專利名稱：一種太陽能光熱接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種應(yīng)用于太陽能熱利用領(lǐng)域的太陽能光熱接收裝置。
背景技術(shù)：
隨著太陽能等可再生能源利用在全世界蓬勃發(fā)展，太陽能聚熱發(fā)電(CSP)逐步為人們所認識，在CSP體系中，吸熱傳熱部分具有非常重要的地位。太陽能的集熱系統(tǒng)中的換熱介質(zhì)，目前主要采用導熱油為傳熱工質(zhì)，經(jīng)導熱油-蒸汽換熱器后產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動常規(guī)蒸汽輪機帶動發(fā)電機組發(fā)電；目前國際太陽能集熱技術(shù)的換熱介質(zhì)的替代品有熔融鹽類材料，例如意大利的ENEA研究的熔鹽介質(zhì)集熱器，熔鹽介質(zhì)結(jié)晶點較高，大多在230至260°C左右，但當前熔融鹽主要用于熱儲能。最有前景的傳熱介質(zhì)為利用水直接作為換熱介質(zhì)的直接蒸汽發(fā)生(DSG)技術(shù)；該技術(shù)已經(jīng)試驗多年，其與蒸汽鍋爐受熱管道運行原理相似，以水為工質(zhì)，將低溫水自吸熱管路一端注入，水在沿管路軸向行進過程中吸熱逐漸升溫，達到·沸點后變?yōu)轱柡驼羝?，再繼續(xù)吸熱變?yōu)檫^熱蒸汽。目前的太陽能光熱接收裝置主要包括槽式太陽能光熱的集熱器系統(tǒng)、菲涅爾陣列槽式的接收裝置和塔式的中央接收裝置。常見槽式集熱器系統(tǒng)由多根真空集熱器串聯(lián)組成，如圖I所示，常見的真空集熱器，隨著接收管壁溫度變化單位長度損失的熱量，很明顯外部溫度升高，損失量越加明顯，例如在管道壁面溫度為400°c時，單位長度損失熱量為250W/m，該集熱器處于靜態(tài)真空環(huán)境中，但隨著使用年限的增長，內(nèi)部真空度下降，熱利用效率逐年下降，因真空集熱器本身價格昂貴，替換成本也異常高昂；再者因為集熱器內(nèi)部的吸收管尺寸較小，對鏡場的曲面反射鏡要求很高，同時對曲面鏡的安裝、支撐曲面反射鏡的框架安裝及驅(qū)動曲面反射鏡的精度提出更高的要求，使得槽式太陽能光熱太陽島成本居高不下。對于菲涅爾陣列槽式的接收裝置，由于菲涅爾聚光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和跟蹤本身原因，接收開口較槽式集熱器所需開口要大，聚光倍率稍低；很難實施真空，對應(yīng)熱量損失較大，一般大約為真空集熱器單位長度內(nèi)熱量損失的2倍，如何降低傳統(tǒng)菲涅爾系統(tǒng)損失，提高吸熱效率成為重要的研究方向。對于塔式的中央接收裝置常見于空腔式接收器，該接受器只能滿足某個方向的接收，對于另外方向入射的太陽光無能為力；低成本、簡易接收器的開發(fā)也在進一步的研究當中。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種可應(yīng)用于太陽能光熱應(yīng)用領(lǐng)域的高效太陽能光熱接收裝置。本實用新型提供了一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，所述太陽能光熱接收裝置由密封結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)內(nèi)部的太陽能光熱接收器組成；所述太陽能光熱接收器包括輔吸收換熱管道和主吸收換熱管道，所述輔吸收換熱管道內(nèi)部換熱介質(zhì)溫度低于主吸收換熱管道內(nèi)部的換熱介質(zhì)溫度；輔吸收換熱管道接收主吸收換熱管道釋放的熱量和/或接收主吸收換熱管道未接收的太陽光熱量；太陽能光熱接收裝置通過所述太陽能光熱接收器的管道內(nèi)部流動的換熱介質(zhì)帶走熱量；實現(xiàn)輔吸收換熱管道能夠吸收主吸收換熱管道散失的熱量，提高系統(tǒng)熱利用效率。