CN106482361B - 一种新型塔式太阳能吸热器受热面模块 - Google Patents

一种新型塔式太阳能吸热器受热面模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管子背面聚光塔式太阳能吸热器受热面模块，包括下集箱、下连接管排、上连接管排、上集箱、和吸热管屏，所述吸热管屏下端与下集箱通过下连接管排连接，所述吸热管屏上端与上集箱通过上连接管排连接，其特征在于：所述吸热管屏中相邻管子之间留有一定间隙，所述吸热管屏的每根管子的背光面设有各自的对来光具有反射功能的内凹曲面。本发明减小了管子的受热集中度，从而减小了管子向光侧和背光侧受热的差别，缓解了因管子向光侧和背光侧受热不均匀引起的严重变形和承受应力过高的问题；本发明降低了管子正面点区域的管壁温度，从而增加了受热面运行的安全裕度。

Description

一种新型塔式太阳能吸热器受热面模块
技术领域
本发明涉及一种塔式太阳能电站吸热器受热面模块的排布结构，属于塔式太阳能热发电技术领域。
背景技术
太阳能高温热发电技术是太阳能规模利用的一个重要方向，对人类解决化石能源危机、空气污染等问题具有深远的意义。根据聚焦方式的不同，太阳能高温热发电可分为碟式、槽式、塔式三种方式；采用的工质有水(水蒸汽)、熔盐、空气、导热油、液态金属、其他有机物等。塔式聚焦由于具有大容量、高参数等优点而受到世界多国的关注。
塔式热发电技术在国外已经处于商业化运营的初期阶段，已建或在建的大规模商业化项目几乎遍布了各大洲，该技术路线已展示出强大的市场及生命力。尤其是带有储热的太阳能热发电技术，由于具有更长的发电时长及更稳定的电能输出，因此具有广阔的应用前景。我国的塔式热发电事业目前还处于示范化运营阶段，近年来先后建成的一批示范电站有力促进了太阳能热发电事业在我国的开展，一旦获得国家政策的稳定支持，我国的太阳能热发电事业将迎来一个快速发展期。
吸热器是塔式太阳能热电站的核心设备之一，它将定日镜捕捉、反射、聚焦的太阳光接收并转化为工质的内能，为发电机组提供所需的能量，进而实现太阳能热发电的过程。
对于塔式太阳能热发电吸热器，不论是外表面受热型、还是腔体式内表面受热型，其受热面通常采用管壁式结构，即吸热介质在管子内流动，管子排列成平面或圆弧面。根据塔式太阳能电站聚光比高的特点，吸热器受热管的向光面需要承受较高的热负荷，而背部通常是绝热保温结构。例如，对于吸热工质为熔盐的情况，局部热流密度能达到1000kW/m2以上。因此，单侧受热的吸热管内外侧存在较大温差。在热流密度高的区域，吸热管的内外侧温差会超过200℃，由此导致吸热器受热面管屏的严重变形。在吸热器结构的约束下，吸热器吸热管需要承受很高的应力。再加上太阳能间歇性、多变性(云量等因素的影响等)等固有特点，容易造成吸热器管屏的破裂及失效，从而影响到整个塔式太阳能热发电系统的安全运行。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种塔式太阳能吸热器受热面模块，用以减轻吸热器受热面因管子向光侧和背光侧受热条件差别过大而引起的严重变形和承受应力过高的问题，进而增加吸热器的安全裕度。
本发明的技术方案：一种用于塔式太阳能吸热器受热面模块，包括下集箱、下连接管排、上连接管排、上集箱、和吸热管屏。所述吸热管屏下端与下集箱通过下连接管排连接。所述吸热管屏上端与上集箱通过上连接管排连接。所述吸热管屏中相邻管子之间留有一定间隙。所述吸热管屏背面设有保温层，且保温层外边界与吸热管屏的各个管子背光面顶点相切。所述吸热管屏的相邻管子中间设有楔形凸起状的反射块。所述反射块在向光侧具有对称的两个斜边，该斜边表面对来光具有镜面反射功能。
作为优选，所述吸热管屏的管子以一定间隔并排布置。
作为优选，所述反射块相对于其相邻两根管子的中间对称平面对称，并且沿着管子轴线方向延伸充满吸热管屏部分整个长度。
作为优选，所述反射块的顶点与相邻管子背光侧切线在保温层外表面的交点至保温层与该管子切点之间的部分对来光具有保温绝热功能。
作为优选，所述反射块的顶点与相邻管子背光侧切线在保温层外表面的交点与该侧反射块斜边和保温层外表面交点之间的部分可全部为镜面或保温层，或二者各占一部分。
作为优选，所述反射块的两个斜边的形状为直线或内凹。
作为优选，所述反射块斜边和保温层外表面的交点至该侧管子背光侧与保温层切点的距离小于管子外半径。
作为优选，所述反射块顶点至保温层的距离在0.2倍管子外半径与(其中P为管子节距，R为管子外半径)范围内。
与现有塔式太阳能吸热器受热面结构相比，本发明由于在吸热管屏各个管子之间设置了具有光反射功能的楔形反射块，使得原本通过管间部分从管子左(右)侧端部传导的能量通过合理的引导投射到管子的背光侧，增加了管子沿周向的实际受热面积，减小了管子的受热集中度，从而减小了管子向光侧和背光侧受热的差别，缓解了因管子向光侧和背光侧受热不均匀引起的严重变形和承受应力过高的问题。同时，由于一部分能量从管子背光侧传递，而背光侧受热面对管子正面点附近区域的影响较管子左(右)侧端部弱不少，因此本发明还能够降低管子正面点区域的管壁温度，从而增加了受热面运行的安全裕度。
