CN104428605A - 太阳能热板阵列场布置及相关真空太阳能热板 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及具有改进结构的太阳能阵列场(100)，包括：多个真空太阳能热板(1)和用于循环导热流体的液压回路(10)，所述液压回路(10)包括将低温入口(11)连接至高温出口(12)的至少一个循环通路(13、14、15、16)，所述循环通路(13、14、15、16)包括连续穿过多个真空太阳能热板(1)的向前部分(15)；所述循环通路(13、14、15、16)还包括下游地连接至所述向前部分(15)的折回部分(16)，所述折回部分(16)逆序地穿过相同的真空太阳能热板(1)。

Description

太阳能热板阵列场布置及相关真空太阳能热板
技术领域
本发明涉及太阳能阵列场布置及特别适用用于此种太阳能阵列场布置的真空太阳能热板。
背景技术
众所周知，真空太阳能热板包括平的真空密闭外壳，真空密闭外壳具有可透射可见的太阳辐射的至少一个玻璃板。真空外壳内配置有吸热板和进出外壳、连接至吸热板的管道。
因此，太阳辐射通过面板进入真空外壳，由吸热板收集并转换成热。然后转换的热传递到流入管道的导热流体。
真空太阳能热板通常由外部管道连接在一起，以形成太阳能阵列场。在太阳能阵列场中，设置有泵送装置以使导热流体通过每个真空太阳能热板的内部管道从入口到出口循环。导热流体从板的吸热板被逐渐加热，以使阵列场的入口和出口间具有温升。该温度差供给外部负载(即吸收循环冷却器)以利用太阳热能。
根据面板的类型，采用两种可替代的管道配置。
曲流型真空太阳能热板(例如以同一申请人的名义在EP2283282中描述的)要求图1中所描述的串并联配置类型。确实，考虑到穿过曲流型板的导热流体相当高的压降，需要上述配置以使泵压头保持在可接受的水平。
直流型真空太阳能热板(例如在公开号为WO2010/003653的PCT申请中描述的)决定导热流体中的较低的压降，且它们可以被简单地串联，如图2中所描绘。应当指出的是，由于直流型板包括多个单独的管道，还需要几个外部管将板连接到下一个板。
在描述的现有技术的两种配置中(如可以由图1和2理解的)，外部管道延伸相当大的长度。为了减少损失，必须提供良好的热绝缘材料(以包裹或夹紧管道周围的厚的低热传导层的形式)。
由于热损失随着导热流体的温度上升而增加，这种热绝缘材料在中间温度应用(100℃-200℃)的情况下尤为重要。而且，由于管道的表面温度高，这种应用减少了可用的绝缘材料的选择，使得玻璃纤维成为最常见的选择。
在太阳能空气冷却应用的一个典型例子中，导热流体在165℃下进入太阳能热板阵列场并在180℃下流出。在这种条件下，将热损失保持在17瓦/米需要卷绕全部外部管道的100毫米厚的玻璃纤维隔热材料。另外，水分渗透入玻璃纤维可强烈影响玻璃纤维的热传导，且作为软材料，必须保护它免受机械负载或冲击。因而通常将铝合金挂板应用到玻璃纤维隔热材料外部，使这种组装比管道本身昂贵得多。
因此，鉴于所需的热绝缘材料和维护成本，外部管道的长度代表了现有技术中公知的太阳能阵列场配置的严重缺陷。
因此基于本发明的技术问题是提供一种具有减少热损失和外部管道成本的有效的太阳能阵列场布置。
发明内容
本发明提出了一种太阳能阵列场以解决上技术问题，该太阳能阵列场包括：多个真空太阳能热板和用于导热流体循环的液压回路，所述液压回路包括至少一个将低温入口连接至高温出口的循环通路，所述循环通路包括连续穿过多个真空太阳能热板的向前部分；所述循环通路还包括下游地连接至所述向前部分的折回部分，所述折回部分逆序地穿过相同的真空太阳能热板。
基于本发明的目的是通过设置穿过真空板的循环通路的折回部分大大降低外部隔热管道的数量。
有利的是，该折回部分可直接连接至所述向前部分的下游端。
液压回路可包括：从低温入口出发的第一主管道和抵达高温出口的第二主管道；和限定循环通路之一的向前部分和折回部分的多个支路，向前部分从第一主管道出发，折回部分抵达第二主管道。
向前部分和折回部分优选沿其轴向穿过真空太阳能热板。在矩形板的标准情况下，意味着通路部分从矩形的短边之一延伸到相对边。设置有常用的泵送装置，以使液压回路内的导热流体循环。
每个真空太阳能热板内部可包括与吸热装置热连接的至少一个向前管和至少一个折回管，其中循环通路的向前部分包括所述向前管且折回部分包括所述折回管。
