專利名稱：一種塔式太陽能熱發(fā)電用板式吸熱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種塔式太陽能熱發(fā)電用高溫吸熱器，尤其涉及一種板式吸熱器。
背景技術：
太陽能聚光熱發(fā)電技術一般包括槽式、菲涅耳式、塔式和碟式技術，其中塔式技術由于可以實現(xiàn)較高的吸熱溫度繼而產(chǎn)生較高的運行參數(shù)，電站的總體效率較高。塔式太陽能熱發(fā)電中目前使用的吸熱器按照工質區(qū)分主要有水/水蒸汽、導熱油、熔融鹽、空氣及液態(tài)金屬等。其中水/水蒸汽吸熱器結構類似于電站燃煤鍋爐，通常由水冷壁、過熱器和再熱器等組成，主要由不銹鋼列管排列組成，過冷水在吸熱器內被加熱到飽和蒸汽或過熱蒸汽狀態(tài)。使用導熱油或熔融鹽的吸熱器內不存在吸熱工質的相變過程，其吸熱器也主要是利用鍋爐換熱原理，吸熱工質通過接收太陽聚光輻射不銹鋼列管被從低溫加熱到高溫，如美國公開專利US6701711，US5862800提到的熔融鹽吸熱器。此種由不銹鋼列管排列組成的吸熱器設備結構復雜，成本較高，對于抗腐蝕性及運行的溫度范圍有著嚴格的要求，導致系統(tǒng)控制十分復雜，這會嚴重影響吸熱器的安全穩(wěn)定運行。此外，塔式吸熱器分布在采光口內的聚光太陽輻射近似高斯分布中心最高，然后向四周逐漸降低。這也導致了不銹鋼列管的溫度分布嚴重不均勻，使得不銹鋼列管面臨因多次起停帶來的蠕動疲勞失效。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于克服上述現(xiàn)有塔式太陽能熱發(fā)電吸熱器的缺點，提供一種結構簡單、成本較低、疲勞失效風險低的塔式太陽能熱發(fā)電用板式吸熱器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是本發(fā)明的一種塔式太陽能熱發(fā)電用板式吸熱器，包含一個吸熱板，吸熱板為平板或槽式彎板，還包括至少一個非直接吸收輻射的平板或槽式彎板。所述的吸熱板與非吸收輻射的平板或槽式彎板平行近距離布置，兩者之間形成距離在lmm-200mm范圍內的狹長夾縫，作為吸熱工質的通道。此狹長通道在吸熱工質上游的一端通過一個漸擴的扁平管道與吸熱器的進口管連接；此狹長通道在吸熱工質下游的一端通過一個漸縮的扁平管道與吸熱器的出口管連接。吸熱器工作時，吸熱工質從吸熱器的進口管進入吸熱器，經(jīng)過漸擴扁平管道的流動導向，進入吸熱工質的狹長通道，并在狹長通道內被吸熱板加熱或直接吸收太陽輻射被加熱，然后經(jīng)過吸熱器出口處的漸縮的扁平管道的匯集后從吸熱器的出口管流出， 完成吸熱工質在塔式吸熱器的吸熱過程。所述吸熱板為耐高溫不銹鋼板，吸熱板的吸熱面與聚光太陽輻射垂直，吸熱板在面向太陽輻射一面涂有一層高吸收率涂層，以增加吸熱板吸收太陽輻射的能力，涂層的可見光譜吸收率一般大于90%。所述吸熱器根據(jù)吸熱板布置位置的不同有兩種吸熱方式。當吸熱板直接布置在吸熱器采光口上時，所述的非直接吸收輻射的平板或槽式彎板布置在吸熱板的背部，為不銹鋼平板或槽式彎板，不直接吸收輻射。吸熱工質流經(jīng)狹長通道時通過對流換熱方式被高溫的吸熱板加熱。當吸熱板布置在遠離采光口一側的吸熱器內部時，吸熱板的面向太陽輻射的一側布置一塊平板或槽式彎板耐高溫的透明玻璃板，與吸熱板平行近距離布置，作為吸熱器采光口。