CN102486342B - 太阳能接收器、碟式太阳能装置和塔式太阳能装置 - Google Patents

太阳能接收器、碟式太阳能装置和塔式太阳能装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能接收器，包括壳体(2)，所述壳体(2)的内腔由隔板(3)分为辐射腔(21)和加热腔(22)；所述太阳能接收器还包括位于所述壳体(2)的内腔中并穿过所述隔板(3)的热管，所述热管包括位于所述辐射腔(21)中的吸热管段(41)和位于所述加热腔(22)中的放热管段(42)；所述加热腔(22)中设有包围所述放热管段(42)的多孔介质部件(5)，且所述多孔介质部件(5)上设有供载热介质穿过的介质流道(51)。该接收器的结构设计一方面能够防止空载现象的发生；另一方面能够显著提高换热效率。此外，本发明还公开了一种包括上述太阳能接收器的碟式太阳能装置和塔式太阳能装置。

Description

太阳能接收器、碟式太阳能装置和塔式太阳能装置
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，特别涉及一种太阳能接收器。此外，本发明还涉及一种包括上述太阳能接收器的碟式太阳能装置。再者，本发明还涉及一种包括上述太阳能接收器的塔式太阳能装置。
背景技术
随着石油、煤炭等不可再生能源的日益枯竭，太阳能作为一种取之不尽用之不竭、并且低碳环保的能源越来越引起了各国政府的重视，因而太阳能发电技术的发展也越来越快。太阳能发电的基本过程为：通过抛物镜面反射，把太阳的平行光线进行汇聚，形成高辐射强度的太阳光斑，该太阳光斑照到太阳能接收器上的受热面上加热流经接收器的载热流体，使得载热流体变化为高温高压的蒸汽或空气，然后该高温高压的蒸汽或空气来驱动气体涡轮机或斯特林机进行发电。
请参考图1、图2和图3，图1为现有技术中一种太阳能接收器的主视结构示意图；图2为现有技术中一种太阳能接收器的侧视结构示意图；图3为图1中太阳能接收器的A向视图。
如图1和图2所示，该现有技术中的太阳能接收器包括壳体2'，该壳体2'的内腔由隔板3'分为下部的辐射腔2'1和上部的加热腔2'2；该太阳能接收器还包括穿过隔板3'的热管，该热管分为位于辐射腔2'1内的吸热管段4'1和位于加热腔2'2内的放热管段4'2。如图2和图3所示，辐射腔2'1的侧壁设有通光孔2'11。
当该太阳能接收器工作时，如图3所示，将该太阳能接收器水平设置，并使得通光孔2'11朝下，太阳光线从该通光孔2'11进入辐射腔2'1内，聚光照射吸热管段4'1，吸热管段4'1内的工作介质吸热，并且将热量传递给放热管段4'2。如图2和图3所示，加热腔2'2的侧壁上开设有载热介质进口2'21，载热介质通过该进口2'21进入加热腔2'2，该载热介质与放热管段4'2发生热交换，变成高温高压的蒸汽或者空气，然后从而载热介质出口2'22释放出来。
然而，上述现有技术中的太阳能接收器存在有以下缺点：
第一、在工作过程中，液态的载热介质并不能充满加热腔2'2，如图3所示，因而位于加热腔2'2上端部的各个放热管段4'2并不能被载热介质覆盖，不能与载热介质发生热交换，出现空载现象。长时间出现空载现象会使得放热管段4'2出现损坏。
第二，如图2和图3所示，载热介质在加热腔2'2中的流道采用的是大空间流道设计，导致载热介质与放热管段4'2之间的换热面积较小，换热效率不高。
第二，如图2所示，热管的吸热管段4'1暴露于与外部空间连通的辐射腔2'1内，吸热管段4'1将会向外部空间散热，从而降低吸热管段4'1的吸热效率。