吸热装置概念上可包括由两个功能部件组成、具有与前向管直接接触的第一部分和与折回管直接接触的第二部分的吸热板，第一部分和第二部分之间设有纵向缝隙以减小两部分间的热传导。该缝隙未减小吸热板的机械强度，但与两个功能部件的热耦合相关，两个功能部件与运送导热流体流的向前管或折回管连接，但温度不同。
现有技术吸收器具有单独的区域，除减小吸收器的工作表面，且因此降低公开号为WO2008/000281的PCT申请中描述的总效率。每个真空太阳能热板可包括多个向前管和多个折回管，所述向前管均连接至共同的第一入口和共同的第一出口，所述折回管均连接至共同的第二入口和共同的第二出口。
由于这种布局，对于被循环通路穿过的随后的两个板间的外部连接来说是需要单管的，因此大大地限制了系统的热损失和热绝缘材料的需要量。
还提供了解决上述技术问题的方案，通过设置具有至少一个可透射太阳辐射的面板的真空密封外壳；封闭在所述真空密封外壳内的吸热板；至少一个向前管、至少一个折回管以及设置在所述加热板的第一部分和第二部分之间的用于局部减少加热板的热传导的装置，所述至少一个向前管与吸热板的第一部分热连接并连接至通往真空密封外壳外部的第一入口和第一出口；所述至少一个折回管与吸热板的第二部分热连接并连接至通往真空密封外壳外部的第二入口和第二出口。
基于本发明的目的是，降低热吸收装置的横向热传导，以使在其第一与第二部分间和安装在其上的管道间可保持温差。换言之，即使设置一个吸热板，它的两个部分间热连接非常不好。这样的板特别适合于连接至前面讨论的阵列场布置。
用于局部降低热传导的装置优选为多个设置在吸热板表面上的孔和/或缝隙。然而，在本领域技术人员的常识中可以采用不同的装置；例如，隔热材料条可以划分板的两个导热部分。
如上所述，有利的是在板内热分割成两个部分而非两个物理分隔的板。在第一种情况下，单个吸热板可保证整个板的更大的刚度和机械强度。在第二种情况下，两个物理分隔的吸热板之间的分隔间隙的区域不能用于热收集的目的，这将导致该装置的效率较低。
第一入口和第二出口可设置在真空密封外壳的一侧，所述第二入口和第一出口设置在外壳的相对侧。
吸热板的第一部分和第二部分可以从真空密封外壳的一侧纵向延伸至相对侧。
有利地，用于局部减小热传导的装置可包括将吸热板的第一部分和第二部分分隔的纵向缝隙。
真空太阳能热板可包括多个向前管和多个折回管，所述向前管均连接至共同的第一入口和共同的第一出口，所述折回管均连接至共同的第二入口和共同的第二出口。
由于这样的布置，两个随后的板可以由一个管道连接。
优选地，向前管和折回管平行。
有利地，第一入口、第一出口、第二入口和第二出口可以密封在从真空密封外壳的背板伸出的漏斗内。
在下文中概述的，本发明优选的但并非唯一的实施方式详细说明中进一步的特征和优点在将更加清楚，参照例示性和非限制性目的的附图。
附图说明
附图中：
图1示意性地示出了根据现有技术的第一太阳能阵列场布置；
图2示意性地示出了根据现有技术的第二太阳能阵列场布置；
图3示意性地示出了根据本发明的太阳能阵列场布置；
图4示出了根据本发明的真空太阳能热板从底部看的示意图；
图5示出图4中真空太阳能热板的内部结构的细节；
图6示出图4中真空太阳能热板的吸热板和管道的示意图；
图7示出图6中吸热板的细节。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下文中简要描述图1和2中所描述的现有技术的太阳能阵列场。
根据现有技术的阵列场包括具有由穿过多个真空太阳能热板1m、1s的管路连接的低温入口11m、11s及高温出口12m、12s的液压回路。应当注意的是，在本发明的上下文中，如果板的外部管道连接至板的内部管道，可以说液压回路或其一部分穿过板，从而使导热流体穿过回路循环时流过该板。设置泵送装置(未示出)以使导热流体在液压回路内循环；在入口11m、11s和出口12m、12s之间设有负载以利用收集到的热量。
在图1的串并联管路配置中，通常采用曲流型真空太阳能热板1m，液压回路包括多个并联支路，每个支路仅成串地穿过形成阵列的行的真空太阳能热板的一部分。这种布置对外部管道的长度要求是相当高的。
在图2的串联管路配置100s中，通常采用直流型真空太阳能热板1s，回路的每个支路穿过阵列的一个行的所有板。在这种解决方案中液压回路外部总长度减少，但由于直板具有多个入口和出口，在回路的每一个支路中要求相应的多个外部管道连接随后的板。
