CN110375442A - 一种高温太阳能腔式热管中心接收器 - Google Patents

一种高温太阳能腔式热管中心接收器 Download PDF

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李珂珂
蒋川
李国帅
郭昕
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Abstract

本发明公开了一种高温太阳能腔式热管中心接收器，包括高温热管，所述的高温热管分为两段，上段为放热段，下段为吸热段，所述的高温热管放置在吸热腔内，所述的放热段插入流体管内，该流体管固定在吸热腔上部，放热段与流体管组成工作流体通道，所述吸热腔的外壁上设有采光口。本发明采用高温热管作为传热元件，具有导热性好、等温性好、体积小的优点，热管两端封闭，每根高温热管工作相对独立，即使某处由于接收到的热流密度过高而出现过热点，甚至出现热管泄漏失效，并不会给其他热管的工作带来影响，这就很好地保证了接收器的可靠性，可长期运行于高热流密度或者热流。

Description

一种高温太阳能腔式热管中心接收器
技术领域
本发明涉及一种太阳能热发电设备，尤其涉及一种高温太阳能腔式热管中心接收器。
背景技术
塔式太阳能热发电是配有跟踪系统的定日镜将太阳光聚焦到位于塔顶的接收器上，将聚集的太阳能辐射转化为热能传递给传热介质(水、导热油、盐或空气等)，传热介质进入热交换器产生蒸汽，驱动汽轮轨组进行发电。塔式太阳能热发电技术由于具有聚光倍数高、能量集中过程简便、热转化效率高等优点，多用于大规模太阳能电站。
接收器是塔式太阳能发电系统光热转换的核心部件，它将定日镜捕捉、反射、聚焦的太阳能转换为可以高效利用的高温热能，同时加热管内工质，驱动发电机发电。接收器按照结构不同可分为外露式吸收器和腔式接收器。外露式接收器360°受光，可适用于多种规模和型式的镜场，但由于吸热管暴露在外，其热损失较大。腔式接收器将吸热管包裹在腔体内部，对流和辐射损失都比较低，由于腔体的黑体效应，经聚光器聚焦后的太阳辐射从腔口进入，均匀发散至吸热管表面被吸收或经过多次反射后被吸收，可以最大程度的减少热损失。腔式接收器具有光热效率高、结构简单和成本低的优点，可用于大规模太阳能电站。
在本发明之前，现有文献公开了第一代、第二代高温热管接收器。但是，第一代高温热管接收器为单体热管式，整个接收器只包含一个高温热管，高温热管的蒸发段做成一个大吸热面，这就存在一旦接收器吸热面出现过热点而泄漏，整个接收器立即失效的可靠性问题；与第一代热管接收器相比，第二代高温热管接收器的运行安全性有所增加，但在效率和性能上没有明显的提高。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种可靠性较好的高温太阳能腔式热管中心接收器。
技术方案：本发明包括高温热管，所述的高温热管分为两段，上段为放热段，下段为吸热段，所述的高温热管放置在吸热腔内，所述的放热段插入流体管内，该流体管固定在吸热腔上部，放热段与流体管组成工作流体通道，所述吸热腔的外壁上设有采光口。
所述的放热段管壁上加装有肋片，用于扩展表面，加强换热，提高了热量利用率。
所述吸热段的管壁表面涂有耐高温选择性吸收涂层，以提高高温热管的吸热效率。
所述吸热腔的外表面加装有保温层和铝合金外壳，为最大程度减少热损失。
所述的高温热管两端封闭，保持管内真空，避免空气中的杂质对热管内介质的蒸发冷凝产生不良影响。
所述高温热管的管壁材质为耐热合金钢。
所述高温热管的管内工质为金属钠、钾。
所述的流体管两侧分别设有流体入口和流体出口。
工作原理：在高温热管管内工质侧，被一定数量的定日镜聚光后的太阳光入射到高温热管的吸热段，管内的液态工质温度升高，受热蒸发，将热量携带至高温热管的放热段，在此处，管内工质蒸汽与流体管管道内的传热工质进行换热，蒸汽放热冷凝，变成液态，液态工质依靠重力的作用回流至吸热段。在太阳能电站传热工质侧，传热工质从流体管入口进入，吸收高温热管放热段放出的热量，将蒸汽冷凝为液态，同时传热工质被加热温度升高，直至被加热到预定参数，从流体管出口流出，进入下一个系统。
有益效果：本发明具有以下优点：
(1)本发明采用高温热管作为传热元件，热管内部主要靠工质的汽液相变传热，热阻很小，因此具有极高的传热效率，高温热管放热段加装有肋片等拓展表面，加强了换热，提高了热量利用率；
(2)本发明采用高温热管作为传热元件，热管内腔的蒸汽处于饱和状态，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，故温降很小，因此接收器内温度分布更为均匀，改善了接收器吸热管因局部温度过高造成的局部热斑烧毁、传热流体性能劣化，温度梯度过大造成的热应力热变形的问题；
(3)本发明采用的高温热管为两端封闭式，每根高温热管的工作相对独立，这样即使某处由于接收到的热流密度过高而出现过热点，甚至出现热管泄漏失效，并不会给其他热管的工作带来影响，这就很好地保证了接收器的可靠性，可长期运行于高热流密度或者热流；
(4)本发明采用的高温热管工作相对独立，可根据太阳能热电站容量自由调整接收器内高温热管的数量，进而调整接收器的热功率，使接收器更好的适应电站特性。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是图1的A-A剖面图；
图3是图2的B-B剖视图；
图4是本发明的高温热管与流体管连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，本发明包括高温热管1，高温热管1采用圆柱形长管，其两端封闭，从而保持管内真空，避免空气中的杂质对热管内介质的蒸发冷凝产生不良影响。每根高温热管1工作相对独立，可根据太阳能热电站容量自由调整接收器内高温热管1的数量，进而调整接收器的热功率，使接收器更好的适应电站特性。高温热管1分为上下两段，上段为放热段，下段为吸热段，如图4所示，放热段插入流体管6内，吸热段管壁表面涂有耐高温选择性吸收涂层7，选择性涂层的吸收光谱与太阳发射光谱相匹配，它能极大地提高高温热管1的吸热效率和利用效率。高温热管1沿吸热腔内壁竖直放置，可通过刚性支撑，比如支架等方式固定在吸热腔内部。放热段与流体管6组成工作流体通道，流体管6同样可通过刚性支撑，比如支架等方式固定在吸热腔上部。吸热腔采用圆柱形结构，圆柱形的正前方设有加装有透明石英玻璃的矩形采光口5，如图1所示。
高温热管1的管壁材料为耐热合金钢，管内工质可为金属钠、钾。高温热管1的放热段可加装肋片2等扩展表面，加强了换热，提高了热量利用率，如图2和图3所示。为最大程度减少热损失，本例实施的高温热管中心接收器外表面加装有保温层3以及铝合金外壳4。流体管6的右侧设有流体入口8，左侧设有流体出口9。
在高温热管1管内工质侧，被一定数量的定日镜聚光后的太阳光入射到高温热管1的吸热段，管内的液态工质温度升高，受热蒸发，将热量携带至高温热管1的放热段，在此处，管内工质蒸汽与流体管6管道内的传热工质进行换热，蒸汽放热冷凝，变成液态，液态工质依靠重力的作用回流至吸热段，完成一个循环。在太阳能电站传热工质侧，传热工质从流体管6的流体入口8进入，吸收高温热管1放热段放出的热量，将蒸汽冷凝为液态，传热工质被加热温度升高，直至被加热到预定参数，从流体管6的流体出口9流出，进入下一个系统。

