專利名稱：塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器涉及一種太陽能熱發(fā)電吸熱器，特別涉及一種用于大規(guī)模塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的水/蒸汽式吸熱器。
背景技術(shù)：
進入21世紀(jì)，隨著化石燃料的日漸枯竭以及環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，能源問題已經(jīng)成為制約我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展的瓶頸。而太陽能潔凈無污染、來源廣泛，開發(fā)太陽能對解決能源問題具有重大意義。相較于蝶式和槽式熱發(fā)電技術(shù)，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)具有聚光倍數(shù)高，光熱轉(zhuǎn)換效率高以及發(fā)電成本低等優(yōu)點。典型的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)使用了高塔聚焦，電站規(guī)?？蛇_200MW以上，具有巨大的商業(yè)應(yīng)用前景。作為塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，吸熱器(Receiver)用于吸收太陽光將熱輻射能傳遞給工質(zhì)，其熱效率、啟動性能、可靠性、工況下的使用壽命等對整個太陽能塔式發(fā)電系統(tǒng)的成功運行有十分重要的影響。傳統(tǒng)的塔式熱發(fā)電系統(tǒng)中吸熱器包括熔鹽式、空氣式和水/蒸汽式3種。熔鹽系統(tǒng)中，存在熔鹽高溫下的分解及冷凝時引起的氯化物腐蝕開裂問題以及吸熱器和管路中熔鹽介質(zhì)的放空冷充與保溫加熱等問題；空氣系統(tǒng)中，由于存在流動不均勻及局部過熱與失效問題，相關(guān)應(yīng)用也受到很大局限；而使用最為成熟的水 /蒸汽式吸熱器也受熱不均，存在燒毀點，以及疲勞及蠕變損傷等壽命上的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對塔式太陽能熱發(fā)電水/蒸汽系統(tǒng)中吸熱器所存在的上述問題，本發(fā)明旨在提高傳統(tǒng)水/蒸汽式吸熱器的性能，基于非均勻高變熱流密度下金屬液態(tài)相變傳熱原理，提供了一種塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器。其優(yōu)點是熱啟動性能好，傳熱效率高，工況下吸熱器整體溫度分布均勻，抗蠕變、疲勞破壞強，制造工藝先進，安全性高，使用壽命長等。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，由吸熱板與封頭組成，所述的吸熱板為雙層弧狀板結(jié)構(gòu)，外層為吸熱均溫?zé)岚澹瑑?nèi)層為板翅式水/蒸汽通道；封頭位于吸熱板中水/蒸汽通道兩端；吸熱器外層輻射吸收面涂有高溫漆(Pyromark涂料)用于輻射吸收，減少熱損失?；罱Y(jié)構(gòu)有利于太陽光對塔式吸熱器的聚焦，提高均溫性，同時易于用多個吸熱器相連組成任意大小的吸收面。外層的吸熱均溫?zé)岚鍨閮?nèi)外弧狀金屬板與四周封條圍成的帶弧度的板狀腔式結(jié)構(gòu)，一端開有接口，空腔內(nèi)部外端焊有金屬纖維氈作為吸液芯，其形狀與空腔外端吻合，空腔內(nèi)部焊有一定數(shù)量的金屬棒穿過空腔殼體與金屬纖維氈用來支撐腔體，空腔內(nèi)部通過接口充有一定量金屬。吸熱均溫?zé)岚蹇涨粌?nèi)部通過接口充有一定量金屬。金屬纖維氈制成的吸液芯所產(chǎn)生的毛細力提供熱量傳遞過程中冷凝金屬液體回流的動力，同時金屬圓柱用于支撐空腔，提高腔體強度。內(nèi)層板翅式水/蒸汽通道為帶弧度的板狀結(jié)構(gòu)，由隔板、蓋板、封條、鋸齒翅片組成，隔板、蓋板、封條、鋸齒翅片均為帶弧度的板結(jié)構(gòu)，翅片置于隔板、蓋板、 封條組成的空間內(nèi)。