CN104596125B - 带采光罩的空腔式太阳能接收器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉公开了一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，包括采光罩（1）、四棱柱型腔体（2）和吸热管屏（3）。四棱柱型腔体（2）侧面设置进光口（4），左右侧墙上布置蒸发管屏（301）、后侧墙上布置过热管屏（302），蒸发管屏（301）与过热管屏（302）通过上下联箱与汽包（5）联结，形成汽水回路。采光罩（1）采用矩形复合抛物面型，通过固定支架（6）安装在腔体（2）上。该种空腔式接收器结构简单，增加了采光面积，减少了进光口的对流损失，降低了对跟踪系统的精度控制要求。
Description
技术领域
本发明涉及塔式太阳能热发电领域，特别涉及一种带采光罩的空腔式太阳能接收器。
背景技术
塔式太阳能热发电技术是利用可以自动跟踪的定日镜阵列将太阳光聚焦到安放在高塔上的接收器上，接收器中的传热流体吸收太阳辐射能，产生高温高压的蒸汽进入汽轮机中做功。相比较槽式和碟式，塔式太阳能热发电系统具有聚光倍数高、能量集中、吸热器散热面积小、机组容量大、效率较高等优点，是继槽式太阳能热发电站后，最有商业前景的太阳能热发电技术。
在塔式太阳能热发电系统中，太阳能接收器起到吸热和传热的作用，是系统中最为关键的核心技术。塔式接收器通常分为外露式和空腔式。外露式接收器吸热管暴露于周围环境中，散热损失大。虽然空腔式接收器适合的镜场布置单一，通常为单面收光，镜场规模受到限制，但是空腔式接收器其内部相当于黑体，只有很少的光线反射出去，同时对流散热远小于外露式接收器，因此可以将接收器的热损失控制在最低限度。
在本发明之前，专利号200610039125、200980145350等中国专利均公开了一种空腔式太阳能接收器，但是其结构复杂，体积较小，通常用于以空气作为传热介质的系统中，发电规模不大。考虑到空气的热容小，设备容易因温度过高而受损。同时，专利号为201010574469的中国专利均公开了一种热管式塔式太阳能接收器，虽然采用热管作为传热原件效率较高，但从结构上看，太阳光线经定日镜从接收器底部进入腔体内，而热管竖直地分布在腔体四周，使得光线无法垂直入射到热管上，造成热管上辐照度分布不均，可能导致热管局部过热的问题。同时由于进光口较小，对定日镜的跟踪精度要求很高，增加了技术难度和成本投入。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高效的带采光罩的空腔式太阳能接收器。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于，包括：采光罩、四棱柱型腔体和吸热管屏；所述的四棱柱型腔体一侧面设置进光口，进光口对面为吸热腔体的后侧墙，过热管屏布置在后侧墙上，两个蒸发管屏分别布置在左侧墙和右侧墙上，所述蒸发管屏与过热管屏通过上联箱、下联箱与汽包联结，形成汽水回路；采光罩底面与进光口相对应，通过固定支架安装在腔体上。
前述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于，所述的四棱柱型腔体整体为框梁结构，包括支撑钢板，支撑钢板内附耐火砖，支撑钢板与耐火砖之间并加装保温棉。
前述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述四棱柱型腔体沿ab平面的截面为等腰梯形，并且后侧墙与水平面垂直。
前述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于，所述的吸热管屏采用不锈钢管。
前述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于:传热流体水在蒸发管中受热蒸发，然后进入汽包进行汽水分离，分离后的饱和水蒸气进入过热管屏进行过热，产生的高温高压水蒸气进入汽轮机做功,水经过循环泵重新进入蒸发管，从而形成汽水回路。
前述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于:所述采光罩由四块镜面拼接而成，上下两块镜面形状相同，侧面两块镜面形状相同，每一块镜面为矩形复合抛物面型。
前述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述采光罩沿x轴和y轴的焦距fx、fy分别为：fx＝ax(1+sin(θmax)x)；fy＝ay(1+sin(θmax)y)
采光罩的总长度
其中，ax、ay分别是焦平面即采光罩底面的长与宽，(θmax)x、(θmax)y分别是沿x轴和y轴方向的最大接收角。
前述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述采光罩镜面的材料为玻璃镜或镀反射膜的金属板。
前述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于，所述的进光口为平板玻璃，并与四棱柱型腔体密封连接，进光口垂直于镜场中心反光镜的正午光线。
本发明所达到的有益效果：
1)矩形复合抛物面型的采光罩，可以增加采光面积，对于最大接收角范围内的入射光线可以全部捕集。可以解决因跟踪误差而产生的光斑偏移等问题。同时对进光口周围的墙体也起到了一定的保护作用。
2)矩形复合抛物面型采光罩具有一定的聚光比，增加采光面积的同时，可以
强化聚光，增加集热温度。
3)采光罩对进光口具有一定的防风作用，可以减少因对流而造成的散热损失，提高接收器的集热效率。
4)将过热面放置在接收垂直入射光线的后侧面上，对于接收斜射或散射光线比较多的左右两个侧面放置蒸发面，布局合理，可以实现能量的合理利用。
附图说明
图1是带采光罩的空腔式太阳能接收器的剖面示意图。
图2是受热面布置及汽水流程图。
图3是矩形复合抛物面型采光罩的三维结构示意图。
