CN1821679A - 空腔式太阳能接收器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能塔式热发电装置使用的空腔式太阳能接收器，属于太阳能热利用技术领域。该接收器包括内凹状的吸热腔、设置于吸热腔上接收入射太阳光的内凹玻璃窗口，以及连通于吸热腔的工作流体进口管和工作流体出口管，所述吸热腔设有围绕所述玻璃窗口的环腔，所述的工作流体进口管末端与所述环腔连通，所述环腔临近玻璃窗口的表面固定有按预定规律排布的针管，所述针管连通环腔和吸热腔。当工作流体从进口管通过针管进入吸热腔时，冷态流体可以直接吹“凉”被辐射的玻璃窗口，从而将表面热量带走，只要针管的布排密度和方向合理，即可对玻璃窗口起到均匀冷却的作用，避免局部过热，保证长久安全工作。

Description

空腔式太阳能接收器

技术领域

本发明涉及一种太阳能接收器，特别是一种适合太阳能塔式热发电装置使用的空腔式太阳能接收器，属于太阳能热利用技术领域。

背景技术

太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，在能源形势如此严峻的今天，开发利用太阳能是实现能源供应多元化和保证能源供应安全的重要途径之一。

在诸多的太阳能利用中，塔式热发电装置无疑是具有巨大竞争力的技术装置，发达国家的试验研究证明太阳能热发电是适应于大规模工业化应用的有效途径，因此大力发展太阳能热发电不仅可以为我们提供理想的清洁能源，也能开拓一个新兴产业群，并完全有可能给紧张的能源问题带来革命性的解决方案。其基本原理是利用众多的定目镜，将太阳热辐射反射到置于高塔顶部的太阳能接收器上，借助加热工质产生过热蒸汽或高温空气，驱动汽轮机组或燃气轮机机组发电，从而将太阳能转换为电能。

高温太阳能接收器是塔式热发电系统的核心部件。各国围绕这项技术进行了有益的研究，主要集中在西班牙、以色列、美国等国家。高温太阳能接收器大致分为两种形式：外部受光型和空腔型。前者与后者相比，显然其热损失较大，后者的特点是无需太阳能高温选择性吸收涂层。对于空腔型接收器，目前的发展趋势是：工质温度参数越来越高，这样更适合于现代高温度参数的燃气轮机发电循环。

经过检索，典型的空腔型接收器技术方案可以归纳如下：现有技术方案大部分采用石英玻璃罩状构件作为透过阳光的窗口材料，在美国专利5421322、6516794、5323764中均有详细描述。其次，依据传热原理，将工作流体的通道设计成各种结构，其原则是最大限度的减小阻力，工作流体均化，热损失最大限度的降低，减少局部过热以及热胀冷缩引起的应力等。以上现有技术的明显缺陷如下：(1)采用石英玻璃罩状构件作为透过阳光的窗口材料，由于直接与高温高压工作流体接触，虽然在流体的流态设计时提供了让冷态工作流体从玻璃罩表面流动的可能，但是实际上，流体的真实流动情况要比设计和预想的复杂的多，无法完全达到预先设想的结果，所以会造成玻璃罩局部温度比较高，容易导致开裂、破碎；(2)更进一步不足之处是，接收器均只有吸热功能，需要由不属于接收器的蓄热装置来完成蓄热功能，以便在太阳光不足条件下发挥作用。

发明内容

针对以上现状，本发明的要解决的首要技术问题在于：提供一种空腔式太阳能接收器，该接收器能够有效降低玻璃窗口的温度，从而防止局部过热的发生，保证玻璃窗口安全长久的工作。

本发明所要解决的进一步技术问题在于，提供一种空腔式太阳能接收器，该接收器同时具有吸热蓄热功能，从而可以满足短时间内太阳光照不良的蓄热发电要求。

为解决上述首要技术问题，本发明的所采用的技术方案为：一种空腔式太阳能接收器，包括内凹状的吸热腔、设置于吸热腔上接收入射太阳光的内凹玻璃窗口，以及连通于吸热腔的工作流体进口管和工作流体出口管，所述吸热腔设有围绕所述玻璃窗口的环腔，所述的工作流体进口管末端与所述环腔连通，所述环腔临近玻璃窗口的表面固定有按预定规律排布的针管，所述针管连通环腔和吸热腔。