Claims (8)

1.一种高温太阳能腔式热管中心接收器，包括高温热管，所述的高温热管分为两段，上段为放热段，下段为吸热段，其特征在于，所述的高温热管放置在吸热腔内，所述的放热段插入流体管内，该流体管固定在吸热腔上部，放热段与流体管组成工作流体通道，所述吸热腔的外壁上设有采光口。
2.根据权利要求1所述的一种高温太阳能腔式热管中心接收器，其特征在于，所述的放热段管壁上加装有肋片。
3.根据权利要求1所述的一种高温太阳能腔式热管中心接收器，其特征在于，所述吸热段的管壁表面涂有耐高温选择性吸收涂层。
4.根据权利要求1所述的一种高温太阳能腔式热管中心接收器，其特征在于，所述吸热腔的外表面加装有保温层和铝合金外壳。
5.根据权利要求1所述的一种高温太阳能腔式热管中心接收器，其特征在于，所述的高温热管两端封闭。
6.根据权利要求1所述的一种高温太阳能腔式热管中心接收器，其特征在于，所述高温热管的管壁材质为耐热合金钢。
7.根据权利要求1所述的一种高温太阳能腔式热管中心接收器，其特征在于，所述高温热管的管内工质为金属钠、钾。
8.根据权利要求1所述的一种高温太阳能腔式热管中心接收器，其特征在于，所述的流体管两侧分别设有流体入口和流体出口。
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