本發(fā)明屬于太陽能熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及有效減少塔式太陽能吸熱器熱輻射損失的裝置。

背景技術(shù)：

近年來，隨著世界人口的劇增以及工業(yè)的快速發(fā)展，化石能源的大量利用造成了嚴(yán)重的能源危機(jī)，各國都在尋找可以替代化石能源的新能源。太陽能熱發(fā)電技術(shù)因其能量巨大、清潔無污染等優(yōu)勢逐漸被人們所利用。

太陽能熱發(fā)電技術(shù)分為塔式、槽式和碟式三種方式。相對于槽式和碟式熱發(fā)電技術(shù)，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)具有較高的聚光比(300-1000之間)、光熱轉(zhuǎn)換效率高以及發(fā)電成本低等優(yōu)點(diǎn)，商業(yè)應(yīng)用前景巨大。

塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要由定日鏡場、吸熱器、熔鹽儲罐、換熱器以及發(fā)電系統(tǒng)組成，吸熱器作為集熱系統(tǒng)的核心部件，用于吸收定日鏡場反射的太陽光，將熱輻射能傳遞給傳熱工質(zhì)?？諝庾鳛閭鳠峁べ|(zhì)經(jīng)過吸熱器可形成700℃以上的高溫?zé)峥諝?，傳熱工質(zhì)溫度越高，燃?xì)廨啓C(jī)的效率越高，則整個太陽能熱發(fā)電廠的光-電轉(zhuǎn)換效率越高。

目前大型塔式熱發(fā)電站的吸熱器多為裸露式，即吸熱器外壁面同時(shí)為聚光接收面和大氣交界面，目前塔式吸熱器的散熱損失中，尤其是在中高溫情況下，輻射散熱占總的熱損失的70％～90％，這些輻射散熱主要是通過吸熱器高溫外表面對上面的天空散熱和對下面的地面散熱損失掉的，在空氣清潔度和通透度非常好、無云的夜間或白天，吸熱器上部都是直接對宇宙輻射，宇宙背景溫度為4K(-269℃)，這是接吸熱器損失的主要原因。而吸熱器下部是對地面輻射散熱，地面溫度和環(huán)境溫度相同，一般在-30℃至30℃之間，這部分的輻射散熱損失并不大。吸熱器中的導(dǎo)熱介質(zhì)溫度越高，對宇宙的輻射熱損失就越大，其熱損失的大小直接關(guān)系到系統(tǒng)的光-熱效率。太陽能塔式熱發(fā)電系統(tǒng)中主要的熱損失為吸熱器與天空的熱輻射損失，減少吸熱器的熱輻射損失對提高整個電場的光-電轉(zhuǎn)換效率具有重大意義。同時(shí)塔式太陽能熱發(fā)電的吸熱器由于聚集大量太陽光，容易造成光污染問題，如何減少光污染也是塔式電站的一個重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在太陽能塔式發(fā)電系統(tǒng)中的吸熱器熱輻射損失大，容易造成光污染的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了有效減少塔式太陽能吸熱器熱輻射損失的裝置，設(shè)有的擋板能夠減少吸熱器與天空的熱輻射損失，從而提高塔式太陽能熱發(fā)電集熱系統(tǒng)的光-熱轉(zhuǎn)換效率；擋板還能起到緩解光污染的作用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：有效減少塔式太陽能吸熱器熱輻射損失的裝置，包括位于吸熱器頂部的支撐結(jié)構(gòu)和擋板，吸熱器的頂部安裝有吸熱器頂環(huán)，吸熱器頂環(huán)焊接有支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)包括圓筒、鋼條、支架和連接片，圓筒位于吸熱器頂環(huán)的中心處，圓筒上焊接有鋼條，鋼條以圓筒的軸線為中心呈向外散射狀，鋼條的另一端焊接在吸熱器圓環(huán)上，所述鋼條上焊接有支架，所述支架頂端焊接有連接片，所述連接片開設(shè)有螺栓孔；所述擋板包括擋板連接部和擋板圍擋部，擋板圍擋部與擋板連接部焊接為整個擋板；擋板連接部與連接片通過螺栓、螺母連接。

