CN111578542B - 非平面塔式太阳能吸热屏及吸热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了非平面塔式太阳能吸热屏，包括上集箱、下集箱、通过连接管与上/下集箱连通的吸热管、包覆在上/下集箱外周的集箱保温元件及设置在吸热管背光面的吸热管保温元件，所述吸热管分为两段，上段为直管，下段为弧形管，所述吸热管成排紧密布置，每一根吸热管的弧形管曲率相同，所述吸热管向外弯曲侧为受光面；所述集箱保温元件，为围绕于上/下集箱的四周的多层壳体，由外到内分别为外壳、隔热层、密封层和壁挂式电热辐射板，所述吸热管保温元件为多层结构，由内到外依次为金属板、加热电缆和保温层。该吸热屏下部呈曲面，避免了防护装置对吸热屏下部的遮挡，增大受光面比例，弧形的设计可以缓解吸热管由于受热在竖直方向上的膨胀。
Description
技术领域
本发明涉及塔式太阳能吸热器设计技术领域，特别涉及非平面塔式太阳能吸热屏及吸热器。
背景技术
太阳能作为一种可再生能源，具有储量无限性、存在普遍性、使用清洁性和利用经济型等诸多优点：太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023 kw，一年内到达地球表面的太阳能总量折合成标准煤约为1.892×1013千亿t，是目前世界主要能源探明储量的一万倍。目前，太阳能利用的方式主要包括太阳能光伏发电和太阳能光热发电。太阳能光热发电中，根据聚光的形式，可将发电技术分为：塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式四种。
针对塔式太阳能热发电系统，吸热器是整个系统中极其重要的组成部分，它可以将定日镜系统反射来的高能流密度辐射能转化为传热工质的高温热能。吸热器根据结构的不同可以分为管式吸热器和容积式吸热器。其中，管式吸热器又可以分为外露管式吸热器和腔体管式吸热器。
目前，外露塔式太阳能熔盐吸热器的上下两端都会布置防护砖，这是因为在吸热器的上下两端的位置，布置有各个吸热屏的进出口集箱。而吸热器一般布置在200多米的高空，环境条件恶劣，较高的风速会导致巨大的散热损失。为使集箱进出口处不会发生熔盐凝固的现象，需保证集箱进出口在适当的温度范围内，因此在进出口集箱四周需布置保温装置；同时，为了避免定日镜场反射过来的太阳光对保温设备的直接照射，所以在保温元件的外侧加装了一层防护砖。这样的布置虽然可以有效保证进出口集箱的温度，但也使得保温设备的整体体型变大了很多，具体表现为保温设备和防护砖的位置与吸热屏的受光面相比，更加凸出，这会影响到吸热屏的受光效果。
在实际的运行中，尤其是在预热期间，为了使整个吸热器的受光面都可以达到较高的温度，定日镜场反射过来的太阳光会力求照射到吸热屏受光面的每一个部分。但对于吸热屏受光面的下端，由于凸出的保温设备和防护砖会对定日镜场反射过来的太阳光产生一部分的遮挡，所以吸热器受光面的下端无法接收到太阳光，进而达不到理想的温度，有可能会导致熔盐在这里发生凝固的现象，危害到整个塔式太阳能热发电站的安全运行。亟需开发出一种对于吸热屏受光面的下端无遮挡的，可防止吸热器管路中的熔盐凝结造成堵塞、使用寿命更长，安全性更好的吸热器。
发明内容
为克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供了非平面塔式太阳能吸热屏，该吸热屏将下集箱的位置往吸热器的内部移动，下部分吸热屏为外凸曲面，避免了传统吸热屏结构中防护装置对吸热屏下部的遮挡，增大受光面比例，有利于预热时吸热屏受热面达到理想温度；吸热管下部弧形管路的加入，使得吸热屏的受光面积增加，更有利于熔盐在吸热管内的充分换热，同时，弧形的设计可以缓解吸热管由于受热在竖直方向上的膨胀。本申请还提供了非平面塔式太阳能吸热器。
