CN103047776A - 太阳能塔式热发电新型高效接收器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能塔式热发电新型高效接收器。本发明能有效减小接收器的对流和辐射损失，提高接收器的能量转换效率，提高接收器吸热表面的单位热负荷。发明包括一整套用于减小接收器对流损失的热气流回收利用系统；一种减小接收器辐射损失的吸热管布置形式及应用方法；一个吸热和预热模块化单元；一种余热利用方法及形式。本发明通过创新，使传统接收器暴露在大气环境中的表面式换热变成带热容积的表面式换热形式。这种创新从根本上减少了接收器的对流和辐射损失，达到了提高接收器吸热表面的单位热负荷、提高接收器的能量转换效率的目的。本发明结构简单、运行控制方便、便于制造、安装和维护。

Description

太阳能塔式热发电新型高效接收器

技术领域

本发明涉及一种高效接收器，具体涉及一种能提高接收器效率的太阳能塔式热发电新型高效接收器。

背景技术

接收器为塔式太阳能热发电系统中将太阳能转换为吸热介质（如熔盐、水或其它）热能的关键设备，接收器光热转换效率的性能决定发电系统全厂效率高低。为提高接收器的能量转换效率，国内外对不同形式的接收器进行了深入广泛的研究，相继出现了外部式（圆柱面、平板）接收器、腔式接收器、反射式接收器、热空气接收器等多种型式。不同型式接收器的吸热结构复杂程度不一样，所取得的光热转换效率相差很大，在工程应用上各有优劣。

在传统塔式太阳能热发电系统中，接收器的吸热板由单排吸热管组成，吸热管之间没有空隙，吸热管的背光面为保温层，来自镜场反射的太阳光投射到吸热管上进行热交换。由于吸热板暴露在大气环境中，因此，接收器的对流和辐射损失不可避免。在接收器效率损失中，对流和辐射损失占主要部分。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种能提高接收器效率的太阳能塔式热发电新型高效接收器。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种太阳能塔式热发电新型高效接收器，所述太阳能塔式热发电新型高效接收器包括多组吸风口、每一组吸风口均与风道连接，多组吸风口的另一端均连接在接收器模块上，所述接收器模块内部安装有按特定规律排列的复数根预热管和复数根吸热管，所述预热管的位置和吸热管的位置相比，所述预热管的位置更靠近吸风口，所述预热管的一端安装有冷介质集管，另一端安装有预热集管，所述预热集管还与吸热管的一端连接，所述吸热管的另一端安装有热介质集管，所述冷介质集管上连接一冷介质进入的入口管，所述热介质集管上连接一热介质导出的出口管，所述吸热管的受光面对准太阳光的入射方向，所述吸热管的受光面与太阳光的入射方向之间还有一段风道，所述风道和吸热管的受光面之间形成一段热风幕，所述风道上安装有风机。

在本发明的具体实施例子中，所述吸风口为一梯形台，梯形台的四个侧面内部均安装有导流板。

在本发明的具体实施例子中，所述预热集管、冷介质集管和热介质集管外均包覆有保温层。

在本发明的具体实施例子中，所述吸热管采用多排交错式布置。

在本发明的具体实施例子中，所述接收器模块外包覆有保温层。

在本发明的具体实施例子中，所述接收器模块为梯台型或四方长条型或圆柱式。

在本发明的具体实施例子中，当所述接收器模块为梯台型时，所述接收器模块靠近吸风口的一面为梯台的顶面，远离吸风口的一面为梯台的底面，底面的面积大于顶面的面积，顶面和底面之间为翼板。

一种利用上述太阳能塔式热发电新型高效接收器来吸收热能的方法，所述方法包括如下步骤：液态的冷介质通过泵经过入口管进入冷介质集管，所述冷介质集管中的液态的冷介质进入预热管预热后到达预热集管进行均化，均化后的预热介质再经过吸热管吸热后再进入热介质集管，通过热介质集管收集后通过出口管排出。

在本发明的具体实施例子中，来自镜场反射的太阳光，经过热风幕投射到吸热管表面进行热能交换，同时吸热管处形成的热气流受风机形成的负压影响，向接收器模块内部流动，并与预热管进行热交换，对入口管内的冷介质进行预热；预热后的冷介质直接进入吸热管吸热后变成热介质，这样可提高换热效率；与预热管热交换后的余热气流，通过吸风口和风道收集，并经风机升压后，返回到吸热管前表面，并形成热风幕，来阻挡并减少接收器外部冷气流与吸热管进行热交换。

在本发明的具体实施例子中，太阳光为来自镜场反射的太阳光。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的太阳能塔式热发电新型高效接收器采用了热气流回收利用、多排布置吸热管、将吸热管和预热管集成布置形成热容积等主要创新思路和系统，使传统接收器暴露在大气环境中的表面式换热变成带热容积的表面式换热形式。本发明从根本上减少了接收器的对流和辐射损失，即提高了接收器吸热表面的单位热负荷，也提高了接收器的能量转换效率。本发明专利结构简单、运行控制方便、便于制造、安装和维护。