進一步地，所述太陽能光熱接收器還包括輔吸收換熱管道和主吸收換熱管道之間布置的輔助聚光裝置，所述輔助聚光裝置輔助主吸收換熱管道獲得更多聚光熱量。優(yōu)選地，所述輔吸收換熱管道貼近所述輔助聚光裝置布置，以降低所述輔助聚光裝置的溫度，減少熱輻射、增加對主吸收換熱管道散失熱量的吸收、延長使用壽命。進一步地，所述密封結(jié)構(gòu)包括太陽能光熱接收器的輔助聚光裝置開口處布置的蓋板玻璃、包覆所述太陽能光熱接收器背部的覆蓋材料和所述太陽能光熱接收裝置端部擋板，三者形成封閉的空間；會聚的太陽光穿過蓋板玻璃進入密封結(jié)構(gòu)內(nèi)部，入射至輔助聚光裝置和吸收換熱裝置表面。進一步地，所述輔吸收換熱管道與主吸收換熱管道在輔吸收換熱管道的換熱介質(zhì) 流出端與主吸收換熱管道的換熱介質(zhì)流入端進行連通。進一步地，所述密封結(jié)構(gòu)為兩端封閉且內(nèi)部容納吸收換熱裝置和/或輔助聚光裝置的一段或多段串聯(lián)的玻璃管。優(yōu)選地，所述密封結(jié)構(gòu)內(nèi)部處于靜態(tài)真空狀態(tài)或動態(tài)真空狀態(tài)，以減少內(nèi)部的熱
量損失。進一步地，所述輔助聚光裝置布置于太陽能接收換熱器的附近位置，將會聚穿過蓋板玻璃或玻璃套管的未直接入射的太陽光再次反射至主吸收換熱管道表面；而太陽能接收換熱器道接收直接入射和通過再次反射至表面的太陽光轉(zhuǎn)化成熱量，輸送出系統(tǒng)的外部。進一步地，所述輔吸收換熱管道包括多根在輔助聚光裝置后部布置的金屬管道；該輔吸收換熱管道外部溫度較低，能吸收主吸收換熱管道釋放出的熱量，從而減少所述太陽能光熱接收裝置向外部釋放的熱量，提高系統(tǒng)的熱利用效率。進一步地，所述換熱介質(zhì)流經(jīng)輔吸收換熱管道后再流經(jīng)主吸收換熱管道，完成進一步地換熱。進一步地，所述太陽能光熱接收器內(nèi)部流動的換熱介質(zhì)為導熱油、熔融鹽、水或氣體。進一步地，所述太陽能光熱接收裝置應(yīng)用于槽式光熱聚光系統(tǒng)、菲涅爾陣列式光熱聚光系統(tǒng)和塔式光熱聚光系統(tǒng)中。

圖I是常見真空集熱器管壁隨溫度變化單位長度損失功率變化曲線圖；圖2是本實用新型第一實施例的太陽能光熱接收裝置結(jié)構(gòu)橫截面示意圖；圖3是本實用新型第二實施例的太陽能光熱接收裝置結(jié)構(gòu)橫截面示意圖；圖4是本實用新型第三實施例的太陽能光熱接收裝置結(jié)構(gòu)橫截面示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本實用新型的具體實施方案進行詳細的說明。圖2是本實用新型第一實施例的太陽能光熱接收裝置結(jié)構(gòu)橫截面示意圖。如圖2所示，太陽能光熱接收裝置由密封結(jié)構(gòu)I和密封結(jié)構(gòu)I內(nèi)部的太陽能光熱接收器2組成；所述太陽能光熱接收器2包括輔吸收換熱管道17和主吸收換熱管道16,所述輔吸收換熱管道17內(nèi)部換熱介質(zhì)溫度低于主吸收換熱管道16內(nèi)部的換熱介質(zhì)溫度；輔吸收換熱管道17接收主吸收換熱管道16釋放的熱量和/或接收主吸收換熱管道16未接收的太陽光熱量；太陽能光熱接收裝置通過太陽能光熱接收器2內(nèi)部流動的換熱介質(zhì)帶走熱量；在太陽能光熱接收器2還包括輔吸收換熱管道17和主吸收換熱管道16之間布置的輔助聚光裝置3，輔助聚光裝置3輔助主吸收換熱管道16獲得更多聚光熱量。