專利名稱：帶頂邊吸熱板結(jié)構(gòu)的太陽能吸熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種帶頂邊吸熱板結(jié)構(gòu)的太陽能吸熱器。
背景技術(shù)：
我國的一次能源儲量約占世界總儲量的10%，而人口占世界人ロ的比例約為25%。在能源結(jié)構(gòu)中，將近70%的能源消費依靠煤，由此帶來的資源、環(huán)境問題突出。從長遠來看，以太陽能為首的可再生能源將是人類未來的希望。太陽能高溫熱發(fā)電技術(shù)是太陽能規(guī)模利用的ー個重要方向，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(jù)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；采用的エ質(zhì)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)點而受到世界許多國家的關(guān)注。由于以水為エ質(zhì)具有價格便宜、潛熱高、換熱效果好等特點，因此該類型的研究最先在太陽能塔式熱發(fā)電上得以應(yīng)用。但水エ質(zhì)(水蒸汽)也有蓄熱能力若、過熱狀態(tài)下?lián)Q熱能力差等缺點。由于熔鹽具有熱容高、液相溫度范圍寬、流動性好等特點，因此以熔鹽為載熱介質(zhì)的研究及工程實踐在國內(nèi)、國外得以廣泛開展。熔鹽在吸熱器中吸熱升溫，然后通過蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生需要的蒸汽，這種太陽能熱發(fā)電技術(shù)具有較強的蓄熱能力，并且產(chǎn)生的蒸汽參數(shù)高，這有利于提升太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的效率。但熔鹽系統(tǒng)也存在熔鹽凝固點高、管路系統(tǒng)復雜等特點，因此系統(tǒng)對管道預熱、設(shè)備保溫、運行維護等要求嚴格。在塔式熱發(fā)電技術(shù)中，吸熱器形式的選擇有多種，常見的有腔體式結(jié)構(gòu)和柱面體式結(jié)構(gòu)，二者各有特點。腔體式結(jié)構(gòu)吸熱器由于開ロ面積相對較小，對投入的太陽輻射可以進行多次反射及吸收，散熱損失小，因此常具有較高的熱效率。但腔體式吸熱器內(nèi)部受熱面上的熱負荷更難以分配均勻，因此容易發(fā)生吸熱面的爆管(以水為吸熱介質(zhì)時)或堵管(以熔鹽為載熱介質(zhì)時)；此外腔體式吸熱器形狀復雜、加工較為困難。柱面型吸熱器結(jié)構(gòu)相對簡單，表面的熱負荷在現(xiàn)有的控制技術(shù)下也更容易做到相對均勻，這些都有利于提高柱面體吸熱器的安全性；但柱面體吸熱器向空面積大，對投入的太陽輻射溢出率較高，并且對流輻射散熱損失也相對較高，這會在一定程度上影響到吸熱器的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題提供一種帶頂邊吸熱板結(jié)構(gòu)的太陽能吸熱器，通過在柱面體吸熱器受光區(qū)的頂部，設(shè)置ー個環(huán)型的吸熱面，該吸收面的內(nèi)圈與吸熱器柱體的形狀保持一致，并且與吸熱器焊接在一起；外圈形狀為圓形，也可以是與內(nèi)圈相似的多變形；環(huán)型吸熱面可以是在環(huán)形板上焊接吸熱管的方式(管-板式結(jié)構(gòu))，也可以通過吸熱管之間的直接焊接或翅片焊接而成(膜式壁結(jié)構(gòu))；同時為了提高太陽能的利用率，在環(huán)形吸熱面的下表面涂有ー層高吸收性能的涂層。