同时，通过合理设置反射块的结构，使管子背光侧表面与反射块斜边以及保温层围成了一个较为封闭的区域。当光线进入该区域后，经过多次吸收、发射和反射过程，大部分光能不能从该区域中逃出，即相当于减少了受热面表面的散热损失。而对于该区域内的管子背火侧部分，大部分从该部分表面发出的辐射能在这一封闭区域内也经过多次吸收、发射和反射过程被截留在该区域内，从而进一步减少了散热损失。反射块的两个斜边对来光具有镜面反射功能，不具有吸热能力，因此反射块的斜边具有很低的工作温度。这样相邻管子之间向外部空间暴露的部分具有比鳍片或保温层低得多的表面温度，从而进一步减少了受热面表面的散热损失。
对于工质为水/水蒸气的塔式太阳能吸热器，其受热面通常分为蒸发段和过热段两个部分。
蒸发段受热面通常采用带有鳍片的膜式管壁。当本发明专利应用到蒸发段受热面时，实际上是用反射块代替了管间的鳍片。这一改变的效果是由原来通过鳍片吸收的热量通过管子左(右)侧端部传递给管子变为经过反射块将这部分热量通过管子背光侧受热面传递给管子。这一改变减小了管子的受热集中度，缓解了因管子受热不均匀引起的变形和应力问题。而采用反射块来代替管间的鳍片也避免了因鳍片所产生的温差问题和应力问题。
当本发明专利应用到过热段受热面时，将原有的密排管(管间无间隙)结构变为具有一定管间间隔的管排结构。这一改变将一部分能量通过管子背光侧受热面传递给管子，缓解了因管子受热不均匀引起的变形和应力问题，同时还降低了管子正面点区域的管壁温度，从而增加了受热面运行的安全裕度。在管屏宽度一定的情况下，将管屏改为具有一定管间间隔的管排结构不可避免地减少管子根数，单根管子的工质流量有所增加，从而增加了工质对管子的冷却能力。这也有利于进一步降低管子壁温。
无论蒸发段受热面还是过热段受热面，本发明专利的应用均能够进一步减少受热面表面的散热损失。
对于工质为熔盐的塔式太阳能吸热器，其受热面结构通常采用密排管型式，与水/水蒸气工质太阳能吸热器的过热段受热面类似。因此，本发明专利的应用效果与上述水/水蒸气工质太阳能吸热器的过热段受热面的效果类似。
附图说明
图1为本发明专利的吸热器受热面模块示意图
图2为本发明专利的吸热管屏结构的横截面示意图。
图3为实施例2的吸热管屏结构的横截面示意图。
图4为实施例3的吸热管屏结构的横截面示意图。
图中：A-反射块的顶点；S-反射块斜边；O-管子中心；R-管子外半径。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步的说明，但并不作为对本发明专利限制的依据。
本发明专利的实施例：
实施例1：
一种塔式太阳能吸热器蒸发受热面模块，包括下集箱、下连接管排、上连接管排、上集箱、和吸热管屏(如图1所示)。所述吸热管屏下端与下集箱通过下连接管排连接。所述吸热管屏上端与上集箱通过上连接管排连接。所述吸热器受热管屏的相邻管子中心线的距离为3.2R(R为管子外半径)。所述吸热管屏结构的横截面示意图如图2所示。所述吸热管屏背面设有保温层，且保温层外边界与吸热管屏的各个管子背光面顶点T相切。所述吸热管屏的相邻管子中间设有楔形凸起状的反射块。所述反射块在向光侧具有对称的两个斜边S，斜边S对来光具有镜面反射功能。
所述吸热管屏的管子以均匀间隔平行并排布置。
所述反射块相对于图2中的对称中心线对称，并且沿着管子轴线方向延伸充满吸热管屏部分整个长度。
所述反射块的顶点A与相邻管子背光侧切线在保温层外表面的交点B1至保温层与该管子切点T之间的部分对来光具有保温绝热功能。
所述反射块的顶点A与相邻管子背光侧切线在保温层外表面的交点B1与该侧反射块斜边S和保温层外表面交点B2之间的部分全部为镜面。
所述反射块的两个斜边S的形状为直线。
所述反射块斜边S和保温层外表面的交点B2至该侧管子背光侧与保温层切点T的距离为0.8R。
所述反射块顶点A至保温层的距离为0.5R。
该实施例应用于工质为水/蒸汽的塔式太阳能吸热器的蒸发段受热面。与传统的带鳍片的膜式壁相比，该实施例所述的管屏结构减小了管子的受热集中度，缓解了因管子向光侧和背光侧受热不均匀引起的严重变形和承受应力过高的问题。同时，实施例还降低了管子正面点区域的管壁温度，从而增加了受热面运行的安全裕度。在管屏宽度一定的情况下，将管屏改为具有一定管间间隔的管排结构不可避免地减少管子根数，单根管子的工质流量有所增加，从而增加了工质对管子的冷却能力。这也有利于进一步降低管子壁温。另外，本实施例的应用还能够进一步减少受热面表面的散热损失。
实施例2：
本实施例与实施例1相比，除反射块顶点A至保温层的距离为0.25R外，其余设置与实施例1相同。本实施例也能得到类似的效果。本实施例的横截面示意图如图3所示。
实施例3：
本实施例与实施例1相比，除反射块顶点A至保温层的距离为0.6R外，其余设置与实施例1相同。本实施例也能得到类似的效果。本实施例的横截面示意图如图4所示。
由于太阳能吸热器受热管屏所接收到的太阳光来自不同角度镜面对太阳光的反射，因此在同一时刻吸热器管屏的管子及其间隔所接受的太阳光来自各个不同的角度，并不是原始的平行太阳光。因此，此处不同方向的光线示意是恰当的，符合吸热器的实际工作条件。