聚光太陽輻射透過透明玻璃板后，部分輻射被狹長通道內流動的吸熱工質直接吸收，剩余的輻射被吸熱板吸收。此時吸熱工質流經(jīng)狹長通道時通過兩種方式被加熱直接吸收太陽輻射被加熱，同時被吸熱板通過對流換熱方式加熱。當采取上述第二種布置方式時，吸熱板背部也可以平行近距離布置一塊非直接吸收輻射的平板或槽式彎板，以在吸熱板背部形成狹長通道，此時吸熱工質按照U型方向，先流經(jīng)吸熱板背面的狹長通道被吸熱板預熱，然后折回流經(jīng)吸熱板正面的狹長通道被繼續(xù)加熱。所述狹長通道的橫截面為扁平形狀，如大高寬比的長方形，或者中間寬兩邊窄的月牙形等。采用中間寬兩邊窄的扁平截面，是為了使吸熱流體在流道中能被均勻的加熱。塔式吸熱器分布在采光口內的聚光太陽輻射近似高斯分布中心最高，然后向四周逐漸降低。 這也同時導致了吸熱板在中心位置溫度最高。當采用中間寬兩邊窄的扁平界面時，中心處的吸熱工質流量比兩邊大，可以更有效的吸收中心處較大的太陽輻射帶來的熱量。這既可以保證吸熱流體在吸熱通道內被均勻的加熱，又可以有效的降低吸熱板的溫差，降低熱疲勞風險。所述吸熱板在面向吸熱工質流通的狹長通道的一面可以布置不同類型的擾流元件，比如在吸熱板上焊接一系列條狀擾流單元。所述擾流元件可以在吸熱工質流經(jīng)吸熱通道時引起吸熱工質的紊流擾流，強化吸熱工質與吸熱板的對流換熱，從而增加吸熱工質的吸熱能力。所述吸熱介質為吸熱過程中不發(fā)生相變的純液體，如熔融鹽、高溫導熱油等液體， 或者是液體內部均勻分散金屬或非金屬粉體的不發(fā)生相變的液體，一方面有利于增加對流換熱能力，另外一方面可以在使用透明玻璃板采光口時，增加液體本身的直接吸收輻射能力。綜上所述，本發(fā)明的主要優(yōu)點在于1、所述塔式太陽能板式吸熱器無吸熱列管，避免了吸熱列管熱疲勞引起的吸熱器失效。2、所述塔式太陽能板式吸熱器的主要結構單元是具有直接吸收輻射功能和非直接吸收輻射功能的平板或槽式彎板，結構簡單，材料成本及加工、安裝成本低。基于上述優(yōu)點，本發(fā)明涉及的塔式太陽能板式吸熱器，在中、高溫太陽能熱發(fā)電領域，具有顯著的應用前景。


圖1為本發(fā)明實施例1的吸熱器結構示意圖圖Ia為系統(tǒng)側視圖，圖Ib為系統(tǒng)主視圖，圖Ic為系統(tǒng)A-A截面俯視圖；圖2為本發(fā)明實施例2的吸熱器結構示意圖圖加為系統(tǒng)側視圖，圖2b為系統(tǒng) B-B截面俯視圖；圖3為本發(fā)明實施例2的吸熱器內吸熱板上擾流元件的布置示意圖4為本發(fā)明實施例3的吸熱器結構示意圖圖如為系統(tǒng)側視圖，圖4b為系統(tǒng)主視圖，圖4c為系統(tǒng)C-C截面俯視圖；圖中1帶有吸熱涂層的吸熱板、2吸熱工質流道、3透明玻璃板、4漸縮導流通道、5 吸熱器出口管、6隔熱保溫層、7吸熱器進口管、8漸擴導流通道、9吸熱工質流動方向示意、 10金屬彎板、11擾流單元、12 二次聚光器。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明的塔式太陽能板式吸熱器包含一個吸熱板1，吸熱板1為平板或槽式彎板， 還包括至少一個非直接吸收輻射的平板或槽式彎板。