專利名稱：太陽能塔式熱發電新型高效接收器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高效接收器，具體涉及一種能提高接收器效率的太陽能塔式熱發電新型高效接收器。
背景技術：
接收器為塔式太陽能熱發電系統中將太陽能轉換為吸熱介質(如熔鹽、水或其它)熱能的關鍵設備，接收器光熱轉換效率的性能決定發電系統全廠效率高低。為提高接收器的能量轉換效率，國內外對不同形式的接收器進行了深入廣泛的研究，相繼出現了外部式(圓柱面、平板)接收器、腔式接收器、反射式接收器、熱空氣接收器等多種型式。不同型式接收器的吸熱結構復雜程度不一樣，所取得的光熱轉換效率相差很大，在工程應用上各有優劣。在傳統塔式太陽能熱發電系統中，接收器的吸熱板由單排吸熱管組成，吸熱管之間沒有空隙，吸熱管的背光面為保溫層，來自鏡場反射的太陽光投射到吸熱管上進行熱交換。由于吸熱板暴露在大氣環境中，因此，接收器的對流和輻射損失不可避免。在接收器效率損失中，對流和輻射損失占主要部分。
發明內容
針對上述問題，本發明的主要目的在于提供一種能提高接收器效率的太陽能塔式熱發電新型高效接收器。本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的一種太陽能塔式熱發電新型高效接收器，所述太陽能塔式熱發電新型高效接收器包括多組吸風口、每一組吸風口均與風道連接，多組吸風口的另一端均連接在接收器模塊上，所述接收器模塊內部安裝有按特定規律排列的復數根預熱管和復數根吸熱管，所述預熱管的位置和吸熱管的位置相比，所述預熱管的位置更靠近吸風口，所述預熱管的一端安裝有冷介質集管，另一端安裝有預熱集管，所述預熱集管還與吸熱管的一端連接，所述吸熱管的另一端安裝有熱介質集管，所述冷介質集管上連接一冷介質進入的入口管，所述熱介質集管上連接一熱介質導出的出口管，所述吸熱管的受光面對準太陽光的入射方向，所述吸熱管的受光面與太陽光的入射方向之間還有一段風道，所述風道和吸熱管的受光面之間形成一段熱風幕，所述風道上安裝有風機。在本發明的具體實施例子中，所述吸風口為一梯形臺，梯形臺的四個側面內部均安裝有導流板。在本發明的具體實施例子中，所述預熱集管、冷介質集管和熱介質集管外均包覆有保溫層。在本發明的具體實施例子中，所述吸熱管采用多排交錯式布置。在本發明的具體實施例子中，所述接收器模塊外包覆有保溫層。在本發明的具體實施例子中，所述接收器模塊為梯臺型或四方長條型或圓柱式。
在本發明的具體實施例子中，當所述接收器模塊為梯臺型時，所述接收器模塊靠近吸風口的一面為梯臺的頂面，遠離吸風口的一面為梯臺的底面，底面的面積大于頂面的面積，頂面和底面之間為翼板。一種利用上述太陽能塔式熱發電新型高效接收器來吸收熱能的方法，所述方法包括如下步驟液態的冷介質通過泵經過入口管進入冷介質集管，所述冷介質集管中的液態的冷介質進入預熱管預熱后到達預熱集管進行均化，均化后的預熱介質再經過吸熱管吸熱后再進入熱介質集管，通過熱介質集管收集后通過出口管排出。在本發明的具體實施例子中，來自鏡場反射的太陽光，經過熱風幕投射到吸熱管表面進行熱能交換，同時吸熱管處形成的熱氣流受風機形成的負壓影響，向接收器模塊內部流動，并與預熱管進行熱交換，對入口管內的冷介質進行預熱；預熱后的冷介質直接進入吸熱管吸熱后變成熱介質，這樣可提高換熱效率；與預熱管熱交換后的余熱氣流，通過吸風口和風道收集，并經風機升壓后，返回到吸熱管前表面，并形成熱風幕，來阻擋并減少接收器外部冷氣流與吸熱管進行熱交換。在本發明的具體實施例子中，太陽光為來自鏡場反射的太陽光。本發明的積極進步效果在于本發明提供的太陽能塔式熱發電新型高效接收器采用了熱氣流回收利用、多排布置吸熱管、將吸熱管和預熱管集成布置形成熱容積等主要創新思路和系統，使傳統接收器暴露在大氣環境中的表面式換熱變成帶熱容積的表面式換熱形式。本發明從根本上減少了接收器的對流和輻射損失，即提高了接收器吸熱表面的單位熱負荷，也提高了接收器的能量轉換效率。本發明專利結構簡單、運行控制方便、便于制造、安裝和維護。
