本發(fā)明涉及一種塔式太陽能電站吸熱器受熱面模塊的排布結構，屬于塔式太陽能熱發(fā)電技術領域。

背景技術：

太陽能高溫熱發(fā)電技術是太陽能規(guī)模利用的一個重要方向，對人類解決化石能源危機、空氣污染等問題具有深遠的意義。根據聚焦方式的不同，太陽能高溫熱發(fā)電可分為碟式、槽式、塔式三種方式；采用的工質有水(水蒸汽)、熔鹽、空氣、導熱油、液態(tài)金屬、其他有機物等。塔式聚焦由于具有大容量、高參數(shù)等優(yōu)點而受到世界多國的關注。

塔式熱發(fā)電技術在國外已經處于商業(yè)化運營的初期階段，已建或在建的大規(guī)模商業(yè)化項目幾乎遍布了各大洲，該技術路線已展示出強大的市場及生命力。尤其是帶有儲熱的太陽能熱發(fā)電技術，由于具有更長的發(fā)電時長及更穩(wěn)定的電能輸出，因此具有廣闊的應用前景。我國的塔式熱發(fā)電事業(yè)目前還處于示范化運營階段，近年來先后建成的一批示范電站有力促進了太陽能熱發(fā)電事業(yè)在我國的開展，一旦獲得國家政策的穩(wěn)定支持，我國的太陽能熱發(fā)電事業(yè)將迎來一個快速發(fā)展期。

吸熱器是塔式太陽能熱電站的核心設備之一，它將定日鏡捕捉、反射、聚焦的太陽光接收并轉化為工質的內能，為發(fā)電機組提供所需的能量，進而實現(xiàn)太陽能熱發(fā)電的過程。

對于塔式太陽能熱發(fā)電吸熱器，不論是外表面受熱型、還是腔體式內表面受熱型，其受熱面通常采用管壁式結構，即吸熱介質在管子內流動，管子排列成平面或圓弧面。根據塔式太陽能電站聚光比高的特點，吸熱器受熱管的向光面需要承受較高的熱負荷，而背部通常是絕熱保溫結構。例如，對于吸熱工質為熔鹽的情況，局部熱流密度能達到1000kW/m²以上。因此，單側受熱的吸熱管內外側存在較大溫差。在熱流密度高的區(qū)域，吸熱管的內外側溫差會超過200℃，由此導致吸熱器受熱面管屏的嚴重變形。在吸熱器結構的約束下，吸熱器吸熱管需要承受很高的應力。再加上太陽能間歇性、多變性(云量等因素的影響等)等固有特點，容易造成吸熱器管屏的破裂及失效，從而影響到整個塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的安全運行。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種塔式太陽能吸熱器受熱面模塊，用以減輕吸熱器受熱面因管子向光側和背光側受熱條件差別過大而引起的嚴重變形和承受應力過高的問題，進而增加吸熱器的安全裕度。

本發(fā)明的技術方案：一種用于塔式太陽能吸熱器受熱面模塊，包括下集箱、下連接管排、上連接管排、上集箱、和吸熱管屏。所述吸熱管屏下端與下集箱通過下連接管排連接。所述吸熱管屏上端與上集箱通過上連接管排連接。所述吸熱管屏中相鄰管子之間留有一定間隙。所述吸熱管屏背面設有保溫層，且保溫層外邊界與吸熱管屏的各個管子背光面頂點相切。所述吸熱管屏的相鄰管子中間設有楔形凸起狀的反射塊。所述反射塊在向光側具有對稱的兩個斜邊，該斜邊表面對來光具有鏡面反射功能。