非平面塔式太阳能吸热屏，包括上集箱、下集箱、通过连接管与上/下集箱连通的吸热管、包覆在上/下集箱外周的集箱保温元件及设置在吸热管背光面的吸热管保温元件，所述吸热管分为两段，上段为直管，下段为弧形管，所述吸热管成排紧密布置，每一根吸热管的弧形管曲率相同，所述吸热管向外弯曲侧为受光面；所述集箱保温元件，为围绕于上/下集箱的四周的多层壳体，由外到内分别为外壳、隔热层、密封层和壁挂式电热辐射板，所述吸热管保温元件为多层结构，由内到外依次为金属板、加热电缆和保温层。
与现有技术相比，本申请的非平面塔式太阳能吸热屏具有以下显著进步：
（1）将下集箱的位置往吸热器的内部移动，防止了传统吸热屏结构中防护装置对吸热屏的遮挡，从而使整个吸热屏的受光面都可以接收到定日镜场反射过来的太阳光，有利于预热时吸热屏受热面达到理想温度；
（2）吸热管下部弧形管路的加入，使得吸热屏的受光面积增加，更有利于熔盐在吸热管内的充分换热，同时，弧形的设计可以缓解吸热管由于受热在竖直方向上的膨胀。
作为优化，所述连接管与上/下集箱的连接点沿集箱长度方向呈间隔错位分布；编号为奇数的所述连接点在同一直线，编号为偶数的连接点在同一直线，两直线平行且具有一定距离。
根据该优化方案，相邻的连接点错位分布可防止连接点距离过近，影响集箱强度，给集箱和连接管焊接预留焊枪操作空间；所述连接点呈两行设置便于定位和打孔。
作为优化，所述弧形管分为三段，两端连接处为弧形，中间为直线。
根据该优化方案，两端连接处呈弧形一方面便于安装，一方面可缓冲熔盐流经连接处的阻力，中间为直线受光面更平整均匀，吸热效果好。
作为优化，所述的弧形管上端与所述直管相切，所述弧形管两端相对圆心的圆心角为60-90°，其与下集箱连接管连接处的切线的方向呈向侧下方倾斜。
根据该优化方案，所述弧形管路与吸热管直管和连接管相切连接，有利于减小熔盐在管内的流动阻力。
作为优化，所述吸热管受光面涂有耐高温选择性吸收涂层。
根据该优化方案，在吸热管受热面上涂设耐高温的选择性吸收涂层一方面有助于提高吸热器对太阳辐射的吸收效果，另一方面防止高温对涂层造成破坏。
作为优化，所述集箱保温元件的隔热层和吸热管保温元件的保温层均选用导热系数小于0.12W/(m•K)的硅酸铝保温棉。
根据该优化方案，所述硅酸铝材料导热系数小，散热少，可起到更好的保温效果。
作为优化，所述的壁挂式电热辐射板在集箱保温元件内部沿周向布置，通过金属支架固定于外壳上，其加热方式为红外线辐射加热。
根据该优化方案，所述壁挂式电热辐射板平行于集箱储热保温装置侧面可以更合理的利用集箱储热保温装置内部空间，尽可能增大壁挂式电热辐射板面积，所述壁挂式电热辐射板与集箱相对设置的可以用以加热集箱，与连接管位置相对应设置的可以用以加热连接管，防止熔盐凝结堵塞。
进一步，作为优化，所述的密封层的材料具有防水性，在密封层面向上/下集箱侧的表面上涂有高反射涂层。
根据该优化方案，所述密封层表面的高反射涂层用于反射壁挂式电热辐射板所发出的红外线，增强壁挂式电热辐射板的加热效果。
作为优化，所述的吸热管保温元件的金属板紧邻吸热管背光面布置，其靠近吸热管一侧涂有高反射涂层，所述的加热电缆呈“波浪形”均匀的布置于金属板远离吸热管一侧。
根据该优化方案，所述吸热管保温元件的金属板靠近吸热管一侧涂有高反射涂层可将照入吸热管缝隙中的太阳光反射给吸热管背光侧，增加吸热管的吸热面积，所述加热电缆波浪形布置时对吸热管的加热更均匀。
本申请还提供了非平面塔式太阳能吸热器，采用所述的非平面塔式太阳能吸热屏：多片所述非平面塔式太阳能吸热屏呈环形布置，构成一个类似圆柱形的吸热器，所述非平面塔式太阳能吸热屏上集箱的中心线距离吸热器中心比下集箱中心线距离吸热器中心更远。
与现有技术相比，本申请的非平面塔式太阳能吸热器下集箱相对于上集箱的位置更靠近吸热器圆柱形框架的内部，不会对吸热屏的受光面产生遮挡，可提高吸热器的受热面积，无光照死角，吸热管受热均匀不易堵塞。
附图说明
图1是本发明的非平面塔式太阳能吸热屏的吸热屏主体结构示意图；
图2是本发明的非平面塔式太阳能吸热屏的连接管处的结构示意图；
图3是本发明的非平面塔式太阳能吸热屏的侧向剖视图；
图4是图3虚线框选处的局部放大图；
图5是实施例2中图3虚线框选处的局部放大图。
附图标记说明
