CN110173903A - 一种基于半圆形集热器的塔式太阳能热发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于半圆形集热器的塔式太阳能热发电系统，可以有效降低吸热管的前后温差。本发明包括集热器和定日镜场；集热器安装在集热塔上，包括吸热管组，吸热管组由吸热管组成；集热器中的吸热管排列成半圆形；当集热器为两个以上时，这些集热器在集热塔的高度方向上依次布置，且这些集热器通过主路管路串联在一起，在主路管路上安装有主路关断阀，每个集热器均通过旁路管路并联有一个旁路集箱，并在旁路管路安装有旁路关断阀；所述的定日镜场分为至少两个半圆环形区域，同一集热器的正面和反面分别对应一个半圆环形区域,不同的集热器对应的半圆环形区域不同；还包括外玻璃罩，外玻璃罩内部为真空，外玻璃罩包裹住集热器。

Description

一种基于半圆形集热器的塔式太阳能热发电系统
技术领域
本发明涉及一种基于半圆形集热器的塔式太阳能热发电系统。
背景技术
太阳能热发电是一种通过“光 - 热 - 电”的转化过程实现清洁能源利用的发电技术，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。典型的塔式太阳能热发电技术由于具有聚光比高，高参数等优点而受到世界多国的关注。
对于塔式太阳能热发电吸热器，不论是柱面体外表面受光型，还是腔体式内表面受光型，其受热面通常采用管壁式结构，即吸热介质在管子内流动，管子排列成平面形或圆形，如申请号为201710027386.9的中国专利所示。塔式发电系统理论聚光比超过1000，吸热管的向光面需要承受较高的热负荷，而背光面通常是绝热保温结构。因此吸热管周向太阳热流分布极不均匀，吸热管易形成局部过热，前后侧存在较大温差，在热流密度高的区域，吸热管的前后温差会超过 200℃，由此导致吸热器管的严重变形。严重时，会出现受热面局部管壁超温和管间温度偏差加大，影响设备的安全运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的基于半圆形集热器的塔式太阳能热发电系统，可以有效降低吸热管的前后温差。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于半圆形集热器的塔式太阳能热发电系统，包括集热器和定日镜场；集热器安装在集热塔上，包括吸热管组，吸热管组由吸热管组成；其特征在于：所述的集热器中的吸热管排列成半圆形；当集热器为两个以上时，这些集热器在集热塔的高度方向上依次布置，且这些集热器通过主路管路串联在一起，在主路管路上安装有主路关断阀，每个集热器均通过旁路管路并联有一个旁路集箱，并在旁路管路安装有旁路关断阀；所述的定日镜场分为至少两个半圆环形区域，同一集热器的正面和反面分别对应一个半圆环形区域,不同的集热器对应的半圆环形区域不同；还包括外玻璃罩，外玻璃罩内部为真空，外玻璃罩包裹住集热器。
本发明所述的吸热管之间通过密排方式或鳍片连接成一体。
本发明当集热器为两个以上时，这些集热器的直径、高度、吸热管数量、吸热管管径规格各不相同。
本发明同一集热器的正面和反面对应的半圆环形区域的半径不同。
本发明所述的集热器的整体外形为半圆形。
本发明所述的外玻璃罩为空心的半圆形结构。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
（1）吸热管排列成半圆形，这样就不构成封闭结构，吸热管周向均为向光面，周向太阳热流分布均匀，周向温度基本一致；
（2）集热器的正面和反面对应不同定日镜场半圆环形区域，有效降低定日镜场跟踪控制系统难度；
（3）各集热器分别对应不同定日镜场半圆环形区域，进一步降低定日镜场跟踪控制系统难度。
（4）集热器外部包裹有外玻璃罩，且外玻璃罩内部为真空，可有效减少吸热管对流散热损失，提高集热器的温度和效率。
附图说明
图1是本发明实施例的集热器在集热塔的高度方向上依次布置的结构示意图。
图2是本发明实施例的集热器的结构示意图。
图3是本发明实施例同一集热器的正面和反面分别对应一个半圆环形区域的结构示意图。
图4是本发明实施例集热器串联在一起的结构示意图。
图5是本发明实施例三个不同集热器分别对应三个半圆环形区域的结构示意图。
图6是图5中某个集热器出现故障时，定日镜场进行调整后的结构示意图。。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见附图1-图6，本发明实施例包括集热器1、定日镜场、外玻璃罩3和旁路集箱5。
集热器1安装在集热塔上，包括吸热管组，吸热管组由吸热管2组成，吸热管2之间通过密排方式或鳍片4连接成一体，鳍片4对吸热管2起到传热作用，可以促进集热器内不同吸热管2相互传热，降低整个集热器内不同吸热管2的温度差，进一步提高集热器的安全性。集热器1中的吸热管2排列成半圆形，且集热器1的整体外形为半圆形，如此集热器中的吸热管2整个圆周面均有太阳直射光，吸热管2周向太阳热流辐射密度分布均匀，周向温度基本一致，集热器的安全性和经济性大大提高。