太陽能光熱接收裝置為線性太陽能接收裝置，由至少一個所述線性太陽能光熱接收器組成，布置在線性聚光系統(tǒng)的焦線位置。密封結(jié)構(gòu)I包括太陽能光熱接收器的輔助聚光裝置3開口處布置的蓋板玻璃14、包覆所述太陽能光熱接收器背部的覆蓋材料15和所述太陽能光熱接收裝置端部擋板，三者形成封閉的空間；該密封結(jié)構(gòu)I的內(nèi)部空間通過填充清潔空氣或者惰性氣體，使密封結(jié)構(gòu)I的內(nèi)部空間處于微正壓狀態(tài)，減少灰塵進入密閉系統(tǒng)內(nèi)部的概率；會聚的太陽光穿過蓋板玻璃14進入密封結(jié)構(gòu)I內(nèi)部，入射至輔助聚光裝置3和主吸收換熱管道16表面。輔助聚 光裝置3布置于主吸收換熱管道16的附近位置，將會聚穿過蓋板玻璃14的未直接入射的太陽光再次反射至主吸收換熱管道16表面；而主吸收換熱管道16接收直接入射和通過再次反射至表面的太陽光轉(zhuǎn)化成熱量，輸送出系統(tǒng)的外部。輔吸收換熱管道17為多個陣列布置的金屬細管；例如布置于輔助聚光裝置3后部的陣列的金屬細管103和金屬細管105 ;優(yōu)選地，輔吸收換熱管道17的管道表面設(shè)置有翅片結(jié)構(gòu)，更加便利地吸收主吸收換熱管道16釋放的熱量；輔吸收換熱管道17內(nèi)的換熱介質(zhì)溫度低于與所述主吸收換熱管道16內(nèi)的換熱介質(zhì)溫度；使得輔吸收換熱管道17能吸收主吸收換熱管道16釋放出的熱量，降低太陽能光熱接收器后部區(qū)域的溫度，從而減少光熱接收裝置向外部釋放的熱量，所述換熱介質(zhì)流經(jīng)輔吸收換熱管道后，吸收了部分主吸收換熱管道散失的熱量，溫度升高；該換熱介質(zhì)再流經(jīng)主吸收換熱管道，接收匯聚太陽光的能量進一步升高溫度并換熱輸出。由于一般太陽島的換熱循環(huán)系統(tǒng)中換熱介質(zhì)入口溫度遠低于出口溫度，此設(shè)計可以使所述換熱器與環(huán)境之間的大部分保溫界面溫差得以大幅降低；同時，由于輔助聚光裝置3緊靠低溫的輔吸收換熱管道17，從而可以保持較低的溫度，不但能夠有效延長所述輔助聚光裝置3的可靠性和使用壽命，還能降低該輔助聚光裝置的熱輻射量；綜合下來，提高系統(tǒng)的整體效率。進一步地，該太陽能光熱接收裝置內(nèi)部流動的換熱介質(zhì)為導熱油(導姆油)、融鹽體系、水或氣體(空氣、壓縮空氣或惰性氣體)；優(yōu)選地，所述換熱介質(zhì)為水，在太陽能光熱接收裝置內(nèi)部實現(xiàn)相變換熱，在系統(tǒng)內(nèi)部直接完成蒸汽的發(fā)生(DSG)。另外，太陽能光熱接收器的輔吸收換熱管道后部布置有隔熱保溫裝置，具體在金屬細管陣列的外部布置具有低熱導率和耐高溫的隔熱保溫材料18，例如氣凝膠絕熱材料，以進一步隔絕熱量向系統(tǒng)外部釋放。另外，該實施例中，換熱介質(zhì)從輔吸收換熱裝置的入口端流入，到達輔吸收換熱裝置的末端后進入附近的主吸收換熱裝置的入口端，與輔吸收換熱裝置平行但折返流回到主吸收換熱裝置的末端，輔吸收換熱裝置入口端與主吸收換熱裝置的末端相鄰，可以實現(xiàn)太陽能光熱接收裝置的換熱介質(zhì)在相近位置輸入和輸出，減少管道布置成本、降低熱損失、方便系統(tǒng)參數(shù)的管控調(diào)節(jié)。