11—上集箱；12—下集箱；13—吸热管，131—直管，132—弧形管；14—连接管；15—集箱保温元件，151—外壳，152—隔热层，153—密封层，154—壁挂式电热辐射板，155—金属支架；16—吸热管保温元件， 161—金属平板，162—加热电缆，163—保温层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式（实施例）对本发明专利申请作进一步的说明，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明专利申请，但并不作为对本发明专利申请限制的依据。
实施例1
参见图1、图3，本申请的非平面塔式太阳能吸热屏，包括上集箱11、下集箱12、通过连接管14与上/下集箱连通的吸热管13、包覆在上/下集箱外周的集箱保温元件15及设置在吸热管13背光面的吸热管保温元件16，所述吸热管13分为两段，上段为直管131，下段为弧形管132，所述吸热管13成排紧密布置，每一根吸热管13的弧形管132曲率相同，所述吸热管13向外弯曲侧为受光面；所述集箱保温元件15，为围绕于上/下集箱的四周的多层壳体，由外到内分别为外壳151、隔热层152、密封层153和壁挂式电热辐射板154，所述吸热管保温元件16为多层结构，由内到外依次为金属板161、加热电缆162和保温层163。
参见图2，所述连接管14与上/下集箱的连接点沿集箱长度方向呈间隔错位分布；编号为奇数的所述连接点在同一直线，编号为偶数的连接点在同一直线，两直线平行且具有一定距离。所述连接管14是通过焊接的方式与集箱进行固联，相邻的连接点错位分布可防止连接点距离过近，影响集箱强度，错位分布还有一个优点，即焊接两排连接管时给集箱和连接管焊接预留焊枪操作空间；所述连接点呈两行设置便于定位和打孔。
参见图4，所述的弧形管132为圆弧状，上端与所述直管131相切，下端与下集箱12连接管14连接处的切线的方向呈向侧下方倾斜，所述弧形管132两端相对圆心的圆心角为60-90°。所述弧形管132与吸热管直管131和连接管14相切连接，有利于减小熔盐在管内的流动阻力；同时，弧形的设计可以缓解吸热管13由于受热在竖直方向上的膨胀。
所述吸热管13受光面涂有耐高温选择性吸收涂层。在吸热管13受太阳光照射后升温迅速，温度较高，在受热面上涂设耐高温的选择性吸收涂层，一方面有助于提高吸热器对太阳辐射的吸收效果，另一方面防止高温对涂层造成破坏。
所述集箱保温元件15的隔热层152和吸热管保温元件16的保温层163均选用导热系数小于0.12W/(m•K)的硅酸铝保温棉。所述硅酸铝材料导热系数小，散热少，作为集箱保温元件15的隔热层152和吸热管保温元件16的保温层163的主要材质可起到更好的保温效果。
所述的壁挂式电热辐射板154在集箱保温元件15内部沿周向布置，通过金属支架155固定于外壳151上，其加热方式为红外线辐射加热。所述集箱保温元件15横截面轮廓为环绕集箱、连接管14的多边形结构，所述壁挂式电热辐射板154平行于集箱保温元件15侧面可以更合理的利用集箱保温元件15内部空间，尽可能增大壁挂式电热辐射板154的面积，所述壁挂式电热辐射板154与集箱相对设置的可以用以加热集箱，与连接管14的位置相对应设置的可以用以加热连接管14，防止熔盐凝结堵塞。
所述的密封层153的材料具有防水性，在密封层153面向上/下集箱侧的表面上涂有高反射涂层。所述密封层153表面的高反射涂层用于反射壁挂式电热辐射板154所发出的红外线，可增强壁挂式电热辐射板154的加热效果。
所述的吸热管保温元件16的金属板161紧邻吸热管13背光面布置，其靠近吸热管13一侧涂有高反射涂层，所述的加热电缆162呈“波浪形”均匀的布置于金属板161远离吸热管13一侧。所述吸热管保温元件16的金属板162靠近吸热管13一侧涂有高反射涂层，可将照入吸热管13缝隙中的太阳光反射给吸热管13背光侧，增加吸热管13的吸热面积，所述加热电缆162波浪形布置时对吸热管13的加热更均匀。