第三，为了防止辐射腔2'1内的热量通过辐射腔2'1的壳体向外部散热，辐射腔2'1的壳体一般需要设置有保温层，因而会增加接收器的重量和保温材料成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题为提供一种太阳能接收器，该接收器的结构设计一方面能够使得载热介质全面覆盖热管的放热管段，防止空载现象的发生；另一方面能够显著提高换热效率。此外，本发明另一个要解决的技术问题为提供一种包括上述太阳能接收器的碟式太阳能装置。再者，本发明又一个要解决的技术问题为提供一种包括上述太阳能接收器的塔式太阳能装置。
为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能接收器，包括壳体，所述壳体的内腔由隔板分为辐射腔和加热腔；所述太阳能接收器还包括位于所述壳体的内腔中并穿过所述隔板的热管，所述热管包括位于所述辐射腔中的吸热管段和位于所述加热腔中的放热管段；所述加热腔中设有包围所述放热管段的多孔介质部件，所述多孔介质部件具有吸附性能，且所述多孔介质部件上设有供载热介质穿过的介质流道。
优选地，所述热管的数量为多个，且该多个热管围成圆形；所述多孔介质部件为包围该多个热管的圆环。
优选地，所述加热腔的侧壁开设有载热介质进口，所述加热腔的顶壁开设有载热介质出口；所述多孔介质部件的外环与所述加热腔的侧壁之间形成有与所述载热介质进口连通的外环流道腔，所述多孔介质部件的内环形成有与所述载热介质出口连通的内环流道腔；所述介质流道连通所述外环流道腔和所述内环流道腔。
优选地，所述加热腔的侧壁开设有载热介质出口，所述加热腔的顶壁开设有载热介质进口；所述多孔介质部件的外环与所述加热腔的侧壁之间形成有与所述载热介质出口连通的外环流道腔，所述多孔介质部件的内环形成有与所述载热介质进口连通的内环流道腔；所述介质流道连通所述外环流道腔和所述内环流道腔。
优选地，所述介质流道的数量为多个，且各所述介质流道与各所述放热管段间隔设置。
优选地，所述辐射腔的底壁开设有通光孔，所述辐射腔底壁的外侧面上连接有与所述通光孔连通的喇叭状聚光板。
优选地，所述喇叭状聚光板的轴线与所述壳体的轴线重合，且该喇叭状聚光板的底部大圆端的外径大于所述壳体的外径。
优选地，所述吸热管段的外部进一步设有真空套管。
优选地，所述辐射腔的内侧壁上设有反光镜。
优选地，所述反光镜包括与所述热管的数量相等的至少一个反光镜段，任一个所述吸热管段位于与其相对的反光镜段的聚光点位置。
优选地，所述反光镜段为抛物面反光镜段或者圆弧面反光镜段。
优选地，所述隔板的底壁上进一步附着有吸热层。
此外，为解决上述技术问题，本发明还提供一种碟式太阳能装置，包括反射镜面；所述碟式太阳能装置还包括上述任一项所述的太阳能接收器；所述太阳能接收器通过多个支撑杆支撑于所述反射镜面上，并位于所述反射镜面的聚光点位置。
再者，为解决上述技术问题，本发明还提供一种塔式太阳能装置，包括塔架，所述塔架的四周分布有多个反射镜片；所述塔式太阳能装置还包括上述任一项所述的太阳能接收器；所述太阳能接收器支撑于所述塔架上，并位于各所述反射镜片形成的聚光点位置。
在现有技术的基础上，本发明所提供的太阳能接收器的加热腔中设有包围所述放热管段的多孔介质部件，且所述多孔介质部件上设有供载热介质穿过的介质流道。由于该多孔介质部件具有吸附性能，可以将载热介质从加热腔的底部抽吸到加热腔的上端部中，因而可以使得位于加热腔中的各个放热管段均能被载热介质覆盖，发生热交换，从而防止了空载现象的发生。
此外，由于多孔介质部件覆盖放热管段，并且多孔介质部件的各个孔中充满了载热介质，放热管段通过该多孔介质部件与载热介质换热，因而可以显著增大换热面积，进而提高换热效率。
此外，本发明所提供的碟式太阳能装置和塔式太阳能装置的技术效果均与上述太阳能接收器的技术效果基本相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为现有技术中一种太阳能接收器的主视结构示意图；
图2为现有技术中一种太阳能接收器的侧视结构示意图；