封頭為梯形，梯形一側(cè)為平面，另一側(cè)為一帶弧度光滑面，封頭上部為一整體空腔，空腔頂部焊有帶法蘭接管，空腔下部引出多條矩形介質(zhì)通道，通道截面大小以梯形中心線鏡像對稱，并且向兩側(cè)逐漸變大，可使液體均勻流入/流出吸熱器。所述吸熱板與封頭的材質(zhì)均為高強度不銹鋼。所述吸熱均溫?zé)岚逯圃旃に嚾缦率紫葘⑼舛松w板與金屬纖維氈安裝并釬焊，然后在上面機械加工若干柱狀透孔；然后將若干柱狀金屬圓棒按照外端蓋板圓孔對應(yīng)的陣列與下蓋板整體釬焊在一起；最后將整體釬焊完成的兩個部分與四周的封條裝配使金屬棒準(zhǔn)確穿過外端蓋板，再次釬焊完成，再通過氬弧焊將金屬棒與外端蓋板焊接，使腔體達到密封。所述弧狀鋸齒翅片通過特制帶弧度模具沖壓而成。所述吸熱板為焊接后的吸熱均溫?zé)岚迮c水/蒸汽通道組裝，通過不銹鋼釬焊工藝整體加工而成，充裝金屬介質(zhì)后通過冷焊技術(shù)對充液通道進行封口。所述封頭為HALF式(half式就是對半分的意思)，通過機械加工而成，后通過不銹鋼釬焊工藝加工為一整體。所述的塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，其特征是，所述吸熱器通過氬弧焊接，將封頭連接到吸熱板指定位置(吸熱器水/蒸氣通道進出口)加工而成。本發(fā)明吸熱器在運行時豎直放置，太陽光通過聚日鏡聚焦于吸熱器的涂有吸熱涂料的有一定弧度的外表面，熱輻射能加熱吸熱均溫?zé)岚鍍?nèi)部金屬，吸熱器開始啟動，水通過封頭進入水/蒸汽通道，金屬吸熱蒸發(fā)徑向運動到達水/蒸汽通道外部，通過對流傳熱將輻射能徑向傳遞給水/蒸汽通道內(nèi)的水將其加熱為蒸汽，通過另一側(cè)封頭進入發(fā)電系統(tǒng)流入汽輪機發(fā)電，而金屬蒸汽換熱后冷凝通過金屬纖維氈的毛細力回流至蒸發(fā)側(cè)，周而復(fù)始，將太陽能源源不斷轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｔ撐鼰崞骶哂辛己玫木鶞匦阅芸煞乐挂蚓植窟^熱引起的燒毀，熱啟動性能好，傳熱效率高，抗蠕變、疲勞破壞強，使用壽命長。


圖1為本發(fā)明實施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器的部分分解圖。圖3為塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器的剖視圖。圖4為本發(fā)明實施例的吸熱板結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實施例的吸熱板結(jié)構(gòu)分解圖。圖6為本發(fā)明實施例的吸熱均溫?zé)岚褰Y(jié)構(gòu)及焊接工藝示意圖。圖7為本發(fā)明實施例的板翅式水/蒸汽通道結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明實施例的封頭結(jié)構(gòu)示意圖、分解圖及零件圖。圖9為塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器工作原理圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進一步說明。參照附圖1-3，塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器101由吸熱板102與封頭103組成，吸熱板102為雙層弧狀板結(jié)構(gòu)，外層為吸熱均溫?zé)岚?04，內(nèi)層為板翅式水/ 蒸汽通道105 ；封頭103位于吸熱板102水/蒸汽通道105兩端；吸熱板102外層輻射吸收面涂有Pyromark涂料用于吸收輻射，減少熱損失。弧狀結(jié)構(gòu)有利于塔式發(fā)電系統(tǒng)太陽光的聚焦，提高均溫性，同時易于用多個吸熱器相連組成任意大小的吸收面。參照附圖4、5，外層的吸熱均溫?zé)岚?04為內(nèi)外弧狀金屬板434與四周封條405、 406圍成的帶弧度的板狀腔式結(jié)構(gòu)，一端開有接口，空腔內(nèi)部外端焊有金屬纖維氈403作為吸液芯，其形狀與空腔外端吻合，空腔內(nèi)部焊有一定數(shù)量的金屬圓棒402穿過空腔殼體與金屬纖維氈403用來支撐腔體，空腔內(nèi)部通過接口充有一定量金屬。