由于玻璃窗口面对连通吸热腔的多排针管，当工作流体从进口管通过针管进入吸热腔时，冷态流体可以直接吹“凉”被辐射的玻璃窗口，从而将表面热量带走，只要针管的布排密度和方向合理，即可对玻璃窗口起到均匀冷却的作用，避免局部过热，保证长久安全工作。此外，为了进一步确保环腔壳体温度不致过高，其外壁可以安装有水冷却环管。

在本发明中，为解决上述进一步的技术问题，即为防止吸热腔内的热量散失，在该吸热腔外可包覆有保温层。该保温层与吸热腔之间还可加设耐火层，在保温层外可以包覆外壳，工作流体进口管位于吸热腔外包覆的保温层或耐火层中。这样，一方面，可以充分利用蕴藏在保温层和/或耐火层中的辐射能量预热进口管内的冷态工作流体，然后使其送入吸热腔内，达到综合利用的效果；另一方面，进口管内的冷态流体对保温层材料和/或耐火材料也可起到冷却作用，可延长其使用寿命。

以上技术方案的进一步完善是吸热腔后方还可设有蓄热腔，该蓄热腔设有连通于所述吸热腔的流体入口和连通于工作流体出口管的流体出口，所述工作流体出口管通过该流体出口和入口连通于所述吸热腔，该蓄热腔内充填有高热容量的蓄热物质。这样，吸热腔内的部分热量可以通过高热容量的蓄热物质积蓄在蓄热腔内，当短时间内太阳光照不良时，可以直接利用蓄热腔内积蓄的热量满足蓄热发电的需求，从而使本发明的空腔式太阳能接收器集吸热、蓄热功能于一体，效率更高，实用性更强。

上述蓄热腔内填充的蓄热物质可以为球状、管状或块状等。吸热腔与玻璃窗口相对的部分可由吸热体围成，该吸热体为耐高温金属或陶瓷罩状构件。该吸热体表面开有若干小孔，这些小孔处向吸热腔内伸出管状吸收体，管状吸收体的管口构成所述的蓄热腔上的流体入口。本发明的太阳能接收器整体可呈对称式布置。

总之，本发明的空腔式太阳能接收器结构合理，玻璃窗口处在温度较低区域，并且均匀受热；工作流体流动路径合理，流态稳定，热损失小，效率高，实用性比较强。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的空腔式太阳能接收器如图1所示，包括凹陷状的吸热腔1、设置于吸热腔1上接收入射太阳光的内凹玻璃窗口2，以及连通于吸热腔1的工作流体进口管3和工作流体出口管4。工作流体进口管3末端与围绕玻璃窗口2周边布置的环腔5连通。环腔5通过多排沿玻璃窗口2周边排列的针管61、62、63、64连通于吸热腔1。这样，由于玻璃窗口2正对连通于吸热腔1的、沿玻璃窗口2周边排列的多排针管61、62、63、64，从工作流体进口管3送进针管内的冷态流体可以直接吹“凉”被辐射的玻璃窗口2，将表面热量带走；由于针管61、62、63、64的布排密度和倾斜方向经过精心设计，保证玻璃窗口2受到均匀的冷却作用，避免玻璃窗口2因局部高温而引起的软化、开裂、破碎，提高了玻璃窗口2的使用寿命。本实施例工作流体采用空气。

如图1所示，为防止所述吸热腔1内的热量散失，于该吸热腔1外可包覆有保温层7。该保温层7与吸热腔1之间还可设有耐火层8，于所述保温层7外包覆有外壳9，所述工作流体进口管3布置于吸热腔1外包覆的保温层7和耐火层8中(容易理解，具体实施时可以有单独位于保温层中、单独位于耐火层、以及穿越保温层和耐火层，以及夹在两层之间等各种结构变化)。这样，本发明充分利用蕴藏在保温层7和/或耐火层8中的辐射能量，来预热进口管3内的冷态工作流体，然后送入吸热腔1内，达到综合利用的效果；反之，进口管3内的冷态流体对保温层7材料和/或耐火层8材料也可起到冷却作用，可延长有关材料的使用寿命。