图3为图1中太阳能接收器的A向视图；
图4为本发明一种实施例中太阳能接收器的结构示意图；
图5为图4中太阳能接收器的A向剖视图；
图6为图4中太阳能接收器的B向剖视图；
图7为本发明一种实施例中碟式太阳装置的结构示意图；
图8为本发明一种实施例中塔式太阳能装置的结构示意图。
其中图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
2'壳体；2'1辐射腔；2'11通光孔；2'2加热腔；2'21载热介质进口；2'22载热介质出口；3'隔板；4'1吸热管段；4'2放热管段。
图4至图8中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1太阳能接收器；2壳体；21辐射腔；211通光孔；22加热腔；221载热介质进口；222载热介质出口；223外环流道腔；224内环流道腔；23抛物面反光镜段；3隔板；41吸热管段；42放热管段；43真空套管；5多孔介质部件；51介质流道；6喇叭状聚光板；71反射镜面；72支撑杆；81塔架；82反射镜片。
具体实施方式
本发明的核心为提供一种太阳能接收器，该接收器的结构设计一方面能够使得载热介质全面覆盖热管的放热管段，防止空载现象的发生；另一方面能够显著提高换热效率。此外，本发明另一个核心为提供一种包括上述太阳能接收器的碟式太阳能装置。再者，本发明又一个核心为提供一种包括上述太阳能接收器的塔式太阳能装置。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图4，图4为本发明一种实施例中太阳能接收器的结构示意图。
在一种实施例中，本发明所提供的太阳能接收器1包括壳体2，壳体2的内腔由隔板3分为辐射腔21和加热腔22；太阳能接收器1还包括位于壳体2的内腔中热管，该热管穿过隔板3，分为位于辐射腔21中的吸热管段41和位于加热腔22中的放热管段42，热管内注入金属介质（Na、K等轻金属），该金属介质在高温下发生相变，将吸热管段41在辐射腔21内吸收到的聚光太阳能转变成热能，并输送到加热腔22中。
在上述现有技术的基础上，本发明所提供的太阳能接收器1的加热腔22中设有包围放热管段42的多孔介质部件5，该多孔介质部件5具体可以为多孔金属泡沫，且多孔介质部件5上设有供载热介质穿过的介质流道51。由于该多孔介质部件5具有吸附性能，可以将载热介质从加热腔22的底部抽吸到加热腔22的上端部中，因而可以使得位于加热腔22中的各个放热管段42均能被载热介质覆盖，发生热交换，从而防止了空载现象的发生。
此外，由于多孔介质部件5覆盖放热管段42，并且多孔介质部件5的各个孔中充满了载热介质，放热管段42通过该多孔介质部件5与载热介质换热，因而可以显著增大换热面积，进而提高换热效率。
请同时参考图4和图5，图5为图4中太阳能接收器的A向剖视图。
在上述实施例中，热管的数量可以为多个，并且该多个热管围成圆形；在此基础上，如图5所示，多孔介质部件5为包围该多个热管的圆环。
进一步地，如图4所示，加热腔22的侧壁开设有载热介质进口221，加热腔22的顶壁开设有载热介质出口222，当然也可以进口和出口的位置互换，亦即加热腔22的侧壁开设有载热介质出口222，加热腔22的顶壁开设有载热介质进口221；如图5所示，多孔介质部件5的外环与加热腔22的侧壁之间形成有与载热介质进口221连通的外环流道腔223，多孔介质部件5的内环形成有与载热介质出口222连通的内环流道腔224；并且，介质流道51连通外环流道腔223和内环流道腔224，进一步地，该介质流道51可以沿多孔介质部件5的径向设置。为了进一步提高流通速度和提高换热效率，如图5所示，介质流道51的数量可以为多个，且各介质流道51与各个放热管段42间隔设置。