参照图3，显示出了根据本发明的太阳能阵列场并统一以100表示。
阵列场100包括具有低温入口11和高温出口12的液压回路10；设置有泵送装置(图未示出)以使液压回路内的导热流体循环；在入口11和出口12之间必须设置负载以利用收集到的热量。
第一主管道11连接至低温入口11，而第二主管道12连接至高温出口12。多个支路15、16将第一主管道11连接至第二主管道12，每个支路为导热流体限定不同的循环通路。图3中所示的简化的实施例仅突出了两个支路，即两个循环通路可用于导热流体。
支路抵达并穿过被布置成多行的多个真空太阳能热板1。特别是，每个支路连接组成单行的所有面板。支路包括串联穿过行板1的向前通路部分15；和以相反顺序穿过相同面板1的折回部分16。环路部分17在行的末端将向前部分15连接至折回部分16。
真空太阳能热板1包括真空密封外壳5，而真空密封外壳5又是由可透射太阳辐射的前板(图中不可见)及意在支撑前板的支撑结构50组成。
支撑结构50包括基本矩形的背板51和侧壁(从背板51的周边升起的较短的侧壁51a和较长的侧壁51b)。前板(基本上平的玻璃板)将由背板51和侧壁51a、51b形成的盒状结构封闭。
背板51具有从真空密封外壳5向外伸出的4个漏斗52。这些漏斗在支撑结构的相对的较短的侧壁51a处两个两个地设置。
由图6和7可见，吸热板2封闭在真空密封外壳5内，即夹在前板和背板51之间。所述吸热板设有供用于支撑前板的立柱(图未示出)穿过的多个通孔23。
吸热板2具有与真空密封外壳5的形状相匹配的基本矩形的形状。板2沿纵向分为两个相等的半部，在下文中命名为第一部分20和第二部分21。
吸热板2的第一部分20和的第二部分21由多个沿吸热板的中间部分延伸的纵向缝隙22分开。由图7可见，该纵向缝隙22与位于板的中间部分的通孔23相间。缝隙22和通孔23配合以在第一部分20和第二部分21间限定材料的非连续性。这种非连续本身就决定板2的热传导下降，以使第一部分20和第二部分21部分可以很容易地保持在不同的温度。
真空太阳能热板1还包括多个向前管3和多个折回管4。图示实施方式示出三个向前管3和三个折回管4。管3、4直接附接至吸热板2的背面，即面对背板51的板的表面。管3、4是平行的，且它们在板1的纵向方向延伸，基本抵达两个相对的较短端。
向前管3在它们的两个相对端会和，以分别形成第一入口31和第一出口32。折回管4以同样的方式会和，以形成第二入口41和第二出口42。这些口31、32、41、42置于真空密封外壳5背面的漏斗52内。
应当指出的是，第一入口31和第二出口42设置在真空密封外壳5的一侧，而第二入口41和第一出口32设置在真空密封外壳5的相对侧。因此，导热流体将沿给定的纵向方向流过向前管3，且沿相反的纵向方向流过折回管4。
当真空太阳能热板1连接至太阳能阵列场100中时，第一入口31和第二入口32连接至向前通路部分15的外部管道，而第二入口41和第二出口42连接至折回通路部分16的外部管道。
因此，向前管3形成向前通路部分15的一部分，而折回管4形成折回通路部分16的一部分。考虑到导热流体在穿过向前部分15和折回部分16的循环中逐渐变热，折回管4中流体的温度会比在向前管3中流体的温度高。对于每行的第一个板，此温差可高达15℃。由于管3、4与吸热板的两个不同的部分20、21热连通，设置具有有限的横向传导率的板显然是有利的。
当考虑到100个板的太阳能热板阵列场时，包括5行，每行20个板，每个板具有2x1m的尺寸，当分别与典型的曲流或直流型板阵列场配置相比时，在隔热管长度方面总共节省270m和100m。另外，假设一般损耗为17W/m，对于上述阵列配置中的外部管线的100mm厚的玻璃纤维隔热层，整体热损耗分别降低了4.5KW和1.7KW，相当太阳能阵列在165～180℃工作的总的典型峰值功率的8％和3％。
显然，前面所描述的发现可由本领域技术人员做出多种修改和变形，以满足可能的和特定的要求，所有这些修改和变形落入本发明的保护的范围内，如所附权利要求限定的。

Claims (15)