本申请还提供了非平面塔式太阳能吸热器，所述非平面塔式太阳能吸热器采用上述非平面塔式太阳能吸热屏，多片所述非平面塔式太阳能吸热屏呈环形布置，构成一个类似圆柱形的吸热器，所述非平面塔式太阳能吸热屏上集箱的中心线距离吸热器中心比下集箱中心线距离吸热器中心更远。本申请的非平面塔式太阳能吸热器下集箱12相对于上集箱11的位置更靠近吸热器圆柱形框架的内部，不会对吸热屏的受光面产生遮挡，可提高吸热器的受热面积，无光照死角，吸热管13受热均匀不易堵塞。
实施例2
参见图5，与实施例1的不同之处在于：所述弧形管132分为三段，两端连接处为弧形，中间为直线。两端连接处呈弧形一方面便于安装，一方面可缓冲熔盐流经连接处的阻力，中间为直线受光面更平整均匀，吸热效果好。
总的来说，本申请将下集箱12的位置往吸热器的内部移动，即吸热器底部为漏斗形，防止了传统吸热屏结构中防护装置对吸热屏的遮挡，从而使整个吸热屏的受光面都可以接收到定日镜场反射过来的太阳光，有利于预热时吸热屏受热面达到理想温度；吸热管13下部弧形管132的加入，使得吸热屏的受光面积增加，更有利于熔盐在吸热管13内的充分换热，同时，弧形的设计可以缓解吸热管由于受热在竖直方向上的膨胀。
本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (9)
1.非平面塔式太阳能吸热屏，包括上集箱(11)、下集箱(12)、通过连接管(14)与上/下集箱连通的吸热管(13)、包覆在上/下集箱外周的集箱保温元件(15)及设置在吸热管(13)背光面的吸热管保温元件(16)，其特征在于：
所述吸热管(13)分为两段，上段为直管(131)，下段为弧形管(132)，所述吸热管(13)成排紧密布置，所述吸热管(13)向外弯折侧为受光面；所述集箱保温元件(15)，为围绕于上/下集箱的四周的多层壳体，由外到内分别为外壳(151)、隔热层(152)、密封层(153)和壁挂式电热辐射板(154)，所述吸热管保温元件(16)为多层结构，由内到外依次为金属板(161)、加热电缆(162)和保温层(163)，
所述的弧形管(132)为圆弧状，上端与所述直管(131)相切，下端与下集箱(12)连接管(14)连接处的切线的方向呈向侧下方倾斜，所述弧形管(132)两端相对圆心的圆心角为60-90°。
2.如权利要求1所述的非平面塔式太阳能吸热屏，其特征在于：
所述连接管(14)与上/下集箱的连接点沿集箱长度方向呈间隔错位分布；编号为奇数的所述连接点在同一直线，编号为偶数的连接点在同一直线，两直线平行且具有一定距离。
3.如权利要求1所述的非平面塔式太阳能吸热屏，其特征在于：
所述弧形管(132)分为三段，两端连接处为弧形，中间为直线。
4.如权利要求1所述的非平面塔式太阳能吸热屏，其特征在于：
所述吸热管(13)受光面涂有耐高温选择性吸收涂层。
5.如权利要求1所述的非平面塔式太阳能吸热屏，其特征在于：
所述集箱保温元件(15)的隔热层(152)和吸热管保温元件(16)的保温层(163)均选用导热系数小于0.12W/(m·K)的硅酸铝保温棉。
6.如权利要求1所述的非平面塔式太阳能吸热屏，其特征在于：
所述的壁挂式电热辐射板(154)在集箱保温元件(15)内部沿周向布置，通过金属支架(155)固定于外壳(151)上，其加热方式为红外线辐射加热。
7.如权利要求1所述的非平面塔式太阳能吸热屏，其特征在于：
所述的密封层(153)的材料具有防水性，在密封层(153)面向上/下集箱侧的表面上涂有高反射涂层。
8.如权利要求1所述的非平面塔式太阳能吸热屏，其特征在于：
所述的吸热管保温元件(16)的金属板(161)紧邻吸热管(13)背光面布置，其靠近吸热管(13)一侧涂有高反射涂层，所述的加热电缆(162)呈“波浪形”均匀的布置于金属板(161)远离吸热管(13)一侧。
9.非平面塔式太阳能吸热器，其特征在于
采用如权利要求1-8任一权利要求所述的非平面塔式太阳能吸热屏：多片所述非平面塔式太阳能吸热屏呈环形布置，构成一个类似圆柱形的吸热器，所述非平面塔式太阳能吸热屏上集箱的中心线距离吸热器中心比下集箱中心线距离吸热器中心更远。
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