工作时，载热介质从载热介质进口221进入外环流道腔223内，充满该外环流道腔223，然后载热介质由该外环流道腔223通过沿径向设置的多个介质流道51进入内环流道腔224中，并在内环流道腔224内发生充分混合，然后从而载热介质出口222流出。
在上述实施例中，还可以作出进一步改进。比如，如图1所示，辐射腔21的底壁开设有通光孔211，辐射腔21底壁的外侧面上连接有与通光孔211连通的喇叭状聚光板6。该喇叭状聚光板6的内表面设有反光镜，该喇叭状聚光板可以将反射镜面71（示于图7中）或者反射镜片82（示于图8中）反射的太阳光再次进行汇聚，并通过通光孔211反射入辐射腔21内。显然，该种结构设计能够显著提高太阳光线的利用效率。
进一步地，如图4所示，太能接收器1的壳体2的外形大体为圆柱形，在此基础上，该喇叭状聚光板6的轴线与壳体2的轴线重合，并且该喇叭状聚光板6的底部大圆端的外径大于壳体2的外径。该种结构设计可以在喇叭状聚光板6的背面形成能够覆盖壳体2的阴影，从而防止壳体2表面或者附属部件被烧坏。
在上述实施例中，还可以作出进一步改进。比如，如图1所示，吸热管段41的外部可以涂有吸热涂层，并且外部设有真空套管43，该真空套管43具体可以为石英真空套管。由于该真空套管43的存在，吸热管段41吸收的热量不会通过该真空套管43传递到辐射腔21中，因而提高了吸热效率。此外，由于吸热管段41吸收的热量不会传递到辐射腔21中，辐射腔21内不再是高温高压状态，因而也就没有必要在辐射腔21的侧壁上设置保温层，从而减轻了壳体2的重量和节省了保温材料成本。
请参考图6，图6为图4中太阳能接收器的B向剖视图。
在上述实施例中，辐射腔21的内侧壁上还可以设有反光镜。该种结构设计可以使得穿过吸热管段41之间的间隙的光线再反射到吸热管段41的表面上，因而能够有效提高光线的利用效率。此外，透过吸热管段41间隙的光线通过反射镜的反射，因而不再加热辐射腔21的侧壁，因而该侧壁上也无需设置保温层，进而降低了重量和节省了保温材料成本。
进一步地，如图6所示，反光镜包括至少一个反光镜段23，并且该反光镜段23的数量与热管的数量相等；任一个吸热管段41位于与其相对的反光镜段23的聚光点位置。具体地，该反光镜段23可以为抛物面反光镜段或者圆弧面反光镜段。该种结构设计能够进一步提高光线的反射效率，使得经过抛物面反射镜段23反射的光线能够全部反射到吸热管段41的表面上。
此外，在上述实施例中，如图4所示，还可以在隔板3的底壁设置吸热层，该吸热层可以采用陶瓷材料。工作时，通过通光孔211的光线有部分会照射到隔板3上，但是由于隔板3采用的是耐热合金钢材料，吸热性能并不佳，因而通过在其底壁上设置陶瓷材料的吸热层，充分吸收光线的热量，并将该热量传递给隔板3，进而传递到加热腔内。
此外，本发明还提供一种碟式太阳能装置。
请参考图7，图7为本发明一种实施例中碟式太阳装置的结构示意图。
在一种实施例中，本发明所提供的碟式太阳能装置，包括反射镜面71；该碟式太阳能装置还包括上述任一种实施例中的太阳能接收器1，太阳能接收器1通过多个支撑杆72支撑于反射镜面71上，并位于反射镜面71的聚光点位置。该碟式太阳装置其他部分，可以参照现有技术，本文不再展开。
再者，本发明还提供一种塔式太阳能装置。
请参考图8，图8为本发明一种实施例中塔式太阳能装置的结构示意图。
在一种实施例中，本发明所提供的塔式太阳能装置，包括塔架81，塔架81的四周分布有多个反射镜片82；所述塔式太阳能装置还包括上述任一种实施例中的太阳能接收器1；太阳能接收器1支撑于塔架81上，并位于各个反射镜片82形成的聚光点位置。该塔式太阳能装置的其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。