作為優(yōu)選，上述防輻射擋板呈梯型、圓臺型或半球型。

作為優(yōu)選，上述防輻射擋板的材料為鋁板、不銹鋼板或其他的耐腐蝕材料，如鋁合金，鉛等。

作為優(yōu)選，上述防輻射擋板為單層或雙層架構(gòu)，雙層擋板內(nèi)部為真空環(huán)境。

作為優(yōu)選，上述支撐結(jié)構(gòu)為碳鋼材料，其下端焊接在吸熱器頂部，上端通過螺栓連接擋板，起到支撐固定擋板作用。

作為優(yōu)選，上述擋板連接不與連接片之間設(shè)有墊片。

作為優(yōu)選，上述鋼條為3～5組，每組鋼條由上下兩根組成，位于上方的鋼條的一端焊接在圓筒的上沿處，位于下方的鋼條的一端焊接在圓筒的下沿處。

作為優(yōu)選，相鄰的每組鋼條之間設(shè)有加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋的一端焊接在圓筒上，加強(qiáng)筋的另一端焊接在吸熱器頂環(huán)上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過設(shè)置防輻射擋板，擋板阻擋了吸熱器向大氣輻射熱量，同時(shí)擋板反射回的輻射能可對吸熱器進(jìn)行二次加熱，減少真空集熱管與天空的熱輻射損失，有效提高槽式太陽能熱發(fā)電集熱系統(tǒng)的光-熱效率；擋板還減少了吸熱器聚集的光線向大氣散射，同時(shí)可有效減少光污染。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中的有效減少塔式太陽能吸熱器熱輻射損失的裝置的半球型結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)示意圖；

圖2是本發(fā)明中的有效減少塔式太陽能吸熱器熱輻射損失的裝置的支撐結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖3是本發(fā)明中的有效減少塔式太陽能吸熱器熱輻射損失的裝置的支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖4是本發(fā)明中的有效減少塔式太陽能吸熱器熱輻射損失的裝置的支撐結(jié)構(gòu)與擋板連接部位的局部示意圖；

圖5是本發(fā)明中的有效減少塔式太陽能吸熱器熱輻射損失的裝置的半球型結(jié)構(gòu)整體示意圖；

圖6是本發(fā)明中的有效減少塔式太陽能吸熱器熱輻射損失的裝置的梯型結(jié)構(gòu)整體示意圖；

圖7是本發(fā)明中的有效減少塔式太陽能吸熱器熱輻射損失的裝置的圓臺型結(jié)構(gòu)整體示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)例中的塔式集熱器的熱損失示意圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)例無防輻射擋板、單層防輻射擋板及雙層防輻射擋板對比效果圖；

其中：1-吸熱器；11-吸熱器頂環(huán)；

2-支撐結(jié)構(gòu)；21-圓筒；22-鋼條；23-加強(qiáng)筋；24-支架；25-連接片；

3-擋板；31-擋板連接部；32-擋板圍擋部；

4-螺栓；5-螺母；6-墊片；7-塔架。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供了有效減少塔式太陽能吸熱器熱輻射損失的裝置，如圖1至圖4所示，包括位于吸熱器1頂部的支撐結(jié)構(gòu)2和擋板3，吸熱器的頂部設(shè)有吸熱器頂環(huán)11；支撐結(jié)構(gòu)2包括圓筒21、鋼條22、支架24和連接片25，圓筒21位于吸熱器頂環(huán)11的中心處，圓筒21上焊接有鋼條22，鋼條22的一端焊接在圓筒21上，鋼條22的另一端焊接在吸熱器圓環(huán)(11)上，鋼條22以圓筒21的軸線為中心呈向外散射狀，鋼條22上焊接有支架24，支架24豎直向上，支架24頂端焊接有連接片25，連接片25開設(shè)有螺栓孔；擋板3包括擋板連接部31和擋板圍擋部32，擋板圍擋部32與擋板連接部31焊接為整個擋板3；擋板連接部31與連接片25通過螺栓4和螺母5連接。

圖2中的鋼條22為4組，則焊接在每組鋼條22上的支架24為4個，支架24為豎直向上的鋼條或鋼管，應(yīng)當(dāng)理解，鋼條22為3組(支架也為3個)，或鋼條22為5組(支架也為5個)也同樣適用于本發(fā)明。

圖1至圖4中，相鄰的每組鋼條22之間還設(shè)有加強(qiáng)筋23，加強(qiáng)筋23能夠增強(qiáng)支撐結(jié)構(gòu)2的牢固度。

圖4中，擋板連接部31和連接片25之間還設(shè)有墊片6，墊片6是為了起到緩沖作用，防止擋板連接部31受到連接片25的損傷。

圖5中的擋板3為半球形，擋板3為單層結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)理解，擋板3為雙層結(jié)構(gòu)時(shí)，由于雙層結(jié)構(gòu)的擋板3的內(nèi)部中空，具有更好的減少熱輻射損失的作用，擋板3將罩在吸熱器的上方和四周，能夠防止吸熱器1向天空進(jìn)行熱輻射，但是不阻擋地面鏡場射向集熱器1的光線。