本實用新型可實現(xiàn)對太陽能光熱的高效吸收初步估計，輔吸收換熱管道17能接收主吸收換熱管道16釋放熱量的40%以上的能量(傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中這部分能量會穿過隔熱保溫裝置后散失到環(huán)境中)，在常見的DSG接收裝置中，假定主吸收換熱管道16能正常接收裝置總熱量的85%，直接損失的熱量占總系統(tǒng)熱量的15%，因輔吸收換熱管道17能接收損失熱量的40%,即能回收占總系統(tǒng)熱量的6%，粗略估計相當于提高了太陽能光熱接收裝置的總體接收能力6% ;在正常運行20年中能獲得非常不錯的回報。圖3是本實用新型第二實施例的太陽能光熱接收裝置結(jié)構(gòu)橫截面示意圖；如圖3所示，太陽能光熱接收裝置，包括密封結(jié)構(gòu)301，密封結(jié)構(gòu)301內(nèi)部的太陽能光熱接收器302和輔助聚光裝置303 ;該太陽能光熱接收器302包括輔吸收換熱管道317和主吸收換熱管道316 ;實施同一側(cè)的換熱介質(zhì)輸入和輸出。該密封結(jié)構(gòu)301為兩端封閉且由一段或多段串聯(lián)組成的玻璃管315，會聚的太陽光穿過玻璃管315進入密封結(jié)構(gòu)301內(nèi)部，入射至輔助聚光裝置303和主吸收換熱管道316表面。優(yōu)選地，由于玻璃管具有良好的機械承壓能力，該密封結(jié)構(gòu)301內(nèi)部處于真空狀態(tài)或動態(tài)真空狀態(tài)，以進一步減少內(nèi)部的熱量損失。輔助聚光裝置303布置于主吸收換熱管道316的附近位置，將會聚穿過玻璃管315的未直接入射的太陽光再次反射至主吸收換熱管道316表面；而主吸收換熱管道316接收直接入射和通過再次反射至表面的太陽光轉(zhuǎn)化成熱量，輸送出系統(tǒng)的外部。輔吸收換熱管道317包括多根沿輔助聚光裝置303陣列平行布置的金屬細管，例如金屬細管307和金屬細管309 ;該輔吸收換熱管道317外部溫度較低，能吸收較多主吸收換熱管道316釋放出的熱量，降低隔 熱保溫材料318的隔熱溫差，從而減少系統(tǒng)向外部釋放的熱量，系統(tǒng)的熱利用效率。在金屬細管陣列的外部布置具有低熱導率和耐高溫的隔熱保溫材料318，例如氣凝膠絕熱材料，以隔絕熱量向系統(tǒng)外部釋放。圖4是本實用新型第三實施例的太陽能光熱接收裝置結(jié)構(gòu)橫截面示意圖。圖4示意圖該太陽能光熱接收裝置應(yīng)用于槽式光熱聚光系統(tǒng)的實施例，傳統(tǒng)的槽式光熱聚光系統(tǒng)，由多根真空集熱管相互串聯(lián)布置獲得和傳輸能量；單根真空集熱管的成本高昂，且很難保證長時間，尤其是在電廠的設(shè)計運行年限(一般為25年)的時間內(nèi)保持高效的真空狀態(tài)，勢必引起真空集熱管隨著使用時間的延伸，散熱量逐年增加；在槽式聚光系統(tǒng)中，光學系統(tǒng)的有效接收寬度為玻璃管內(nèi)部金屬吸熱管的直徑，因此對曲面反射鏡的制造和安裝提出了很高的要求，其接收范圍的狹窄和逐年的熱量損失對高精度的生產(chǎn)和安裝、鏡場框架的安裝和鏡面的追日跟蹤提出更高的要求，綜合作用下造成太陽島整體成本居高不下；如圖4所示，實施例的太陽能光熱接收裝置包括密封結(jié)構(gòu)401、密封結(jié)構(gòu)401內(nèi)部的太陽能光熱接收器402 ;該太陽能光熱接收器402包括輔吸收換熱管道417和主吸收換熱管道416 ；輔吸收換熱管道417與主吸收換熱管道416相鄰平行布置；輔吸收換熱管道417和主吸收換熱管道416通過內(nèi)部流動的換熱介質(zhì)帶走熱量；密封結(jié)構(gòu)401為兩端封閉且內(nèi)部包覆太陽能光熱接收器402的玻璃管；密封結(jié)構(gòu)401的內(nèi)部空間處于常壓或微正壓狀態(tài)或者所述密封結(jié)構(gòu)內(nèi)部處于靜態(tài)真空狀態(tài)或動態(tài)真空狀態(tài)；該實施例的太陽能光熱接收裝置中，光學設(shè)計依然將主吸收換熱管道416作為聚光焦點，當由于反射鏡精度和/或支架精度和/或跟蹤精度不足的原因，致使匯聚光線偏離并超出主吸收換熱管道416的直徑a的范圍時，超出的那部分光線只要還處在輔吸收換熱管417陣列開口范圍b以內(nèi)，就可以被輔吸收換熱管417接收，從而將太陽能光熱接收裝置的有效光學接收開口寬度變大(由a變?yōu)閎，如圖4所示,主吸收換熱管416直徑為a和輔吸收換熱管道417陣列開口寬度為b),同時輔吸收換熱管道417還可在環(huán)狀空間的大部分扇區(qū)吸收主吸收換熱管道416外表釋放出來的熱量，很好地綜合提高系統(tǒng)的熱利用效率，即使在系統(tǒng)的真空度發(fā)生下降或常壓狀態(tài)的情況下，也能提升集熱器的整體熱利用效率；另外還可在輔吸收換熱管道417、主吸收換熱管道416之間加入輔助聚光裝置，進一步提高主吸收換熱管道的聚光能力。在金屬細管陣列的外部布置具有低熱導率和耐高溫的隔熱保溫材料418，例如氣凝膠絕熱材料，以隔絕熱量向系統(tǒng)外部釋放。本設(shè)計可以使有效光學接收開口寬度增大，降低槽式光熱鏡場系統(tǒng)的光學會聚精度要求，即提高了曲面鏡加工容差范圍、鏡場安裝容差范圍和太陽光跟蹤會聚的容差范圍，能實現(xiàn)降低整個太陽島的成本的目的。該太陽能光熱接收裝置應(yīng)用于菲涅爾陣列式光熱聚光系統(tǒng)，良好地克服菲涅爾陣列式鏡場較槽式光熱聚光系統(tǒng)稍弱的會聚光能力，以及因太陽能光熱接收裝置難以整體處于真空狀態(tài)造成大于槽式光熱聚光系統(tǒng)的散熱損失問題；在保證菲涅爾陣列系統(tǒng)良好的綜合熱量接收效率的同時，使菲涅爾陣列式光熱聚光系統(tǒng)的占地面積小、抗風能力強、造價低、跟蹤簡單、建設(shè)運維成本低的優(yōu)勢得到更好發(fā)揮。該太陽能光熱接收裝置能應(yīng)用于塔式聚光接收裝置中，增加系統(tǒng)容錯能力的同時，能有效提高熱能接收效率。 顯而易見，在不偏離本實用新型的真實精神和范圍的前提下，在此描述的本實用新型可以有許多變化。因此，所有對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可以預見的改變，都應(yīng)包括在本權(quán)利要求書所涵蓋的范圍之內(nèi)。本實用新型所要求保護的范圍由所述的權(quán)利要求書進行限定。
權(quán)利要求1.一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，所述太陽能光熱接收裝置由密封結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)內(nèi)部的太陽能光熱接收器組成；所述太陽能光熱接收器包括輔吸收換熱管道和主吸收換熱管道，所述輔吸收換熱管道內(nèi)部換熱介質(zhì)溫度低于主吸收換熱管道內(nèi)部的換熱介質(zhì)溫度；輔吸收換熱管道接收主吸收換熱管道釋放的熱量和/或接收主吸收換熱管道未接收的太陽光熱量；太陽能光熱接收裝置通過所述太陽能光熱接收器的管道內(nèi)部流動的換熱介質(zhì)帶走熱量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，所述太陽能光熱接收器還包括輔吸收換熱管道和主吸收換熱管道之間布置的輔助聚光裝置，所述輔助聚光裝置輔助主吸收換熱管道獲得更多聚光熱量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，所述太陽能光熱接收裝置為線性太陽能接收裝置，由至少一個所述線性太陽能光熱接收器組成，布置在線性聚光系統(tǒng)的焦線位置。
