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器。其优点是：热启动性能好，传热效率高，工况下吸热器整体温度分布均匀，抗蠕变、疲劳破坏强，制造工艺先进，安全性高，使用寿命长等。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，由吸热板与封头组成，所述的吸热板为双层弧状板结构，外层为吸热均温热板，内层为板翅式水/蒸汽通道；封头位于吸热板中水/蒸汽通道两端；吸热器外层辐射吸收面涂有高温漆（Pyromark涂料）用于辐射吸收，减少热损失。弧状结构有利于太阳光对塔式吸热器的聚焦，提高均温性，同时易于用多个吸热器相连组成任意大小的吸收面。
外层的吸热均温热板为内外弧状金属板与四周封条围成的带弧度的板状腔式结构，一端开有接口，空腔内部外端焊有金属纤维毡作为吸液芯，其形状与空腔外端吻合，空腔内部焊有一定数量的金属棒穿过空腔壳体与金属纤维毡用来支撑腔体，空腔内部通过接口充有一定量金属。吸热均温热板空腔内部通过接口充有一定量金属。金属纤维毡制成的吸液芯所产生的毛细力提供热量传递过程中冷凝金属液体回流的动力，同时金属圆柱用于支撑空腔，提高腔体强度。内层板翅式水/蒸汽通道为带弧度的板状结构，由隔板、盖板、封条、锯齿翅片组成，隔板、盖板、封条、锯齿翅片均为带弧度的板结构，翅片置于隔板、盖板、封条组成的空间内。封头为梯形，梯形一侧为平面，另一侧为一带弧度光滑面，封头上部为一整体空腔，空腔顶部焊有带法兰接管，空腔下部引出多条矩形介质通道，通道截面大小以梯形中心线镜像对称，并且向两侧逐渐变大，可使液体均匀流入/流出吸热器。
所述吸热板与封头的材质均为高强度不锈钢。
所述吸热均温热板制造工艺如下：首先将外端盖板与金属纤维毡安装并钎焊，然后在上面机械加工若干柱状透孔；然后将若干柱状金属圆棒按照外端盖板圆孔对应的阵列与下盖板整体钎焊在一起；最后将整体钎焊完成的两个部分与四周的封条装配使金属棒准确穿过外端盖板，再次钎焊完成，再通过氩弧焊将金属棒与外端盖板焊接，使腔体达到密封。
所述弧状锯齿翅片通过特制带弧度模具冲压而成。
所述吸热板为焊接后的吸热均温热板与水/蒸汽通道组装，通过不锈钢钎焊工艺整体加工而成，充装金属介质后通过冷焊技术对充液通道进行封口。
所述封头为HALF式（half式就是对半分的意思），通过机械加工而成，后通过不锈钢钎焊工艺加工为一整体。
所述的塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，其特征是，所述吸热器通过氩弧焊接，将封头连接到吸热板指定位置（吸热器水/蒸气通道进出口）加工而成。
本发明吸热器在运行时竖直放置，太阳光通过聚日镜聚焦于吸热器的涂有吸热涂料的有一定弧度的外表面，热辐射能加热吸热均温热板内部金属，吸热器开始启动，水通过封头进入水/蒸汽通道，金属吸热蒸发径向运动到达水/蒸汽通道外部，通过对流传热将辐射能径向传递给水/蒸汽通道内的水将其加热为蒸汽，通过另一侧封头进入发电系统流入汽轮机发电，而金属蒸汽换热后冷凝通过金属纤维毡的毛细力回流至蒸发侧，周而复始，将太阳能源源不断转变为电能。该吸热器具有良好的均温性能可防止因局部过热引起的烧毁，热启动性能好，传热效率高，抗蠕变、疲劳破坏强，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明实施例的总体结构示意图。
图2为塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器的部分分解图。
图3为塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器的剖视图。
图4为本发明实施例的吸热板结构示意图。
图5为本发明实施例的吸热板结构分解图。
图6为本发明实施例的吸热均温热板结构及焊接工艺示意图。
图7为本发明实施例的板翅式水/蒸汽通道结构示意图。
图8为本发明实施例的封头结构示意图、分解图及零件图。
图9为塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
参照附图1-3，塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器101由吸热板102与封头103组成，吸热板102为双层弧状板结构，外层为吸热均温热板104，内层为板翅式水/蒸汽通道105；封头103位于吸热板102水/蒸汽通道105两端；吸热板102外层辐射吸收面涂有Pyromark涂料用于吸收辐射，减少热损失。弧状结构有利于塔式发电系统太阳光的聚焦，提高均温性，同时易于用多个吸热器相连组成任意大小的吸收面。
参照附图4、5，外层的吸热均温热板104为内外弧状金属板434与四周封条405、406围成的带弧度的板状腔式结构，一端开有接口，空腔内部外端焊有金属纤维毡403作为吸液芯，其形状与空腔外端吻合，空腔内部焊有一定数量的金属圆棒402穿过空腔壳体与金属纤维毡403用来支撑腔体，空腔内部通过接口充有一定量金属。该吸热均温热板104制造工艺如下：首先将金属纤维毡403与外端盖板404安装并钎焊组合成内外弧状金属板434，然后在上面机械加工若干柱状透孔；将若干柱状金属圆棒402按照外端盖板圆孔对应的阵列与下盖板401整体钎焊在一起；最后将整体钎焊完成的两个部分412、434与四周的封条405、406装配使金属棒准确穿过外端盖板，再次钎焊完成，最后通过氩弧焊将金属棒与外端盖板焊接，使腔体达到密封，吸热均温热板104空腔内部通过接口407抽真空，充入一定量金属，然后通过堵头408进行焊接密封。金属纤维毡403所产生的毛细力提供热量传递过程中冷凝金属液体回流的动力，使吸热面内部始终存在金属液，可防止吸热板102的局部烧毁。