所述的吸熱板1與非吸收輻射的平板或槽式彎板平行近距離布置，兩者之間形成距離在lmm-200mm范圍內的狹長夾縫，作為吸熱工質的通道。此狹長通道2在吸熱工質上游的一端通過一個漸擴的扁平管道8與吸熱器的進口管7連接；此狹長通道2在吸熱工質下游的一端通過一個漸縮的扁平管道4與吸熱器的出口管5連接。吸熱器工作時，吸熱工質從吸熱器的進口管7進入吸熱器，經(jīng)過漸擴扁平管道8的流動導向，進入吸熱工質的狹長通道2，并在狹長通道2內被吸熱板1加熱或直接吸收太陽輻射被加熱，然后經(jīng)過吸熱器出口處的漸縮的扁平管道4的匯集后從吸熱器的出口管5流出，完成吸熱工質在塔式吸熱器的吸熱過程。圖1為本發(fā)明實施例1的塔式太陽能板式吸熱器的結構示意圖。本實施例涉及的吸熱板1布置在吸熱器內部，不銹鋼吸熱板1在面向太陽輻射的表面上涂有高吸收率的涂層，涂層的可見光譜吸收率一般大于90%。本實施例涉及一塊非直接吸收輻射的平板和一塊非直接吸收輻射的彎板。所述的非直接吸收輻射的平板為耐高溫的石英透明玻璃板3，作為采光口 ；所述的一塊非直接吸收輻射的彎板為不銹鋼彎板10。不銹鋼彎板10在吸熱板1 背部的部分為平板，且與透明玻璃板3平行，經(jīng)彎折后和透明玻璃板3密封連接，使得透明玻璃板3與金屬彎板10圍成一個扁平的空間。吸熱板1插入透明玻璃板3與金屬彎板10 圍成的扁平空間，且與透明玻璃板3平行。這樣，如圖Ia和Ic所示，在吸熱板1的前后空間形成了截面為矩形的吸熱工質的U型狹長通道2。狹長通道2在吸熱工質上游的一端通過一個漸擴的扁平導流通道8與吸熱器的進口管7連接，此吸熱工質上游的一端布置在吸熱板1背面。狹長通道2在吸熱工質下游的一端通過一個漸縮的扁平導流通道4與吸熱器出口管5連接。為了降低熱損失，除了采光口處的透明玻璃板3外，吸熱器外部包裹隔熱保溫層6 ο所述的吸熱器工作時，聚光太陽輻射透過透明玻璃板3照射到透明玻璃板3和吸熱板1之間的吸熱工質上，部分聚光太陽輻射會透過吸熱工質照射到吸熱板1上，使得吸熱板1的溫度升高。吸熱工質從吸熱器的進口管7進入吸熱器，經(jīng)過漸擴的扁平導流管道8 的流動導向，首先流過吸熱板1的背部的狹長通道2，并被吸熱板1通過對流換熱的方式加熱。然后吸熱工質經(jīng)過背部的狹長通道2后流過吸熱板1正面的通道，并以直接吸收太陽聚光輻射和與高溫吸熱板1對流換熱相結合的方式被繼續(xù)加熱。被加熱的吸熱工質經(jīng)過出口處的漸縮的扁平管道4的匯集后從吸熱器出口管5流出，完成吸熱工質在塔式吸熱器的吸熱過程。圖2為本發(fā)明實施例2的塔式太陽能板式吸熱器的結構示意圖。實施例2涉及的吸熱板1也布置在吸熱器內部。與實施例1不同的是，本實施例中的吸熱板1為正面噴涂高吸收率涂層的不銹鋼槽式彎板，且與透明玻璃板3密封連接的金屬彎板10在吸熱板1背面的部分也為槽式彎板。這樣，如圖2b所示，吸熱板1插入透明玻璃板3與金屬彎板10形成的扁平空間，所形成的吸熱工質的狹長通道2的橫截面為月牙形。月牙形的狹長通道2 的橫截面如圖2b中的通道4所示，特點是中間部分厚度最大，厚度向兩邊逐漸變窄。因為塔式吸熱器分布在采光口內的聚光太陽輻射近似高斯分布，中心最高，然后向四周逐漸降低，采用中間寬兩邊窄的月牙形的狹長通道時，中心處的吸熱工質流量比兩邊大，可以更有效的吸收中心處較大的太陽輻射帶來的熱量。