圖1為本發明的系統流程圖。圖2為本發明的構件實際布置的剖視圖。圖3為本發明的圖2的A-A示圖。圖4為本發明的接收器模塊的三維示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。圖1為本發明的系統流程圖。圖2為本發明的構件實際布置的剖視圖。如圖1-2所示，本發明包括多組吸風口 4、每一組吸風口 4均與風道6連接，多組吸風口 4的另一端均連接在接收器模塊3上，所述接收器模塊3內部安裝有復數根預熱管7和復數根吸熱管8，預熱管7的位置和吸熱管8的位置相比，所述預熱管7的位置更靠近吸風口 4，所述預熱管7的一端安裝有冷介質集管12，另一端安裝有預熱集管15，所述預熱集管15還與吸熱管8的一端連接，所述吸熱管8的另一端安裝有熱介質集管14,所述冷介質集管12上連接一冷介質進入的入口管11，所述熱介質集管14上連接一熱介質導出的出口管13，所述吸熱管8的受光面對準太陽光10的入射方向，所述吸熱管8的受光面與太陽光10的入射方向之間還有一段風道6,所述風道6和吸熱管8的受光面之間形成一段熱風幕9，所述風道6上安裝有風機5。在本發明的具體實施例子中，吸風口 4為一梯形臺，梯形臺的四個側面內部均安裝有導流板19，預熱集管15、冷介質集管12和熱介質集管14外均包覆有保溫層16，所述吸熱管8采用多排交錯式布置，所述接收器模塊3外包覆有保溫層16，所述接收器模塊3為梯臺型或四方長條型或圓柱式。圖3為本發明的圖2的A-A示圖。圖4為本發明的接收器模塊的三維示意圖。當接收器模塊3為梯臺型時，接收器模塊3靠近吸風口 4的一面為梯臺的頂面，遠離吸風口 4的一面為梯臺的底面，底面的面積大于頂面的面積，頂面和底面之間為翼板17。如附圖3所示，接收器模塊3為梯臺型，接收器模塊3翼板17的作用是形成熱容積的空間，使吸熱管8和預熱管7在空間內充分熱交換；翼板角度18可根據接收器的外形確定，如果接收器是平板式的，則翼板角度18為90度；如果接收器為圓柱式的，則翼板角度18根據圓柱布置接收器模塊3的數量計算確定。吸風口 4中的導流板19的作用是使吸風口 4形成均壓，使接收器模塊3內熱氣流分布均勻。圖4為本發明的接收器模塊的三維示意圖。此部分未表示出集管和保溫的內容。在工程應用中，接收器采用多模塊組合式安裝，根據外部環境(氣溫、風速、風向、鏡場反射的輻射強度等)，獨立調節每組模塊的介質流量、風量、風壓等參數，使其達到能量轉換效率最高，繼而多個最優運行接收模塊組合成整體最優運行的接收器。一種利用上述的太陽能塔式熱發電新型高效接收器內介質流動和換熱的方法，所述方法包括如下步驟液態的冷介質通過泵經過入口管11進入冷介質集管12，所述冷介質集管12中的液態的冷介質進入預熱管7預熱后到達預熱集管15進行均化，均化后的預熱介質再經過吸熱管8吸熱后再進入熱介質集管14，通過熱介質集管14收集后通過出口管13排出，來自鏡場反射的太陽光10，經過熱風幕9投射到吸熱管8表面進行熱能交換，同時吸熱管8處形成的熱氣流受風機5形成的負壓影響，向接收器模塊3內部流動，并與預熱管7進行熱交換，對冷介質入口管11內的冷介質I進行預熱；預熱后的冷介質I直接進入吸熱管8吸熱后變成熱介質2，這樣可提高換熱效率；與預熱管7熱交換后的余熱氣流，通過吸風口 4和風道6收集，并經風機5升壓后，返回到吸熱管8前表面，并形成熱風幕9，來阻擋并減少接收器外部冷氣流與吸熱管8進行熱交換，這樣使吸熱管8表面始終處于高溫氣流中，受熱均勻、換熱效率高、熱輻射損失小。