附图说明

图1为本发明的系统流程图。

图2为本发明的构件实际布置的剖视图。

图3为本发明的图2的A-A示图。

图4为本发明的接收器模块的三维示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。图1为本发明的系统流程图。图2为本发明的构件实际布置的剖视图。如图1-2所示，本发明包括多组吸风口4、每一组吸风口4均与风道6连接，多组吸风口4的另一端均连接在接收器模块3上，所述接收器模块3内部安装有复数根预热管7和复数根吸热管8，预热管7的位置和吸热管8的位置相比，所述预热管7的位置更靠近吸风口4，所述预热管7的一端安装有冷介质集管12，另一端安装有预热集管15，所述预热集管15还与吸热管8的一端连接，所述吸热管8的另一端安装有热介质集管14，所述冷介质集管12上连接一冷介质进入的入口管11，所述热介质集管14上连接一热介质导出的出口管13，所述吸热管8的受光面对准太阳光10的入射方向，所述吸热管8的受光面与太阳光10的入射方向之间还有一段风道6，所述风道6和吸热管8的受光面之间形成一段热风幕9，所述风道6上安装有风机5。

在本发明的具体实施例子中，吸风口4为一梯形台，梯形台的四个侧面内部均安装有导流板19，预热集管15、冷介质集管12和热介质集管14外均包覆有保温层16，所述吸热管8采用多排交错式布置，所述接收器模块3外包覆有保温层16，所述接收器模块3为梯台型或四方长条型或圆柱式。

图3为本发明的图2的A-A示图。图4为本发明的接收器模块的三维示意图。当接收器模块3为梯台型时，接收器模块3靠近吸风口4的一面为梯台的顶面，远离吸风口4的一面为梯台的底面，底面的面积大于顶面的面积，顶面和底面之间为翼板17。

如附图3所示，接收器模块3为梯台型，接收器模块3翼板17的作用是形成热容积的空间，使吸热管8和预热管7在空间内充分热交换；翼板角度18可根据接收器的外形确定，如果接收器是平板式的，则翼板角度18为90度；如果接收器为圆柱式的，则翼板角度18根据圆柱布置接收器模块3的数量计算确定。吸风口4中的导流板19的作用是使吸风口4形成均压，使接收器模块3内热气流分布均匀。

图4为本发明的接收器模块的三维示意图。此部分未表示出集管和保温的内容。

在工程应用中，接收器采用多模块组合式安装，根据外部环境（气温、风速、风向、镜场反射的辐射强度等），独立调节每组模块的介质流量、风量、风压等参数，使其达到能量转换效率最高，继而多个最优运行接收模块组合成整体最优运行的接收器。

一种利用上述的太阳能塔式热发电新型高效接收器内介质流动和换热的方法，所述方法包括如下步骤：液态的冷介质通过泵经过入口管11进入冷介质集管12，所述冷介质集管12中的液态的冷介质进入预热管7预热后到达预热集管15进行均化，均化后的预热介质再经过吸热管8吸热后再进入热介质集管14，通过热介质集管14收集后通过出口管13排出，来自镜场反射的太阳光10，经过热风幕9投射到吸热管8表面进行热能交换，同时吸热管8处形成的热气流受风机5形成的负压影响，向接收器模块3内部流动，并与预热管7进行热交换，对冷介质入口管11内的冷介质1进行预热；预热后的冷介质1直接进入吸热管8吸热后变成热介质2，这样可提高换热效率；与预热管7热交换后的余热气流，通过吸风口4和风道6收集，并经风机5升压后，返回到吸热管8前表面，并形成热风幕9，来阻挡并减少接收器外部冷气流与吸热管8进行热交换，这样使吸热管8表面始终处于高温气流中，受热均匀、换热效率高、热辐射损失小。

在本发明中，太阳光10为来自镜场反射的太阳光。

接收器对流损失回收利用系统，主要是利用风机吸风口在吸热管表面形成负压，将原本扩散到大气环境中的热气流回收，并在回收过程中与冷介质管换热，这样即有效利用了热气流的热能，也对冷介质进行了预热。为了充分利用与冷介质换热后的热气流的余热，本发明将升压后的余热气流回送到吸热管前表面，并形成热风幕，其目的是阻挡并减少冷空气与吸热管的热交换，使吸热管始终处于高温气流环境中，受热均匀，换热效率高。

在吸热管8布置形式上，既要考虑不能透光，还要考虑有空隙，可以使气流流通。本发明采用多排吸热管交错式布置形式，通过控制吸热管径和间距来控制吸热管排的通风面积，尽量减小第一排吸热管的反光面积，使光在吸热管排间反射传递。当吸热板布置多排（不少于三排）吸热管时，以第一、二排吸热管为例，第一排吸热管由于存在空隙，减小了光反射面积，同时空隙会透光到第二排吸热管进行能量转换，第二排吸热管还会将光部分反射到第一排管的背面，使第一排吸热管受热均匀。在风机产生的负压作用下，第一排吸热管处的热气流会向内排流动，使内排受光面积小（或不受光）的吸热管也置身在热气流形成的温度场中进行热交换。这样更多的热辐射能在吸热管排之间进行热交换，继而减少了接收器的辐射损失。采用多排（不少于三排）吸热管交错布置时，相当于接收器在受光面积不变的条件下增加了换热面积，可使吸热表面的单位热负荷提高，这样就可节约接收器的受光面积。