4.根據(jù)要求要求3所述的一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，所述輔吸收換熱管道為多個陣列布置的金屬細管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于；所述換熱介質(zhì)流經(jīng)輔吸收換熱管道后再流經(jīng)主吸收換熱管道。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，在所述的輔吸收換熱管道后部布置有隔熱保溫裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，所述輔吸收換熱管道貼近所述輔助聚光裝置布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，所述密封結(jié)構(gòu)包括太陽能光熱接收器的輔助聚光裝置開口處布置的蓋板玻璃、包覆所述太陽能光熱接收器背部的覆蓋材料和所述太陽能光熱接收裝置端部擋板，三者形成封閉的空間。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，所述密封結(jié)構(gòu)為兩端封閉且由一段或多段串聯(lián)組成的玻璃管。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，所述密封結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間處于微正壓狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，所述密封結(jié)構(gòu)內(nèi)部處于靜態(tài)真空狀態(tài)或動態(tài)真空狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，所述太陽能光熱接收器內(nèi)部流動的換熱介質(zhì)為導熱油、熔融鹽、水或氣體。
專利摘要本實用新型提供一種太陽能光熱接收裝置，其特征在于，所述太陽能光熱接收裝置由密封結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)內(nèi)部的太陽能光熱接收器組成；所述太陽能光熱接收器包括輔吸收換熱管道和主吸收換熱管道，所述輔吸收換熱管道內(nèi)部換熱介質(zhì)溫度低于主吸收換熱管道內(nèi)部的換熱介質(zhì)溫度；輔吸收換熱管道接收主吸收換熱管道釋放的熱量和/或接收主吸收換熱管道未接收的太陽光熱量；太陽能光熱接收裝置通過所述太陽能光熱接收器的管道內(nèi)部流動的換熱介質(zhì)帶走熱量。該太陽能光熱接收裝置可應(yīng)用于槽式光熱聚光系統(tǒng)、菲涅爾陣列式光熱聚光系統(tǒng)和塔式聚光光熱接收裝置中。
文檔編號F24J2/46GK202734300SQ20122025480
公開日2013年2月13日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者劉陽 申請人:北京兆陽能源技術(shù)有限公司, 劉陽