Claims (2)

1.一种新型塔式太阳能吸热器受热面模块，包括下集箱、下连接管排、上连接管排、上集箱、和吸热管屏，所述吸热管屏下端与下集箱通过下连接管排连接，所述吸热管屏上端与上集箱通过上连接管排连接，其特征在于：所述吸热管屏中相邻管子之间留有一定间隙；所述吸热管屏背面设有保温层，且保温层外边界与吸热管屏的各个管子背光面顶点相切；所述吸热管屏的相邻管子中间设有楔形凸起状的反射块；所述反射块在向光侧具有对称的两个斜边，该斜边表面对来光具有镜面反射功能；
所述吸热管屏的管子以一定间隔平行并排布置；
所述反射块相对于其相邻两根管子轴线方向的中间对称平面对称，并且沿着管子轴线方向延伸充满吸热管屏部分整个长度；
所述反射块的顶点与相邻管子背光侧切线在保温层外表面的交点至保温层与该管子切点之间的部分对来光具有保温绝热功能；
所述反射块的顶点与相邻管子背光侧切线在保温层外表面的交点与该侧反射块斜边和保温层外表面交点之间的部分可全部为镜面或保温层，或二者各占一部分；
所述反射块斜边和保温层外表面的交点至该侧管子背光侧与保温层切点的距离小于管子外半径；
所述反射块顶点至保温层的距离在0.2倍管子外半径与(其中P为管子节距，R为管子外半径)范围内。
2.如权利要求1所述的一种新型塔式太阳能吸热器受热面模块，其特征在于：所述反射块的两个斜边的形状为直线或内凹。
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