外玻璃罩3为空心的半圆形结构，内部为真空；外玻璃罩3包裹住集热器1。外玻璃罩3利用真空管热损失小的原理，大大减少了集热器1的辐射和对流散热损失，进一步提高集热器1的温度和热效率。
集热器1为至少一个。当集热器1为两个以上时，这些集热器1在集热塔的高度方向上依次布置，且这些集热器1的直径、高度、吸热管数量、吸热管管径规格等特性各不相同，通过优化集热器直径、集热器高度、集热器高差、集热器内的吸热管数量、管径规格等方法，合理分配各集热器能量分配比率，使得吸热管2周向热流密度更加均匀，周向温度基本一致，进一步降低吸热管2的热应力。本实施例中，集热器1为三个。
当集热器1为两个以上时，这些集热器1通过主路管路串联在一起，在主路管路上安装有主路关断阀7。每个集热器1均通过旁路管路并联有一个旁路集箱5，并在旁路管路安装有旁路关断阀6。当集热器1串联运行时，某个集热器1出现故障，传热工质切换至旁路系统，通过旁路集箱5进入下一个集热器1，保证太阳能热发电系统的持续性和安全性。
定日镜场分为至少两个半圆环形区域。每个集热器1对应两个半圆环形区域，即每个集热器1由两个半圆环形区域分别控制，且不同的集热器1对应的半圆环形区域不同，即集热器1之间不存在公用的半圆环形区域。同一集热器1的正面和反面分别对应一个半圆环形区域，即同一集热器1的正面和反面之间不存在公用的半圆环形区域；同一集热器1的正面和反面对应的半圆环形区域的半径可以不同；集热器1的正面和集热器1的反面对应的半圆环形区域的镜场反射的太阳能设置为基本相同，如此集热器1中吸热管的正面和集热器吸热管的反面热流密度基本相同，周向热流密度不均匀较低。如此使得整个定日镜场的跟踪控制系统难度大大降低。根据吸热管2内传热工质的受热特性，计算各集热器1所需的能量分配比率，通过调整同一集热器1正面和反面对应的半圆环形区域大小，以及不同集热器1对应的半圆环形区域大小，合理分配各集热器1接受的太阳辐射热量，使得吸热管2周向热流密度更加均匀，有效降低吸热管2的热应力；具体的，集热器1由低到高，对应的半圆环形区域由内向外，因为如果低的集热器1对应远的半圆环形区域，则这些半圆环形区域定日镜反射的太阳能余弦损失会很大，定日镜场效率较低。进一步的，集热器1整体温度不是太高，有效降低集热器1的辐射散热损失，提高集热器的整体热效率。
如果某个集热器1出现故障，该出现故障的集热器1对应的定日镜场区域，可分配到位于该集热器1上、下的集热器1中，保证整个定日镜场反射太阳光能的充分利用。如图5和图6所示，当本实施例的三个集热器1正常工作时，定日镜场分为六个半圆环形区域，三个集热器1的正面和反面分别对应半圆环形区域11、半圆环形区域12、半圆环形区域21、半圆环形区域22、半圆环形区域31、半圆环形区域32；当某个集热器1出现故障时，定日镜场进行调整后分为四个半圆环形区域，正常的两个集热器1的正面和反面分别对应半圆环形区域11’、半圆环形区域12’、半圆环形区域31’、半圆环形区域32’。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于半圆形集热器的塔式太阳能热发电系统，包括集热器和定日镜场；集热器安装在集热塔上，包括吸热管组，吸热管组由吸热管组成；其特征在于：所述的集热器中的吸热管排列成半圆形；当集热器为两个以上时，这些集热器在集热塔的高度方向上依次布置，且这些集热器通过主路管路串联在一起，在主路管路上安装有主路关断阀，每个集热器均通过旁路管路并联有一个旁路集箱，并在旁路管路安装有旁路关断阀；所述的定日镜场分为至少两个半圆环形区域，同一集热器的正面和反面分别对应一个半圆环形区域,不同的集热器对应的半圆环形区域不同；还包括外玻璃罩，外玻璃罩内部为真空，外玻璃罩包裹住集热器。
2.根据权利要求1所述的基于半圆形集热器的塔式太阳能热发电系统，其特征在于：所述的吸热管之间通过密排方式或鳍片连接成一体。
3.根据权利要求1所述的基于半圆形集热器的塔式太阳能热发电系统，其特征在于：当集热器为两个以上时，这些集热器的直径、高度、吸热管数量、吸热管管径规格各不相同。
4.根据权利要求1所述的基于半圆形集热器的塔式太阳能热发电系统，其特征在于：同一集热器的正面和反面对应的半圆环形区域的半径不同。
5.根据权利要求1所述的基于半圆形集热器的塔式太阳能热发电系统，其特征在于：所述的集热器的整体外形为半圆形。
6.根据权利要求1所述的基于半圆形集热器的塔式太阳能热发电系统，其特征在于：所述的外玻璃罩为空心的半圆形结构。
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