該吸熱均溫?zé)岚?04 制造工藝如下首先將金屬纖維氈403與外端蓋板404安裝并釬焊組合成內(nèi)外弧狀金屬板 434，然后在上面機械加工若干柱狀透孔；將若干柱狀金屬圓棒402按照外端蓋板圓孔對應(yīng)的陣列與下蓋板401整體釬焊在一起；最后將整體釬焊完成的兩個部分412、434與四周的封條405、406裝配使金屬棒準(zhǔn)確穿過外端蓋板，再次釬焊完成，最后通過氬弧焊將金屬棒與外端蓋板焊接，使腔體達到密封，吸熱均溫?zé)岚?04空腔內(nèi)部通過接口 407抽真空，充入一定量金屬，然后通過堵頭408進行焊接密封。金屬纖維氈403所產(chǎn)生的毛細力提供熱量傳遞過程中冷凝金屬液體回流的動力，使吸熱面內(nèi)部始終存在金屬液，可防止吸熱板102的局部燒毀。參照附圖6、7，內(nèi)層板翅式水/蒸汽通道105為帶弧度的板狀結(jié)構(gòu)，由隔板504、蓋板501、封條503、鋸齒翅片502組成，隔板504、蓋板501、505、封條503、鋸齒翅片502均為帶弧度的板結(jié)構(gòu)，鋸齒翅片502置于隔板504、蓋板501、505、封條503組成的空間內(nèi)。參見附圖8，封頭103為梯形，梯形一側(cè)為平面，另一側(cè)為一帶弧度光滑面，封頭上部為一整體空腔，空腔頂部焊有帶法蘭接管303，空腔下部引出多條矩形介質(zhì)通道，通道截面大小以梯形中心線鏡像對稱，并且向兩側(cè)逐漸變大，可使液體均勻流入/流出吸熱器，封頭為HALF式， 分為上下301、302兩部分，均通過機械加工而成，后通過不銹鋼釬焊工藝加工為一整體。參見附圖1-3，吸熱板102與封頭103的材質(zhì)均為316H高強度不銹鋼；吸熱器101 通過氬弧焊接，將封頭103連接到吸熱板102指定位置加工而成。參見附圖4、5，吸熱板102為擴散焊接后的吸熱均溫?zé)岚?04與水/蒸汽通道105 組裝，通過不銹鋼釬焊工藝整體加工而成，充裝金屬介質(zhì)后通過冷焊技術(shù)對充液通道進行封口。參見附圖7，所述弧狀鋸齒翅片502通過特制帶弧度模具沖壓而成。參見附圖9，本發(fā)明吸熱器在運行時豎直放置，太陽光通過聚日鏡聚焦于吸熱器的涂有吸熱涂料的有一定弧度的外表面，熱輻射能加熱吸熱均溫?zé)岚鍍?nèi)部金屬，吸熱器開始啟動，水通過封頭進入水/蒸汽通道，金屬吸熱蒸發(fā)徑向運動到達水/蒸汽通道外部，通過對流傳熱將輻射能徑向傳遞給水/蒸汽通道內(nèi)的水將其加熱為蒸汽，通過另一側(cè)封頭進入發(fā)電系統(tǒng)流入汽輪機發(fā)電，而金屬蒸汽換熱后冷凝通過多孔吸液芯回流至蒸發(fā)側(cè)，周而復(fù)始，將太陽能源源不斷轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。該吸熱器具有良好的均溫性能可防止因局部過熱引起的燒毀，熱啟動性能好，傳熱效率高，抗蠕變、疲勞破壞強，使用壽命長。雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但實施例和附圖并不是用來限定本發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾，同樣在本發(fā)明之保護范圍之內(nèi)。因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求保護范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，其特征在于它由吸熱板與封頭組成，所述吸熱板為雙層弧狀板結(jié)構(gòu)，外層為吸熱均溫?zé)岚?，?nèi)層為板翅式水/蒸汽通道；所述封頭位于所述板翅式吸熱板水/蒸汽通道兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，其特征是， 所述吸熱板與封頭的材質(zhì)均為高強度不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，其特征是， 所述吸熱均溫?zé)岚鍨閮?nèi)外弧狀金屬板與四周封條圍成的帶弧度的板狀腔式結(jié)構(gòu)，一端開有接口，空腔內(nèi)部外端焊有金屬纖維氈作為吸液芯，其形狀與空腔外端吻合，空腔內(nèi)部焊有一定數(shù)量的金屬棒穿過空腔殼體與金屬纖維氈用來支撐腔體，空腔內(nèi)部通過接口充有一定量^^ I^l ο