当把吸热管（包括集管）、预热管（包括集管）和吸风口布置在一起时，可形成模块化单元，便于制造、运输和安装、检修。工程应用中，接收器采用多模块组合式安装，根据外部环境（气温、风速、风向、镜场反射的辐射强度等），独立调节每组模块的介质流量、风量、风压等参数，使其达到能量转换效率最高，继而多个最优运行接收模块组合成整体最优运行的接收器。

本发明提供的太阳能塔式热发电新型高效接收器采用了热气流回收利用、多排布置吸热管、将吸热管和预热管集成布置形成热容积等主要创新思路和系统，使传统熔盐接收器暴露在大气环境中的表面式换热变成带热容积的表面式换热形式。本发明从根本上减少了接收器的对流和辐射损失，即提高了接收器吸热表面的单位热负荷，也提高了接收器的能量转换效率。同时本发明专利结构简单、运行控制方便、便于制造、安装和维护。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种太阳能塔式热发电新型高效接收器，其特征在于：所述太阳能塔式热发电新型高效接收器包括多组吸风口（4）、每一组吸风口（4）均与风道（6）连接，多组吸风口（4）的另一端均连接在接收器模块（3）上，所述接收器模块（3）内部安装有复数根预热管（7）和复数根吸热管（8），所述预热管（7）的位置和吸热管（8）的位置相比，所述预热管（7）的位置更靠近吸风口（4），所述预热管（7）的一端安装有冷介质集管（12），另一端安装有预热集管（15），所述预热集管（15）还与吸热管（8）的一端连接，所述吸热管（8）的另一端安装有热介质集管（14），所述冷介质集管（12）上连接一冷介质进入的入口管（11），所述热介质集管（14）上连接一热介质导出的出口管（13），所述吸热管（8）的受光面对准太阳光（10）的入射方向，所述吸热管（8）的受光面与太阳光（10）的入射方向之间还有一段风道（6），所述风道（6）和吸热管（8）的受光面之间形成一段热风幕（9），所述风道（6）上安装有风机（5）。

2.根据权利要求1所述的太阳能塔式热发电新型高效接收器，其特征在于，所述吸风口（4）为一梯形台，梯形台的四个侧面内部均安装有导流板（19）。

3.根据权利要求1所述的太阳能塔式热发电新型高效接收器，其特征在于，所述预热集管（15）、冷介质集管（12）和热介质集管（14）外均包覆有保温层（16）。

4.根据权利要求1所述的太阳能塔式热发电新型高效接收器，其特征在于，所述吸热管（8）采用多排交错式布置。

5.根据权利要求1所述的太阳能塔式热发电新型高效接收器，其特征在于，所述接收器模块（3）外包覆有保温层（16）。

6.根据权利要求5所述的太阳能塔式热发电新型高效接收器，其特征在于，所述接收器模块（3）为梯台型或四方长条型或圆柱式。

7.根据权利要求5所述的太阳能塔式热发电新型高效接收器，其特征在于，当所述接收器模块（3）为梯台型时，所述接收器模块（3）靠近吸风口（4）的一面为梯台的梯台的顶面，远离吸风口（4）的一面为梯台的梯台的底面，底面的面积大于顶面的面积，顶面和底面之间为翼板（17）。

8.一种利用权利要求1-7所述的太阳能塔式热发电新型高效接收器内介质流动和换热的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：液态的冷介质通过泵经过入口管（11）进入冷介质集管（12），所述冷介质集管（12）中的液态的冷介质进入预热管（7）预热后到达预热集管（15）进行均化，均化后的预热介质再经过吸热管（8）吸热后再进入热介质集管（14），通过热介质集管（14）收集后通过出口管（13）排出。

9.根据权利要求8所述的太阳能塔式热发电新型高效接收器内介质流动和换热的方法，其特征在于，来自镜场反射的太阳光（10），经过热风幕（9）投射到吸热管（8）表面进行热能交换，同时吸热管（8）处形成的热气流受风机（5）形成的负压影响，向接收器模块（3）内部流动，并与预热管（7）进行热交换，对入口管（11）内的冷介质（1）进行预热；预热后的冷介质（1）直接进入吸热管（8）吸热后变成热介质（2），这样可提高换热效率；与预热管（7）热交换后的余热气流，通过吸风口（4）和风道（6）收集，并经风机（5）升压后，返回到吸热管（8）前表面，并形成热风幕（9），来阻挡并减少接收器外部冷气流与吸热管（8）进行热交换。

10.根据权利要求9所述的太阳能塔式热发电新型高效接收器内介质流动和换热的方法，其特征在于，太阳光（10）为来自镜场反射的太阳光。

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