在本發明中，太陽光10為來自鏡場反射的太陽光。接收器對流損失回收利用系統，主要是利用風機吸風口在吸熱管表面形成負壓，將原本擴散到大氣環境中的熱氣流回收，并在回收過程中與冷介質管換熱，這樣即有效利用了熱氣流的熱能，也對冷介質進行了預熱。為了充分利用與冷介質換熱后的熱氣流的余熱，本發明將升壓后的余熱氣流回送到吸熱管前表面，并形成熱風幕，其目的是阻擋并減少冷空氣與吸熱管的熱交換，使吸熱管始終處于高溫氣流環境中，受熱均勻，換熱效率高。在吸熱管8布置形式上，既要考慮不能透光，還要考慮有空隙，可以使氣流流通。本發明采用多排吸熱管交錯式布置形式，通過控制吸熱管徑和間距來控制吸熱管排的通風面積，盡量減小第一排吸熱管的反光面積，使光在吸熱管排間反射傳遞。當吸熱板布置多排(不少于三排)吸熱管時，以第一、二排吸熱管為例，第一排吸熱管由于存在空隙，減小了光反射面積，同時空隙會透光到第二排吸熱管進行能量轉換，第二排吸熱管還會將光部分反射到第一排管的背面，使第一排吸熱管受熱均勻。在風機產生的負壓作用下，第一排吸熱管處的熱氣流會向內排流動，使內排受光面積小(或不受光)的吸熱管也置身在熱氣流形成的溫度場中進行熱交換。這樣更多的熱輻射能在吸熱管排之間進行熱交換，繼而減少了接收器的輻射損失。采用多排(不少于三排)吸熱管交錯布置時，相當于接收器在受光面積不變的條件下增加了換熱面積，可使吸熱表面的單位熱負荷提高，這樣就可節約接收器的受光面積。當把吸熱管(包括集管)、預熱管(包括集管)和吸風口布置在一起時，可形成模塊化單元，便于制造、運輸和安裝、檢修。工程應用中，接收器采用多模塊組合式安裝，根據外部環境(氣溫、風速、風向、鏡場反射的輻射強度等)，獨立調節每組模塊的介質流量、風量、風壓等參數，使其達到能量轉換效率最高，繼而多個最優運行接收模塊組合成整體最優運行的接收器。本發明提供的太陽能塔式熱發電新型高效接收器采用了熱氣流回收利用、多排布置吸熱管、將吸熱管和預熱管集成布置形成熱容積等主要創新思路和系統，使傳統熔鹽接收器暴露在大氣環境中的表面式換熱變成帶熱容積的表面式換熱形式。本發明從根本上減少了接收器的對流和輻射損失，即提高了接收器吸熱表面的單位熱負荷，也提高了接收器的能量轉換效率。同時本發明專利結構簡單、運行控制方便、便于制造、安裝和維護。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內，本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種太陽能塔式熱發電新型高效接收器，其特征在于所述太陽能塔式熱發電新型高效接收器包括多組吸風口(4)、每一組吸風口(4)均與風道(6)連接，多組吸風口(4)的另一端均連接在接收器模塊(3 )上，所述接收器模塊(3 )內部安裝有復數根預熱管(7 )和復數根吸熱管(8)，所述預熱管(7)的位置和吸熱管(8)的位置相比，所述預熱管(7)的位置更靠近吸風口(4)，所述預熱管(7)的一端安裝有冷介質集管(12)，另一端安裝有預熱集管 (15)，所述預熱集管(15)還與吸熱管(8)的一端連接，所述吸熱管(8)的另一端安裝有熱介質集管(14),所述冷介質集管(12)上連接一冷介質進入的入口管(11 )，所述熱介質集管 (14)上連接一熱介質導出的出口管(13)，所述吸熱管(8)的受光面對準太陽光(10)的入射方向，所述吸熱管(8)的受光面與太陽光(10)的入射方向之間還有一段風道(6)，所述風道 (6)和吸熱管(8)的受光面之間形成一段熱風幕(9)，所述風道(6)上安裝有風機(5)。