這既可以保證吸熱工質在吸熱通道內被均勻的加熱，又可以有效的降低吸熱板的溫差，降低熱疲勞風險。此外，如圖2所示，本發(fā)明實施例2的吸熱板1的面向采光口的一側布置了一系列條狀擾流元件。布置所述擾流元件是為了在吸熱工質流經(jīng)吸熱通道時引起吸熱工質的紊流擾流，可以強化吸熱工質與吸熱板的對流換熱，從而增加吸熱工質的吸熱能力。圖3為本發(fā)明實施例2的吸熱板上擾流元件的形狀和布置方式示意圖?？梢钥闯觯?吸熱板上布置了多排擾流單元，每個擾流單元按照一定角度焊接在吸熱面上。在具體布置擾流單元時，需要綜合考慮擾流元件的擾流效果和流體壓力隨之增加帶來的附加泵功。圖4為本發(fā)明實施例3的塔式太陽能板式吸熱器的結構示意圖。本實施例涉及的吸熱板1布置在吸熱器外部。如圖如所示，帶有高吸收率涂層的吸熱板1為不銹鋼平板， 直接布置在采光口上，不銹鋼平板作為吸熱板被聚光太陽輻射直接加熱。為了改善聚光效果，采光口處可以布置二次聚光器12。在吸熱器內部，與吸熱板1密封連接一個非直接吸收輻射的槽式金屬彎板10作為流道壁。如圖如所示，吸熱板1與金屬彎板10之間形成了截面為月牙形的吸熱工質狹長通道2，月牙形通道的最大距離一般小于200mm。如圖如和4b 所示，狹長通道2的上端通過一個漸擴的扁平導流通道8與布置在吸熱器上端的進口管7 連接。狹長通道2的下端通過一個漸縮的扁平導流通道4與布置在吸熱器下端的出口管5 連接。為了強化吸熱工質與吸熱板的對流換熱，在吸熱板1的面向吸熱通道的一側布置了一系列條狀擾流單元11。為了降低熱損失，除了采光口處的吸熱板部分，吸熱器外部包裹保溫層6 ο所述的吸熱器工作時，聚光太陽輻射直接照射到吸熱板1上，將吸熱板1加熱成高溫。吸熱工質從吸熱器上端的吸熱器進口管7進入吸熱器，經(jīng)過漸擴扁平管道8的流動導向，直接向下流過吸熱板1正面的通道2，并以和高溫吸熱板1對流換熱的方式被加熱。被加熱的吸熱工質經(jīng)過出口處的漸縮的扁平管道4的匯集后從吸熱器下端的出口管5流出， 完成吸熱工質在所述吸熱器的吸熱過程。上面結合附圖對本發(fā)明實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
權利要求
1.一種塔式太陽能熱發(fā)電用板式吸熱器，其特征在于，所述的吸熱器包括一個吸熱板 (1)和至少一個平板或槽式彎板；所述的吸熱板(1)直接吸收太陽輻射，所述的平板或槽式彎板非直接吸收太陽輻射；所述的吸熱板(1)和非直接吸收太陽輻射的平板或彎板平行近距離布置，兩者之間形成吸熱工質流通的狹長通道O)；所述的狹長通道( 在吸熱工質的上游的一端通過漸擴的扁平管道(8)與吸熱器的進口管(7)連接；所述的狹長通道(2)在吸熱工質下游的一端通過漸縮的扁平管道(4)與吸熱器的出口管(5)連接；吸熱器工作時， 吸熱工質從吸熱器的進口管(7)進入吸熱器，經(jīng)過漸擴扁平管道(8)的流動導向，進入狹長通道O)，并在狹長通道O)內被吸熱板(1)加熱或直接吸收太陽輻射被加熱，然后經(jīng)過吸熱器出口處的漸縮的扁平管道的匯集后從吸熱器的出口管( 流出，完成吸熱工質在吸熱器的吸熱過程。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種塔式太陽能熱發(fā)電用板式吸熱器，其特征在于，所述的吸熱板(1)與非吸收輻射的平板或槽式彎板之間的距離在lmm-200mm范圍內，所述的吸熱板(1)與非吸收輻射的平板或槽式彎板之間的距離為所述的狹長通道O)的截面寬度。