作為優(yōu)選，所述吸熱管屏的管子以一定間隔并排布置。

作為優(yōu)選，所述反射塊相對于其相鄰兩根管子的中間對稱平面對稱，并且沿著管子軸線方向延伸充滿吸熱管屏部分整個長度。

作為優(yōu)選，所述反射塊的頂點與相鄰管子背光側切線在保溫層外表面的交點至保溫層與該管子切點之間的部分對來光具有保溫絕熱功能。

作為優(yōu)選，所述反射塊的頂點與相鄰管子背光側切線在保溫層外表面的交點與該側反射塊斜邊和保溫層外表面交點之間的部分可全部為鏡面或保溫層，或二者各占一部分。

作為優(yōu)選，所述反射塊的兩個斜邊的形狀為直線或內凹。

作為優(yōu)選，所述反射塊斜邊和保溫層外表面的交點至該側管子背光側與保溫層切點的距離小于管子外半徑。

作為優(yōu)選，所述反射塊頂點至保溫層的距離在0.2倍管子外半徑與(其中P為管子節(jié)距，R為管子外半徑)范圍內。

與現(xiàn)有塔式太陽能吸熱器受熱面結構相比，本發(fā)明由于在吸熱管屏各個管子之間設置了具有光反射功能的楔形反射塊，使得原本通過管間部分從管子左(右)側端部傳導的能量通過合理的引導投射到管子的背光側，增加了管子沿周向的實際受熱面積，減小了管子的受熱集中度，從而減小了管子向光側和背光側受熱的差別，緩解了因管子向光側和背光側受熱不均勻引起的嚴重變形和承受應力過高的問題。同時，由于一部分能量從管子背光側傳遞，而背光側受熱面對管子正面點附近區(qū)域的影響較管子左(右)側端部弱不少，因此本發(fā)明還能夠降低管子正面點區(qū)域的管壁溫度，從而增加了受熱面運行的安全裕度。

同時，通過合理設置反射塊的結構，使管子背光側表面與反射塊斜邊以及保溫層圍成了一個較為封閉的區(qū)域。當光線進入該區(qū)域后，經過多次吸收、發(fā)射和反射過程，大部分光能不能從該區(qū)域中逃出，即相當于減少了受熱面表面的散熱損失。而對于該區(qū)域內的管子背火側部分，大部分從該部分表面發(fā)出的輻射能在這一封閉區(qū)域內也經過多次吸收、發(fā)射和反射過程被截留在該區(qū)域內，從而進一步減少了散熱損失。反射塊的兩個斜邊對來光具有鏡面反射功能，不具有吸熱能力，因此反射塊的斜邊具有很低的工作溫度。這樣相鄰管子之間向外部空間暴露的部分具有比鰭片或保溫層低得多的表面溫度，從而進一步減少了受熱面表面的散熱損失。

對于工質為水/水蒸氣的塔式太陽能吸熱器，其受熱面通常分為蒸發(fā)段和過熱段兩個部分。

蒸發(fā)段受熱面通常采用帶有鰭片的膜式管壁。當本發(fā)明專利應用到蒸發(fā)段受熱面時，實際上是用反射塊代替了管間的鰭片。這一改變的效果是由原來通過鰭片吸收的熱量通過管子左(右)側端部傳遞給管子變?yōu)榻涍^反射塊將這部分熱量通過管子背光側受熱面?zhèn)鬟f給管子。這一改變減小了管子的受熱集中度，緩解了因管子受熱不均勻引起的變形和應力問題。而采用反射塊來代替管間的鰭片也避免了因鰭片所產生的溫差問題和應力問題。

當本發(fā)明專利應用到過熱段受熱面時，將原有的密排管(管間無間隙)結構變?yōu)榫哂幸欢ü荛g間隔的管排結構。這一改變將一部分能量通過管子背光側受熱面?zhèn)鬟f給管子，緩解了因管子受熱不均勻引起的變形和應力問題，同時還降低了管子正面點區(qū)域的管壁溫度，從而增加了受熱面運行的安全裕度。在管屏寬度一定的情況下，將管屏改為具有一定管間間隔的管排結構不可避免地減少管子根數(shù)，單根管子的工質流量有所增加，從而增加了工質對管子的冷卻能力。這也有利于進一步降低管子壁溫。