2.根據權利要求1所述的太陽能塔式熱發電新型高效接收器，其特征在于，所述吸風口(4)為一梯形臺，梯形臺的四個側面內部均安裝有導流板(19)。
3.根據權利要求1所述的太陽能塔式熱發電新型高效接收器，其特征在于，所述預熱集管(15)、冷介質集管(12)和熱介質集管(14)外均包覆有保溫層(16)。
4.根據權利要求1所述的太陽能塔式熱發電新型高效接收器，其特征在于，所述吸熱管(8)采用多排交錯式布置。
5.根據權利要求1所述的太陽能塔式熱發電新型高效接收器，其特征在于，所述接收器模塊(3 )外包覆有保溫層(16 )。
6.根據權利要求5所述的太陽能塔式熱發電新型高效接收器，其特征在于，所述接收器模塊(3)為梯臺型或四方長條型或圓柱式。
7.根據權利要求5所述的太陽能塔式熱發電新型高效接收器，其特征在于，當所述接收器模塊(3)為梯臺型時，所述接收器模塊(3)靠近吸風口(4)的一面為梯臺的梯臺的頂面，遠離吸風口(4)的一面為梯臺的梯臺的底面，底面的面積大于頂面的面積,頂面和底面之間為翼板(17)。
8.一種利用權利要求1-7所述的太陽能塔式熱發電新型高效接收器內介質流動和換熱的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟液態的冷介質通過泵經過入口管(11)進入冷介質集管(12)，所述冷介質集管(12)中的液態的冷介質進入預熱管(7)預熱后到達預熱集管(15)進行均化，均化后的預熱介質再經過吸熱管(8)吸熱后再進入熱介質集管 (14)，通過熱介質集管(14)收集后通過出口管(13)排出。
9.根據權利要求8所述的太陽能塔式熱發電新型高效接收器內介質流動和換熱的方法，其特征在于，來自鏡場反射的太陽光(10)，經過熱風幕(9)投射到吸熱管(8)表面進行熱能交換，同時吸熱管(8)處形成的熱氣流受風機(5)形成的負壓影響，向接收器模塊(3) 內部流動，并與預熱管(7)進行熱交換，對入口管(11)內的冷介質(I)進行預熱；預熱后的冷介質(I)直接進入吸熱管(8 )吸熱后變成熱介質(2 )，這樣可提高換熱效率；與預熱管(7 ) 熱交換后的余熱氣流，通過吸風口(4)和風道(6)收集，并經風機(5)升壓后，返回到吸熱管 (8)前表面，并形成熱風幕(9)，來阻擋并減少接收器外部冷氣流與吸熱管(8)進行熱交換。
10.根據權利要求9所述的太陽能塔式熱發電新型高效接收器內介質流動和換熱的方法，其特征在于，太陽光(10)為來自鏡場反射的太陽光。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能塔式熱發電新型高效接收器。本發明能有效減小接收器的對流和輻射損失，提高接收器的能量轉換效率，提高接收器吸熱表面的單位熱負荷。發明包括一整套用于減小接收器對流損失的熱氣流回收利用系統；一種減小接收器輻射損失的吸熱管布置形式及應用方法；一個吸熱和預熱模塊化單元；一種余熱利用方法及形式。本發明通過創新，使傳統接收器暴露在大氣環境中的表面式換熱變成帶熱容積的表面式換熱形式。這種創新從根本上減少了接收器的對流和輻射損失，達到了提高接收器吸熱表面的單位熱負荷、提高接收器的能量轉換效率的目的。本發明結構簡單、運行控制方便、便于制造、安裝和維護。
文檔編號F24J2/10GK103047776SQ20121040553
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者張棟, 程國杰, 蘇志華 申請人:張棟, 程國杰, 蘇志華