4.根據(jù)權(quán)利要求書1或3所述的塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，其特征是，所述吸熱均溫?zé)岚迨紫葘⑼舛松w板與金屬纖維氈安裝并釬焊，然后在上面機械加工若干柱狀透孔；然后將若干柱狀金屬圓棒按照外端蓋板圓孔對應(yīng)的陣列與下蓋板整體釬焊在一起；最后將整體釬焊完成的兩個部分與四周的封條裝配使金屬棒準(zhǔn)確穿過外端蓋板， 再次釬焊完成，再通過氬弧焊將金屬棒與外端蓋板焊接，使腔體達到密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1或3所述的塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，其特征是，所述吸熱均溫?zé)岚逋鈱虞椛湮彰嫱坑懈邷仄?Pyromark涂料)。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，其特征是， 所述內(nèi)層板翅式水/蒸汽通道為帶弧度的板狀結(jié)構(gòu)，由隔板、蓋板、封條、鋸齒翅片組成，隔板、蓋板、封條、鋸齒翅片均為帶弧度的板結(jié)構(gòu)，所述弧狀鋸齒翅片置于隔板、蓋板、封條組成的空間內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求書6所述的塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，其特征是， 所述弧狀鋸齒翅片通過特制帶弧度模具沖壓而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，其特征是， 所述吸熱板為焊接后的吸熱均溫?zé)岚迮c板翅式水/蒸汽通道組裝，通過不銹鋼釬焊工藝整體加工而成，最后充裝金屬介質(zhì)，完成后通過冷焊技術(shù)進行封口。
9.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，其特征是， 所述封頭為梯形，梯形一側(cè)為平面，另一側(cè)為一帶弧度光滑面，封頭上部為一整體空腔，空腔頂部焊有帶法蘭接管，空腔下部引出多條矩形介質(zhì)通道，通道截面大小以梯形中心線鏡像對稱，并且向兩側(cè)逐漸變大。
10.根據(jù)權(quán)利要求書1或9所述的塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，其特征是，所述封頭為HALF式，通過機械加工而成，后通過不銹鋼釬焊工藝加工為一整體。
11.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，其特征是，吸熱器通過氬弧焊接將所述封頭連接到所述吸熱板指定位置加工而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種塔式太陽能水/蒸汽復(fù)合型板翅熱板式吸熱器，由吸熱板與封頭組成，所述的吸熱板為雙層弧狀板結(jié)構(gòu)，外層為吸熱均溫?zé)岚?，?nèi)層為板翅式水/蒸汽通道；封頭位于吸熱板中水/蒸汽通道兩端；吸熱器外層輻射吸收面涂有Pyromark涂料用于輻射吸收，減少熱損失。弧狀結(jié)構(gòu)有利于太陽光對塔式吸熱器的聚焦，提高均溫性，同時易于用多個吸熱器相連組成任意大小的吸收面。本發(fā)明其優(yōu)點是熱啟動性能好，傳熱效率高，工況下吸熱器整體溫度分布均勻，抗蠕變、疲勞破壞強，制造工藝先進，安全性高，使用壽命長等。
文檔編號F24J2/20GK102445008SQ20111040586
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者凌祥, 楊新俊, 陶蘭蘭 申請人:南京工業(yè)大學(xué)