無論蒸發(fā)段受熱面還是過熱段受熱面，本發(fā)明專利的應用均能夠進一步減少受熱面表面的散熱損失。

對于工質為熔鹽的塔式太陽能吸熱器，其受熱面結構通常采用密排管型式，與水/水蒸氣工質太陽能吸熱器的過熱段受熱面類似。因此，本發(fā)明專利的應用效果與上述水/水蒸氣工質太陽能吸熱器的過熱段受熱面的效果類似。

附圖說明

圖1為本發(fā)明專利的吸熱器受熱面模塊示意圖

圖2為本發(fā)明專利的吸熱管屏結構的橫截面示意圖。

圖3為實施例2的吸熱管屏結構的橫截面示意圖。

圖4為實施例3的吸熱管屏結構的橫截面示意圖。

圖中：A-反射塊的頂點；S-反射塊斜邊；O-管子中心；R-管子外半徑。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明專利作進一步的說明，但并不作為對本發(fā)明專利限制的依據。

本發(fā)明專利的實施例：

實施例1：

一種塔式太陽能吸熱器蒸發(fā)受熱面模塊，包括下集箱、下連接管排、上連接管排、上集箱、和吸熱管屏(如圖1所示)。所述吸熱管屏下端與下集箱通過下連接管排連接。所述吸熱管屏上端與上集箱通過上連接管排連接。所述吸熱器受熱管屏的相鄰管子中心線的距離為3.2R(R為管子外半徑)。所述吸熱管屏結構的橫截面示意圖如圖2所示。所述吸熱管屏背面設有保溫層，且保溫層外邊界與吸熱管屏的各個管子背光面頂點T相切。所述吸熱管屏的相鄰管子中間設有楔形凸起狀的反射塊。所述反射塊在向光側具有對稱的兩個斜邊S，斜邊S對來光具有鏡面反射功能。

所述吸熱管屏的管子以均勻間隔平行并排布置。

所述反射塊相對于圖2中的對稱中心線對稱，并且沿著管子軸線方向延伸充滿吸熱管屏部分整個長度。

所述反射塊的頂點A與相鄰管子背光側切線在保溫層外表面的交點B1至保溫層與該管子切點T之間的部分對來光具有保溫絕熱功能。

所述反射塊的頂點A與相鄰管子背光側切線在保溫層外表面的交點B1與該側反射塊斜邊S和保溫層外表面交點B2之間的部分全部為鏡面。

所述反射塊的兩個斜邊S的形狀為直線。

所述反射塊斜邊S和保溫層外表面的交點B2至該側管子背光側與保溫層切點T的距離為0.8R。

所述反射塊頂點A至保溫層的距離為0.5R。

該實施例應用于工質為水/蒸汽的塔式太陽能吸熱器的蒸發(fā)段受熱面。與傳統(tǒng)的帶鰭片的膜式壁相比，該實施例所述的管屏結構減小了管子的受熱集中度，緩解了因管子向光側和背光側受熱不均勻引起的嚴重變形和承受應力過高的問題。同時，實施例還降低了管子正面點區(qū)域的管壁溫度，從而增加了受熱面運行的安全裕度。在管屏寬度一定的情況下，將管屏改為具有一定管間間隔的管排結構不可避免地減少管子根數(shù)，單根管子的工質流量有所增加，從而增加了工質對管子的冷卻能力。這也有利于進一步降低管子壁溫。另外，本實施例的應用還能夠進一步減少受熱面表面的散熱損失。

實施例2：

本實施例與實施例1相比，除反射塊頂點A至保溫層的距離為0.25R外，其余設置與實施例1相同。本實施例也能得到類似的效果。本實施例的橫截面示意圖如圖3所示。

實施例3：

本實施例與實施例1相比，除反射塊頂點A至保溫層的距離為0.6R外，其余設置與實施例1相同。本實施例也能得到類似的效果。本實施例的橫截面示意圖如圖4所示。

由于太陽能吸熱器受熱管屏所接收到的太陽光來自不同角度鏡面對太陽光的反射，因此在同一時刻吸熱器管屏的管子及其間隔所接受的太陽光來自各個不同的角度，并不是原始的平行太陽光。因此，此處不同方向的光線示意是恰當?shù)?，符合吸熱器的實際工作條件。