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種塔式太陽能熱發(fā)電用板式吸熱器，其特征在于，所述的吸熱板(1)為平板或槽式彎板，采用不銹鋼板制作；所述的吸熱板(1)在面向太陽輻射的一面涂有涂層，涂層的可見光譜吸收率大于90% ；所述的吸熱板(1)在面向狹長通道O)的一面布置有擾流元件。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種塔式太陽能熱發(fā)電用板式吸熱器，其特征在于，所述的吸熱板(1)布置在采光口上，所述的非直接吸收輻射的平板或槽式彎板為不銹鋼平板或槽式彎板，不直接吸收輻射。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種塔式太陽能熱發(fā)電用板式吸熱器，其特征在于，所述的吸熱板(1)布置在遠離采光口一側的吸熱器內部，所述非吸收輻射的平板或槽式彎板至少有一塊為布置在采光口上的耐高溫的透明玻璃板(3)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種塔式太陽能熱發(fā)電用板式吸熱器，其特征在于，與所述的透明玻璃板C3)密封連接一個金屬彎板(10)作為流道壁，金屬彎板(10)折彎經(jīng)過吸熱板(1)的背面，使得透明玻璃板(3)與金屬彎板(10)圍成一個扁平的空間；吸熱板(1)插入透明玻璃板C3)與金屬彎板(10)圍成的扁平空間，且與透明玻璃板C3)平行，在吸熱板 (1)的前后空間形成了截面為矩形的吸熱工質的U型狹長通道O)。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種塔式太陽能熱發(fā)電用板式吸熱器，其特征在于，所述的狹長通道O)的橫截面為扁平形狀或月牙形狀。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種塔式太陽能熱發(fā)電用板式吸熱器，其特征在于，所述的吸熱工質為吸熱過程中不發(fā)生相變的純液體，或內部均勻分散金屬或非金屬粉體的不發(fā)生相變的液體。
全文摘要
一種塔式太陽能熱發(fā)電用板式吸熱器，包括吸熱板(1)和至少一個非直接吸收輻射的平板或槽式彎板。吸熱板(1)與非吸收輻射的平板或槽式彎板平行近距離布置，兩者之間形成的狹長夾縫作為吸熱工質流通的狹長通道(2)。狹長通道(2)在吸熱工質的上下游分別通過一個漸縮的扁平通道與吸熱器的進出口管連接。吸熱板(1)面向太陽輻射一面涂有高吸收率涂層，面向吸熱通道一面布置擾流元件(11)。吸熱板(1)布置在采光口上或在遠離采光口的吸熱器內部。本發(fā)明可用于中、高溫太陽能熱發(fā)電，以及其它中、高溫太陽能熱利用領域。
文檔編號F24J2/20GK102519151SQ20111042503
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月17日 優(yōu)先權日2011年12月17日
發(fā)明者張劍寒, 徐超, 李鑫, 王志峰, 白鳳武 申請人:中國科學院電工研究所