参照附图6、7，内层板翅式水/蒸汽通道105为带弧度的板状结构，由隔板504、盖板501、封条503、锯齿翅片502组成，隔板504、盖板501、505、封条503、锯齿翅片502均为带弧度的板结构，锯齿翅片502置于隔板504、盖板501、505、封条503组成的空间内。参见附图8，封头103为梯形，梯形一侧为平面，另一侧为一带弧度光滑面，封头上部为一整体空腔，空腔顶部焊有带法兰接管303，空腔下部引出多条矩形介质通道，通道截面大小以梯形中心线镜像对称，并且向两侧逐渐变大，可使液体均匀流入/流出吸热器，封头为HALF式，分为上下301、302两部分，均通过机械加工而成，后通过不锈钢钎焊工艺加工为一整体。
参见附图1-3，吸热板102与封头103的材质均为316H高强度不锈钢；吸热器101通过氩弧焊接，将封头103连接到吸热板102指定位置加工而成。
参见附图4、5，吸热板102为扩散焊接后的吸热均温热板104与水/蒸汽通道105组装，通过不锈钢钎焊工艺整体加工而成，充装金属介质后通过冷焊技术对充液通道进行封口。
参见附图7，所述弧状锯齿翅片502通过特制带弧度模具冲压而成。
参见附图9，本发明吸热器在运行时竖直放置，太阳光通过聚日镜聚焦于吸热器的涂有吸热涂料的有一定弧度的外表面，热辐射能加热吸热均温热板内部金属，吸热器开始启动，水通过封头进入水/蒸汽通道，金属吸热蒸发径向运动到达水/蒸汽通道外部，通过对流传热将辐射能径向传递给水/蒸汽通道内的水将其加热为蒸汽，通过另一侧封头进入发电系统流入汽轮机发电，而金属蒸汽换热后冷凝通过多孔吸液芯回流至蒸发侧，周而复始，将太阳能源源不断转变为电能。该吸热器具有良好的均温性能可防止因局部过热引起的烧毁，热启动性能好，传热效率高，抗蠕变、疲劳破坏强，使用寿命长。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，同样在本发明之保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (10)

1.一种塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，其特征在于：它由吸热板与封头组成，所述吸热板为双层弧状板结构，外层为吸热均温热板，内层为板翅式水/蒸汽通道；所述封头位于所述板翅式水/蒸汽通道两端；
所述吸热均温热板为内外弧状金属板与四周封条围成的带弧度的板状腔式结构，一端开有接口，空腔内部外端焊有金属纤维毡作为吸液芯，其形状与空腔外端吻合，空腔内部焊有一定数量的金属棒穿过空腔壳体与金属纤维毡用来支撑腔体，空腔内部通过接口充有一定量金属。
2.根据权利要求1所述的塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，其特征是，所述吸热板与封头的材质均为高强度不锈钢。
3.根据权利要求1所述的塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，其特征是，所述吸热均温热板：首先将外端盖板与金属纤维毡安装并钎焊，然后在上面机械加工若干柱状透孔；然后将若干柱状金属圆棒按照外端盖板圆孔对应的阵列与下盖板整体钎焊在一起；最后将整体钎焊完成的两个部分与四周的封条装配使金属棒准确穿过外端盖板，再次钎焊完成，再通过氩弧焊将金属棒与外端盖板焊接，使腔体达到密封。
4.根据权利要求1所述的塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，其特征是，所述吸热均温热板外层辐射吸收面涂有高温漆。
5.根据权利要求1所述的塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，其特征是，所述内层板翅式水/蒸汽通道为带弧度的板状结构，由隔板、盖板、封条、锯齿翅片组成，隔板、盖板、封条、锯齿翅片均为带弧度的板结构，所述弧状锯齿翅片置于隔板、盖板、封条组成的空间内。
6.根据权利要求5所述的塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，其特征是，所述弧状锯齿翅片通过特制带弧度模具冲压而成。
7.根据权利要求1所述的塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，其特征是，所述吸热板为焊接后的吸热均温热板与板翅式水/蒸汽通道组装，通过不锈钢钎焊工艺整体加工而成，最后充装金属介质，完成后通过冷焊技术进行封口。
8.根据权利要求1所述的塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，其特征是，所述封头为梯形，梯形一侧为平面，另一侧为一带弧度光滑面，封头上部为一整体空腔，空腔顶部焊有带法兰接管，空腔下部引出多条矩形介质通道，通道截面大小以梯形中心线镜像对称，并且向两侧逐渐变大。
9.根据权利要求1或8所述的塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，其特征是，所述封头为HALF式，通过机械加工而成，后通过不锈钢钎焊工艺加工为一整体。
10.根据权利要求1所述的塔式太阳能水/蒸汽复合型板翅热板式吸热器，其特征是，吸热器通过氩弧焊接将所述封头连接到所述吸热板指定位置加工而成。
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