最后，以上对本发明所提供的太阳能接收器、碟式太阳能装置和塔式太阳能装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种太阳能接收器，包括壳体（2），所述壳体（2）的内腔由隔板（3）分为辐射腔（21）和加热腔（22）；所述太阳能接收器还包括位于所述壳体（2）的内腔中并穿过所述隔板（3）的热管，所述热管包括位于所述辐射腔（21）中的吸热管段（41）和位于所述加热腔（22）中的放热管段（42）；其特征在于，所述加热腔（22）中设有包围所述放热管段（42）的多孔介质部件（5），所述多孔介质部件（5）具有吸附性能，且所述多孔介质部件（5）上设有供载热介质穿过的介质流道（51）。
2.如权利要求1所述的太阳能接收器，其特征在于，所述热管的数量为多个，且该多个热管围成圆形；所述多孔介质部件（5）为包围该多个热管的圆环。
3.如权利要求2所述的太阳能接收器，其特征在于，所述加热腔（22）的侧壁开设有载热介质进口（221），所述加热腔（22）的顶壁开设有载热介质出口（222）；所述多孔介质部件（5）的外环与所述加热腔（22）的侧壁之间形成有与所述载热介质进口（221）连通的外环流道腔（223），所述多孔介质部件（5）的内环形成有与所述载热介质出口（222）连通的内环流道腔（224）；所述介质流道（51）连通所述外环流道腔（223）和所述内环流道腔（224）。
4.如权利要求2所述的太阳能接收器，其特征在于，所述加热腔（22）的侧壁开设有载热介质出口（222），所述加热腔（22）的顶壁开设有载热介质进口（221）；所述多孔介质部件（5）的外环与所述加热腔（22）的侧壁之间形成有与所述载热介质出口（222）连通的外环流道腔（223），所述多孔介质部件（5）的内环形成有与所述载热介质进口（221）连通的内环流道腔（224）；所述介质流道（51）连通所述外环流道腔（223）和所述内环流道腔（224）。
5.如权利要求3或4所述的太阳能接收器，其特征在于，所述介质流道（51）的数量为多个，且各所述介质流道（51）与各所述放热管段（42）间隔设置。
6.如权利要求1至4任一项所述的太阳能接收器，其特征在于，所述辐射腔（21）的底壁开设有通光孔（211），所述辐射腔（21）底壁的外侧面上连接有与所述通光孔（211）连通的喇叭状聚光板（6）。
7.如权利要求6所述的太阳能接收器，其特征在于，所述喇叭状聚光板（6）的轴线与所述壳体（2）的轴线重合，且该喇叭状聚光板（6）的底部大圆端的外径大于所述壳体（2）的外径。
8.如权利要求1至4任一项所述的太阳能接收器，其特征在于，所述吸热管段（41）的外部进一步设有真空套管（43）。
9.如权利要求1至4任一项所述的太阳能接收器，其特征在于，所述辐射腔（21）的内侧壁上设有反光镜。
10.如权利要求9所述的太阳能接收器，其特征在于，所述反光镜包括与所述热管的数量相等的至少一个反光镜段（23），任一个所述吸热管段（21）位于与其相对的反光镜段（23）的聚光点位置。
11.如权利要求10所述的太阳能接收器，其特征在于，所述反光镜段（23）为抛物面反光镜段或者圆弧面反光镜段。
12.如权利要求1至4任一项所述的太阳能接收器，其特征在于，所述隔板（3）的底壁上进一步附着有吸热层。
13.一种碟式太阳能装置，包括反射镜面（71）；其特征在于，所述碟式太阳能装置还包括如权利要求1至12任一项所述的太阳能接收器；所述太阳能接收器通过多个支撑杆（72）支撑于所述反射镜面（71）上，并位于所述反射镜面（71）的聚光点位置。
14.一种塔式太阳能装置，包括塔架（81），所述塔架（81）的四周分布有多个反射镜片（82）；其特征在于，所述塔式太阳能装置还包括如权利要求1至10任一项所述的太阳能接收器；所述太阳能接收器支撑于所述塔架（81）上，并位于各所述反射镜片（82）形成的聚光点位置。
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