1.一种太阳能阵列场(100)，包括多个真空太阳能热板(1)和用于循环导热流体的液压回路(10)，所述液压回路(10)包括至少一个将低温入口(11)连接至高温出口(12)的循环通路(13、14、15、16)，所述循环通路(13、14、15、16)包括连续穿过多个真空太阳能热板(1)的向前部分(15)；所述循环通路(13、14、15、16)还包括下游地连接至所述向前部分(15)的折回部分(16)，所述折回部分(16)逆序地穿过相同的真空太阳能热板(1)；其中，在每个真空太阳能热板(1)内，所述循环通路(13、14、15、16)的向前部分(15)和折回部分(16)是流体独立的。
2.根据权利要求1所述的太阳能阵列场(100)，其中，所述折回部分(16)直接连接至所述向前部分(15)的下游端。
3.根据前述权利要求之一所述的太阳能阵列场(100)，其中，所述液压回路包括：从低温入口(11)出发的第一主管道(13)和抵达高温出口(12)的第二主管道(14)；以及限定了所述循环通路(13、14、15、16)之一的向前部分(15)和折回部分(16)的多个支路(15、16)，其中，此向前部分(15)从所述第一主管道(13)出发，此折回部分抵达第二主管道(14)。
4.根据前述权利要求之一所述的太阳能阵列场(100)，其中，向前部分(15)和折回部分(16)轴向地穿过所述真空太阳能热板(1)。
5.根据前述权利要求之一所述的太阳能阵列场(100)，其中，设有泵送装置以使液压回路(10)内的导热流体循环。
6.根据前述权利要求之一所述的太阳能阵列场(100)，其中，每个真空太阳能热板(1)内部包括与吸热装置(2)热连接的至少一个向前管(3)和至少一个折回管(4)，其中循环通路(13、14、15、16)的向前部分(15)包括所述向前管(3)，折回部分(16)包括所述折回管(4)。
7.根据权利要求6所述的太阳能阵列场(100)，其中，所述吸热装置(2)包括吸热板(2)，所述吸热板(2)具有与向前管(3)直接接触的第一部分(20)和与折回管(4)直接接触的第二部分(21)，所述第一部分(20)和第二部分(21)之间设有纵向缝隙(22)以减小两部分间的热传导。
8.根据权利要求6或7所述的太阳能阵列场(100)，其中，每个真空太阳能热板(1)包括多个向前管(3)和多个折回管(4)，所述向前管(3)均连接至共同的第一入口(31)和共同的第一出口(32)，所述折回管(4)均连接至共同的第二入口(41)和共同的第二出口(42)。
9.真空太阳能热板(1)，包括：具有至少一个可透射太阳辐射的面板的真空密封外壳(5)；和封闭在所述真空密封外壳(5)内的吸热板(2)；所述吸热板(2)包括第一部分(20)和第二部分(21)；所述真空太阳能热板(1)还包括：至少一个向前管(3)、至少一个折回管(4)以及设置在所述加热板的第一部分(20)和第二部分(21)之间的用于局部减少加热板的热传导的装置，所述至少一个向前管(3)与吸热板(2)的第一部分(20)热连接并连接至通往真空密封外壳(5)外部的第一入口和第一出口(31、32)；所述至少一个折回管(4)与吸热板(2)的第二部分(21)热连接并连接至通往真空密封外壳(5)外部的第二入口和第二出口(41、42)。
10.根据权利要求9所述的真空太阳能热板(1)，其中，所述第一入口(31)和第二出口(42)设置在所述真空密封外壳(5)的一侧，所述第二入口(41)和第一出口(32)设置在所述外壳(5)的相对侧。
11.根据权利要求10所述的真空太阳能热板(1)，其中，吸热板(2)的第一部分(20)和第二部分(21)从真空密封外壳(5)的一侧纵向延伸至相对侧。
12.根据权利要求11所述的真空太阳能热板(1)，其中，所述用于局部减小热传导的装置包括将吸热板(2)的第一部分(20)和第二部分(21)分隔的纵向缝隙(22)。
13.根据权利要求10～12之一所述的真空太阳能热板(1)，其中，其包括多个向前管(3)和多个折回管(4)，所述向前管(3)均连接至共同的第一入口(31)和共同的第一出口(32)，所述折回管(4)均连接至共同的第二入口(41)和共同的第二出口(42)。
14.根据权利要求13所述的真空太阳能热板(1)，其中，所述向前管(3)和折回管(4)基本平行。
15.根据权利要求13或14所述的真空太阳能热板(1)，其中，第一入口、第一出口、第二入口和第二出口(31、32、41、42)包括从真空密封外壳(5)的背板伸出的漏斗(52)。
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