在本实施例中，如图1所示，吸热腔1后方还可进一步设有蓄热腔10，该蓄热腔10设有连通于吸热腔1的流体入口11和连通于工作流体出口管4的流体出口12，工作流体出口管4通过该流体出口12和入口11连通于所述吸热腔1，该蓄热腔10内充填有高热容量的球状蓄热物质13。这样，吸热腔1内的部分热量可以通过高热容量的蓄热物质13积蓄在蓄热腔10内，在短时间太阳光照不良的情况下，直接可以通过该蓄热腔10内积蓄的热量来满足蓄热发电要求，从而使本发明的空腔式太阳能接收器集吸热、蓄热功能于一体，效率高，实用性强。

在本实施例中，太阳能接收器整体呈对称式布置，如图1所示，吸热腔1与玻璃窗口2相对的部分可由吸热体14围成，该吸热体14为耐高温金属或陶瓷罩状构件。蓄热腔10可由罩状吸热体14和耐火层8的壁面形成。该吸热体14表面可开有若干供流体流向蓄热腔10的小孔，于该些小孔处向吸热腔1内伸出管状吸收体15，该些管状吸收体15的管口构成所述的蓄热腔10上的流体入口11。该些众多管状吸收体15构成吸收体阵列，不仅增大了吸热面积，而且使得工作流体的流动方向与管状吸收体15相交，热交换更充分。

工作时，工作流体的流动过程为：首先通过压气泵泵入冷态流体进入工作流体进口管3，此过程中由于耐火层8和保温层7的辐射效应，进口管3内的工作流体可得到初步的预热作用，温度略有升高；然后工作流体流入玻璃窗口2周边安装的环腔5，并通过与环腔5连通的针管61、62、63、64喷出，喷出的高压流体吹“凉”玻璃窗口2表面，迅速带走表面热量，工作流体进入到吸热腔1内，由于吸热体14的吸热作用，工作流体的温度迅速升高，通过管状吸收体15进入蓄热腔10内，经过蓄热腔10的流体出口12后，最终成为高温高压工作流体由出口管4输出。

实验证明，本实施例空腔式太阳能接收器的玻璃窗口温度较低，受热均匀，工作流体流动路径合理，流态稳定，热损失小，效率高，因此实用性强，可以推广应用。

除以上实施例外，本发明还有其他多种实施方式，凡是本领域技术人员在本发明基础上所做的等同替换或类似组合变换均属于本专利保护范围。

Claims (10)

1、一种空腔式太阳能接收器，包括内凹状的吸热腔、设置于吸热腔上接收入射太阳光的内凹玻璃窗口，以及连通于吸热腔的工作流体进口管和工作流体出口管，其特征在于：所述吸热腔设有围绕所述玻璃窗口的环腔，所述的工作流体进口管末端与所述环腔连通，所述环腔临近玻璃窗口的表面固定有按预定规律排布的针管，所述针管连通环腔和吸热腔。

2、如权利要求1所述的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述吸热腔外包覆有保温层。

3、如权利要求2所述的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述吸热腔后方设有蓄热腔，所述蓄热腔设有连通于所述吸热腔的流体入口和连通于工作流体出口管的流体出口，所述的工作流体出口管通过流体出口和入口连通于所述吸热腔，所述蓄热腔内充填有高热容量的蓄热物质。

4、如权利要求3所述的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述环腔外壁安装有水冷却环管。

5、如权利要求3所述的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述的保温层与吸热腔之间设有耐火层，所述保温层外包覆有外壳。

6、如权利要求5所述的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述工作流体进口管位于吸热腔外包覆的保温层或耐火层中。

7、如权利要求6所述的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述蓄热腔内填充的蓄热物质为球状、管状或块状。

8、如权利要求6所述的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述吸热腔与玻璃窗口相对的部分由吸热体围成，所述吸热体为耐高温金属或陶瓷罩状构件。

9、如权利要求8所述的空腔式太阳能接收器，其特征在于：所述吸热体表面开有小孔，所述小孔处向吸热腔内伸出管状吸收体，所述管状吸收体的管口构成蓄热腔上的流体入口。

10、如权利要求1至9任一所述的空腔式太阳能接收器，其特征在于：整体呈对称式布置。