圖6中的擋板3為梯形，擋板3為單層結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)理解，擋板3為雙層結(jié)構(gòu)時(shí)，由于雙層結(jié)構(gòu)的擋板3的內(nèi)部中空，具有更好的減少熱輻射損失的作用，擋板3將罩在吸熱器的上方和四周，能夠防止吸熱器1向天空進(jìn)行熱輻射，但是不阻擋地面鏡場射向集熱器1的光線。

圖7中的擋板3為圓臺形，擋板3為單層結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)理解，擋板3為雙層結(jié)構(gòu)時(shí)，由于雙層結(jié)構(gòu)的擋板3的內(nèi)部中空，具有更好的減少熱輻射損失的作用，擋板3將罩在吸熱器的上方和四周，能夠防止吸熱器1向天空進(jìn)行熱輻射，但是不阻擋地面鏡場射向集熱器1的光線。

如圖8所示，未加設(shè)擋板3的吸熱器1向天空和地面進(jìn)行熱輻射，根據(jù)實(shí)際情況，向天空熱輻射損失的熱量遠(yuǎn)大于向地面輻射損失的熱量。塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)中吸熱器的集熱溫度較高，內(nèi)部傳熱工質(zhì)可達(dá)600℃，目前在塔式吸熱器的散熱損失中，輻射散熱占總的熱損失的70％～90％，主要為吸熱器外壁與天空的熱輻射損失，吸熱器中的導(dǎo)熱介質(zhì)溫度越高，熱損失就越大，其熱損失的大小直接關(guān)系到系統(tǒng)的光-熱效率。

下面以塔式梯形擋板實(shí)際防止輻射損失為算例，計(jì)算擋板的應(yīng)用效果：

塔式吸熱器輻射損失示意圖如下：

其中1為吸熱器，2為地面，灰色箭頭為吸熱器向天空輻射的熱量，黑色箭頭為吸熱器向地面輻射的熱量。

根據(jù)塔式接收器的實(shí)際工況，近似估算吸熱器對天空的輻射散熱情況。其中1為吸熱器，2為地面，3為擋板。接收器高H＝6.2m，直徑d＝5.1m。現(xiàn)在假設(shè)四種工況，吸熱器表面溫度T₁＝500℃，環(huán)境溫度為T₂，擋板與地面均取環(huán)境溫度T₂＝T₃，即。吸熱器向天空輻射散熱，并接受一定范圍內(nèi)大地的輻射。

(1)工況一，夏季白天：T₁＝500℃，T₂＝30℃；

(2)工況二，夏季夜晚：T₁＝500℃，T₂＝25℃；

(3)工況三，冬季白天：T₁＝500℃，T₂＝-10℃；

(4)工況四，冬季夜晚：T₁＝500℃，T₂＝-20℃。

計(jì)算方法如下：

1)在工況1，沒有擋板的情況下，吸熱器對天空輻射散熱。根據(jù)輻射計(jì)算公式，將吸熱器定義為黑體，發(fā)射率ε為1，宇宙溫度T₀＝4K，則吸熱器與天空的輻射換熱量為

2)在有擋板的情況下，集熱管對擋板輻射散熱。擋板形狀為梯形，擋板與吸熱器之間的夾角為60°，根據(jù)角系數(shù)公式

根據(jù)輻射計(jì)算公式，假定擋板材質(zhì)為拋光未氧化鋁，發(fā)射率ε₁為0.02，則吸熱器與擋板的輻射換熱量為

由此可以得出，擋板每平米所能擋住的能量占集熱管向天空損失能量的

同理，其余工況的遮擋效率分別為

η₂＝98.5％

η₃＝98.4％

η₄＝98.2％

由此可見，無論在何種工況下，每平米擋板遮擋吸熱器輻射能量都能達(dá)到98％。

3)單層擋板與雙層擋板的效果差異計(jì)算

擋板為雙層時(shí)，內(nèi)層擋板表面溫度T₁＝20℃，外層擋板表面溫度T₂＝5℃，擋板的透射率ε＝0.02，則

即吸熱器輻射在擋板上的能量，每平米僅有0.8w的熱量散失到真空中，由此可見，雙層擋板結(jié)構(gòu)對于減少輻射能量的損失起到了非常關(guān)鍵的作用，顯而易見吸熱器添加擋板后所能帶來的可行性與經(jīng)濟(jì)效益。

上述的四種工況的熱損失情況如圖9所示，橫坐標(biāo)的1/2/3/4分別對應(yīng)工況一至工況四，圖中的a是未加設(shè)擋板3時(shí)的熱輻射損失，b是使用單層擋板3時(shí)的熱輻射損失，c為使用雙層擋板3時(shí)的熱輻射損失；顯然，無論是使用單層擋板還是雙層擋板，都能夠大幅減少熱損失，使用單層擋板后熱輻射損失減少75％以上，使用雙層擋板后，熱輻射損失減少85％以上。

以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。