這種頂邊式的吸熱結(jié)構(gòu)，能夠把溢出到柱形吸熱器上部的太陽光進行再利用，由此可以提高吸熱器的整體轉(zhuǎn)化效率。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種帶頂邊吸熱板結(jié)構(gòu)的太陽能吸熱器，包括上匯集管、頂邊吸熱板、吸熱管排、吸熱涂層、柱形吸熱面、下匯集管和定日鏡；定日鏡投入到太陽能吸熱器上的太陽輻射，大部分被柱形吸熱面直接吸收，但也有一部分能量溢出，該部分能量被頂邊吸熱板再次吸收利用；頂邊吸熱板采用在環(huán)形板上焊接吸熱管的方式，即管-板式結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，此時該頂邊吸熱板的上表面有所述的吸熱管排，下表面有高吸收性能的所述的吸熱涂層，由于頂邊吸熱板處于溫度較高的工作環(huán)境下，因此該吸熱涂層需具有耐高溫特性；或者頂邊吸熱板通過吸熱管之間的直接焊接或翅片焊接而成，即膜式壁結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)；載熱介質(zhì)在由柱形吸熱面、上匯集管、下匯集管的組成的通道內(nèi)流動；根據(jù)載熱介質(zhì)的特性，內(nèi)部的通道可組成并聯(lián)、串聯(lián)多種復雜的型式。頂邊吸熱板可利用吸熱器上部的溢出能量對載熱介質(zhì)進行預熱或升溫。所述的載熱介質(zhì)為水、熔鹽等。
本發(fā)明具有如下顯著特點(I)、本發(fā)明帶頂邊吸熱結(jié)構(gòu)的太陽能吸熱器，把溢出到吸熱器表面之外的輻射能量，重新吸熱器利用，由此可以提高吸熱器的熱轉(zhuǎn)化效率；(2)、本發(fā)明頂邊式的吸熱面結(jié)構(gòu)不但減少了吸熱器的能量溢出，使附近的支撐鋼架、附屬設(shè)施的工作環(huán)境得到改善，有利于系統(tǒng)安全性、可靠性的提高。(3)、本發(fā)明頂邊式吸熱結(jié)構(gòu)減小了吸熱器表面的自然對流風速，同時也減小了對天空的張角(影響輻射角系數(shù))，因此使吸熱器的對流散熱損和輻射散熱損失也隨之減少；(4)、本發(fā)明帶頂邊吸熱板結(jié)構(gòu)的吸熱器對現(xiàn)有柱面體結(jié)構(gòu)改變較少，容易實現(xiàn)。對吸熱器重量及支撐結(jié)構(gòu)的影響甚微；由于頂邊吸熱板與地面的方向平行，迎風截面的增加甚小，因此對吸熱器風阻的影響也可以忽略。


圖I為本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為頂邊吸熱板的俯視示意圖；圖3為頂邊吸熱板的B-B剖視示意圖。圖中，I為上匯集管、2為頂邊吸熱板、21為吸熱管排、22為吸收涂層、3為柱形吸熱面、4為下匯集管、5為定日鏡、6為冷載熱介質(zhì)、7為熱載熱介質(zhì)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例進一步說明本發(fā)明。一種帶頂邊吸熱板結(jié)構(gòu)的太陽能吸熱器，包括柱形吸熱面(由管束排列成棱柱體或圓柱體)、環(huán)形吸熱面、上匯集管、下匯集管等。在環(huán)形吸熱面的下表面涂有高吸收性能的涂層，并且要求該涂層具有良好的高溫特性。柱形吸熱面管束內(nèi)部為吸熱介質(zhì)(水、熔鹽等)，表面有一層高吸收性能的涂層，投射到上面的太陽輻射經(jīng)吸收轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給內(nèi)部的介質(zhì)，再直接或間接產(chǎn)生蒸汽，輸送到蒸汽動力系統(tǒng)做功。本發(fā)明主要涉及太陽能吸熱器的外部結(jié)構(gòu)，因此對內(nèi)側(cè)工質(zhì)流程的論述從略。