图4是矩形复合抛物面型采光罩的剖面示意图。
图中采光罩1、腔体 2、蒸发管屏 301、吸热管屏 302、进光口 4、固定支架6、汽包5、上联箱 7,、下联箱 8、循环泵9。
具体实施方式
本发明的核心为提供一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，下面结合附图对本发明做进一步说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域的技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请的权利要求所限定的范围。
如附图1所示，本发明的结构主要包括矩形复合抛物面型采光罩1、四棱柱型腔体2和吸热管屏，四棱柱型腔体2侧面设置一开口，为进光口4。其余三个侧面上布置有吸热管屏，上下底面为绝热面。进光口4较小，与其相对的后侧面较大，从ab面剖面图上看成等腰梯形，以吸收太阳辐射能。同时整个腔体与水平面成一定的倾角，以保证镜场中心反光镜的正午光线垂直射入进光口4。腔体2整体采用框梁结构，内附耐火砖，并加装保温棉，耐火砖外为支撑钢板。采光罩1设置在进光口4前，底面与进光口4大小一致。吸热管屏3布置在腔体内部后侧面及左右两个侧面上。
从附图2可见，吸热管屏3分为蒸发管屏301和过热管屏302。蒸发管屏301布置在左右侧墙、过热管屏302布置在后侧墙上，上下均设置联箱。传热流体如水等在自下联箱8进入蒸发管中受热蒸发，，然后进入汽包5进行汽水分离，分离后的饱和水蒸气进入过热管屏302进行过热，产生的高温高压水蒸气进入汽轮机做功。水经过循环泵9重新进入蒸发管301，从而形成汽水回路。吸热管屏3均采用不锈钢管，表面可涂敷吸收涂层。
如附图3、附图4所示，采光罩1为矩形复合抛物面式，是通过两对复合抛物面镜互相截取得到的。根据边缘光线原理，可以得到采光罩的焦距：
fx＝ax(1+sin(θmax)x)；fy＝ay(1+sin(θmax)y)
采光罩的总长度
其中，ax、ay分别是焦平面即采光罩底面的长与宽，(θmax)x、(θmax)y分别是沿x轴和y轴方向的最大接收角。
所述的采光罩1采用玻璃镜或镀反射膜的金属板，由四块单独的复合抛物曲面镜面拼接而成。镜面通过固定支架6固定在腔体2上。每块镜面间留有3～10mm的缝隙。同时考虑到采光罩长度过大不易加工、抗风能力弱等因素，考适当截短，截取比取2/3～1/2。虽然有一小部分光线会通过采光罩反射出去，但是吸收的总能相应的增加了。从而增强了聚光效果。
所述的进光口4为矩形，大小与采光罩1底面对应。作为接收器接受太阳能辐射的界面，采用双层石英玻璃密封，耐火泥勾缝。
Claims (10)
1.一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于，包括：采光罩(1)、四棱柱型腔体(2)和吸热管屏；所述的四棱柱型腔体(2)一侧面设置进光口(4)，进光口(4)对面为吸热腔体的后侧墙，过热管屏(302)布置在后侧墙上，两个蒸发管屏(301)分别布置在左侧墙和右侧墙上，所述蒸发管屏(301)与过热管屏(302)通过上联箱(7)、下联箱(8)与汽包(5)联结，形成汽水回路；采光罩(1)底面与进光口(4)相对应，通过固定支架(6)安装在腔体上。
2.如权利要求1所述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述的四棱柱型腔体(2)整体为框梁结构，包括支撑钢板，支撑钢板内附耐火砖，支撑钢板与耐火砖之间并加装保温棉。
3.如权利要求1所述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述四棱柱型腔体(2)沿ab平面的截面为等腰梯形，并且后侧墙与水平面垂直，在ab平面中，中心线b过进光口的中心点、且在进光口所在平面内，中心线a过进光口的中心点、且与中心线b垂直。
4.如权利要求1所述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于，所述的吸热管屏(3)采用不锈钢管。
5.如权利要求3所述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于:传热流体水在蒸发管屏(301)中受热蒸发，然后进入汽包(5)进行汽水分离，分离后的饱和水蒸气进入过热管屏(302)进行过热，产生的高温高压水蒸气进入汽轮机做功,水经过循环泵(9)重新进入蒸发管屏(301)，从而形成汽水回路。
6.如权利要求1所述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于:所述采光罩(1)由四块镜面拼接而成，上下两块镜面形状相同，侧面两块镜面形状相同，每一块镜面为矩形复合抛物面型。
7.如权利要求6所述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述采光罩沿x轴和y轴的焦距fx、fy分别为：fx＝ax(1+sin(θmax)x)；fy＝ay(1+sin(θmax)y)；
采光罩的总长度
其中，ax、ay分别是焦平面即采光罩底面的长与宽，(θmax)x、(θmax)y分别是沿x轴和y轴方向的最大接收角。
8.如权利要求1或7所述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述采光罩镜面的材料为玻璃镜或镀反射膜的金属板。
9.如权利要求7所述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于：每块镜面间留有3～10mm的缝隙。
10.如权利要求1所述的一种带采光罩的空腔式太阳能接收器，其特征在于，所述的进光口(4)为平板玻璃，并与四棱柱型腔体密封连接，进光口垂直于镜场中心反光镜的正午光线。
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