從定日鏡投射過來的太陽輻射大部分會投射到柱形吸熱面的外表面上，但是由于控制精度、控制策略、及安全因素的考慮，總會有一部分能量溢出到吸熱面的受光區(qū)之外(尤其在吸熱器的上下部分)。在塔式太陽能熱發(fā)電中，鏡場中的反射鏡通常距離塔頂吸熱器的較遠(較遠的定日鏡距離塔頂?shù)奈鼰崞魍ǔ^500米)，因此鏡面法向的ー個微小變動，就會造成光斑對目標位置的偏離；此外，出于安全性考慮，通常要求吸熱器表面的熱負荷分配盡可能均勻，如果光斑過于集中，這樣雖然可以減少太陽光的溢出率，但會造成熱負荷的過度集中，從而帶來吸熱面管壁的超溫及爆管；而對于邊緣熱負荷較低的區(qū)域，如果以熔鹽為載熱介質(zhì)則可能會導致熔鹽凝固的風險增加。反之，如果使吸熱器邊緣處的熱負荷保持在一個較高的狀態(tài)，則會造成較高的太陽光溢出率。綜合上述因素，對于塔式太陽能吸熱器而言，一定程度的能量溢出是難以避免的，通常這個溢出的比例接近投入能量的5%。帶頂邊吸熱板結(jié)構(gòu)的太陽能吸熱器，能夠把上部溢出的太陽輻射通過環(huán)形吸熱面重新吸收，被管內(nèi)流經(jīng)的載熱介質(zhì)利用。通過這種方法能夠使吸熱器的總體熱效率提高約2%，由此可以提高塔式太陽能電站的發(fā)電效率。雖然塔式吸熱器邊緣的溢出能量密度比吸熱器表面要低很多，但在有些情況下仍 然會達到很高的輻射強度。在這種情況下，吸熱器的能量溢出會給吸熱器周圍的塔架或測量器件帶來損害(較強的太陽輻射和環(huán)境工作溫度會減低塔架的強度，降低測量元件的可靠性等)；頂邊吸熱板的設(shè)計不但提高了太陽能的利用效率，還增加了熱發(fā)電系統(tǒng)的安全性、可靠性。在本示例中，頂邊式吸熱板結(jié)構(gòu)以管-板式的焊接結(jié)構(gòu)為例即在環(huán)形吸熱板上表面焊接管排。以管子或翅片直接焊接的膜式壁結(jié)構(gòu)或其它類似的結(jié)構(gòu)在此不再逐一論述。任何與上述兩種結(jié)構(gòu)類似或功能相似的吸熱器結(jié)構(gòu)都視為是對本專利的侵權(quán)。如圖I所示，本發(fā)明包括上匯集管I、頂邊吸熱板2、上表面吸熱管排21、下表面吸收涂層22、柱形吸熱面3、下匯集管4、定日鏡5等；本發(fā)明的正常工作流程描述如下從定日鏡5投射到塔頂?shù)奶栞椛?，大部分被柱形吸熱?直接吸收，然后再傳遞給管內(nèi)的載熱介質(zhì)(水、熔鹽等)。根據(jù)載熱介質(zhì)的特點和系統(tǒng)的要求，由上匯集管I、下匯集管4和若干根管子組成的吸熱板被連接成多種不同的回路。受定日鏡5控制精度的限制、或出于安全性等方面的考慮，必然會有一部分能量溢出到柱形吸熱面3之外。在柱形吸熱面3的上緣設(shè)置一個環(huán)形的頂邊吸熱板2，在吸熱板2的下表面涂有高吸收性能的吸收涂層22，上表面有通過焊接方式連接、并用于實現(xiàn)吸熱功能的吸熱管排21，管子中的介質(zhì)為水或熔鹽等，根據(jù)エ質(zhì)流程的不同，頂邊式吸熱板2可以在エ質(zhì)進入吸熱器前對エ質(zhì)進行預熱，也可以對從柱形吸熱面3出來的エ質(zhì)進行加熱升溫。這樣的結(jié)構(gòu)就可以把吸熱器上部的溢出能量重利用，由此提高了太陽能的轉(zhuǎn)化效率。由于頂邊式吸熱板2處于較高的工作溫度下，因此其表面的吸收涂層22需具有耐高溫特性。相關(guān)的計算結(jié)果表明對吸熱器上部溢出能量，頂邊式吸熱板2能夠吸收其中的90% ;如果上部的溢出能量占全部投射輻射的2. 5%，那么頂邊式吸熱板2能使整個吸熱器的熱效率提升超過2%。同時頂邊式吸熱板2的存在，減小了吸熱器表面的自然對流風速及吸熱器對天空的張角(影響輻射角系數(shù))，因此使吸熱器的對流散熱損和輻射散熱損失也隨之減少。
頂邊式吸熱板2對溢出部分的能量進行再利用，這對塔式熱發(fā)電系統(tǒng)的安全性也是有利的。溢出部分的能量使吸熱器周圍的支撐結(jié)構(gòu)暴露在較強的太陽輻射條件下，會使鋼架結(jié)構(gòu)的溫度升高，降低鋼架的強度；同時也會使吸熱器附近的傳感器、儀表等輔助設(shè)備工作于較高的環(huán)境溫度下，這可能會危及到系統(tǒng)的可靠性。
采用頂邊式吸熱板結(jié)構(gòu)，對現(xiàn)有柱面體吸熱器的改動甚小，對鋼架支撐和風載的影響可以忽略，但可以帶來更高的太陽能熱利用效率，同時也改善了系統(tǒng)的安全性，因此在塔式太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種帶頂邊吸熱板結(jié)構(gòu)的太陽能吸熱器，其特征在于，包括上匯集管(I)、頂邊吸熱板(2)、吸熱管排(21)、吸熱涂層(22)、柱形吸熱面(3)、下匯集管(4)和定日鏡(5); 定日鏡(5)投入到太陽能吸熱器上的太陽輻射，大部分被柱形吸熱面(3)直接吸收，但也有一部分能量溢出，該部分能量被頂邊吸熱板(2)再次吸收利用； 頂邊吸熱板(2)采用在環(huán)形板上焊接吸熱管的方式，即管-板式結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，此時該頂邊吸熱板(2)的上表面有所述的吸熱管排(21)，下表面有高吸收性能的所述的吸熱涂層(22)，由于頂邊吸熱板(2)處于溫度較高的工作環(huán)境下，因此該吸熱涂層(22)需具有耐高溫特性；或者頂邊吸熱板(2)通過吸熱管之間的直接焊接或翅片焊接而成，即膜式壁結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)； 載熱介質(zhì)在由柱形吸熱面(3)、上匯集管(I)、下匯集管(4)的組成的通道內(nèi)流動；根據(jù)載熱介質(zhì)的特性，內(nèi)部的通道可組成并聯(lián)、串聯(lián)多種復雜的型式。頂邊吸熱板(2)可利用吸熱器上部的溢出能量對載熱介質(zhì)進行預熱或升溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種帶頂邊吸熱板結(jié)構(gòu)的太陽能吸熱器，其特征在于，所述的載熱介質(zhì)為水或熔鹽。
全文摘要
本發(fā)明提供一種帶頂邊吸熱板結(jié)構(gòu)的太陽能吸熱器，通過在柱面體吸熱器受光區(qū)的頂部，設(shè)置一個環(huán)型的吸熱面，該吸收面的內(nèi)圈與吸熱器柱體的形狀保持一致，并且與吸熱器焊接在一起；外圈形狀為圓形，也可以是與內(nèi)圈相似的多變形；環(huán)型吸熱面可以是在環(huán)形板上焊接吸熱管的方式(管-板式結(jié)構(gòu))，也可以通過吸熱管之間的直接焊接或翅片焊接而成(膜式壁結(jié)構(gòu))；同時為了提高太陽能的利用率，在環(huán)形吸熱面的下表面涂有一層高吸收性能的涂層。本發(fā)明這種頂邊式的吸熱結(jié)構(gòu)，能夠把溢出到柱形吸熱器上部的太陽光進行再利用，由此可以提高吸熱器的整體轉(zhuǎn)化效率。
文檔編號F24J2/04GK102840680SQ20121033266
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者劉可亮, 姚飛奇, 應(yīng)仁麗, 趙劍云 申請人:杭州鍋爐集團股份有限公司