用于測試和評估在高溫操作下的傳熱元件的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及在基于太陽能的熱電廠和太陽能儲熱應(yīng)用中使用的傳熱元件，并且特 別地設(shè)及一種用于該樣的元件的性能評估的測試裝備（set-up)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著諸如煤炭、石油等的不可再生能源的連續(xù)消耗，正尋找替代能源W用于各種 應(yīng)用。該種重要的和不受限制的能源之一是太陽能，其在最近幾年中已經(jīng)吸引了最多的研 究關(guān)注。例如集中太陽能發(fā)電的一些系統(tǒng)已經(jīng)被設(shè)計W采集和儲存太陽能。
[0003] 在集中太陽能發(fā)電（CSP)中，多個太陽追蹤集中器將太陽光聚焦在接收器上。接 收器包括被加熱的傳熱流體。采集的能量用于產(chǎn)生蒸汽、或儲存為用于W后在蒸汽產(chǎn)生中 使用的熱能。在傳統(tǒng)的汽輪發(fā)電機中使用最終產(chǎn)生的蒸汽W發(fā)電。
[0004] 在遍及全世界建立的大多數(shù)CSP廠中，使用的HTF通常是油基或烙融鹽。關(guān)于油基 HTF的主要問題是碳氨化合物的分解高于400°C，其限定了太陽能收集器（拋物槽）的操作 溫度。另外，高至400°C的油基HTF的可用性也受限。諸如硝酸鹽（NaN03和KN03)的混合 物的烙融鹽可W用于高溫操作，主要在高至560°C的太陽能塔中。然而，烙融鹽的處理非常 具有挑戰(zhàn)性且是危險的，特別是當鹽在溫度低于230°C凍結(jié)時在基于拋物槽的CSP系統(tǒng)中。
[0005] 由于CSP裝置是為了在基本上更高的溫度操作，W便與其它的替代技術(shù)相比而改 善經(jīng)濟性，所W幾個拋物槽企業(yè)正在探查（explore)將允許在高得多的溫度操作的替代 HTF。當前正在研究中的HTF的例子包括烙融鹽、用于直接產(chǎn)生蒸汽的水、有機娃、離子液 體、和芳姪雜環(huán)蒙（polyaromaticnapthalenes)。此外，研究人員也一直考慮將納米顆粒滲 入到該種流體W改善它們在高溫下的熱容量、傳熱率、和/或熱穩(wěn)定性。
[0006] 因此，當務(wù)之急在于具有用于全面地測試和評估在高溫條件下的HTF的機制。
[0007] 另一個當務(wù)之急在于測試和評估在所述條件下的其它類型的傳熱元件（諸如換 熱器）。
[0008] 本發(fā)明的目的：
[0009] 本發(fā)明的另一個目的是測試和評估在高溫下操作的傳熱元件（例如，傳熱流體 化T巧）。
[0010] 本發(fā)明的另一個目的是使用上述模擬，執(zhí)行對在高溫下的HTF的循環(huán)耐久性測 試。
[0011] 本發(fā)明的又一個目的是通過上述模擬評估在高溫條件下的另一個傳熱元件，即換 熱器元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在本發(fā)明的一個實施例中，已經(jīng)描述了用于測試和評估在高溫操作中的傳熱元件 的方法。該方法W將傳熱流體腳巧和第二（secondary)流體引入到至少一個換熱器中為 開始。測量至少一個與在HTF和第二流體之間的傳熱有關(guān)的熱力學參數(shù)。此后，基于所測 量的與第二流體有關(guān)的熱力學參數(shù)確定所述HTF的至少一個熱物理參數(shù)。最后，基于所述 HTF的至少一個熱物理參數(shù)對傳熱流體進行分級（grade)或評級（rate)。
[0013] 在本發(fā)明的另一個實施例中，本發(fā)明描述了用于測試和評估在高溫操作中的傳熱 元件的系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，引入部件將傳熱流體（HT巧和第二流體向用于在HTF和第二流體 之間傳熱的換熱器引入。測量部件測量至少一個與在HTF和第二流體之間的傳熱有關(guān)的熱 力學參數(shù)。處理至少基于至少一個測量的與第二流體有關(guān)的熱力學參數(shù)，確定所述HTF的 至少一個熱物理參數(shù)。最后，分級部件基于所確定的所述傳熱流體的熱物理參數(shù)對HTF進 行分級或評級。
[0014] 為了使得本發(fā)明的優(yōu)點和特征進一步清楚，將參考本發(fā)明的在附圖中示出的特定 實施例給出本發(fā)明的更具體說明。應(yīng)理解，該些附圖只描繪了本發(fā)明的典型實施例，所W不 被認為是對其范圍的限定。將通過附圖描述和說明本發(fā)明的額外特征和細節(jié)。
【附圖說明】
[0015] 當參考附圖閱讀W下詳細說明時，本發(fā)明的該些及其它特征、方面和優(yōu)點將變得 更好理解，其中在整個附圖中相同的字符表示相同的部分，其中；
[0016] 圖1示出了對應(yīng)于本發(fā)明的實施例的流程圖；
[0017] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的詳細內(nèi)部構(gòu)造郝
[001引圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的本發(fā)明通過控制流程圖的示例性實施方 式。
[0019] 此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解附圖中的元件為簡單起見而示出并且可W不必然地 按比例描繪。例如，流程圖示出了根據(jù)幫助改善對本發(fā)明的各方面的理解而設(shè)及的最重要 步驟的方法。此外，根據(jù)設(shè)備的構(gòu)造，可W通過傳統(tǒng)符號在附圖中表示設(shè)備的一個或多個構(gòu) 件，并且附圖可W僅僅示出與理解本發(fā)明的實施例有關(guān)的那些具體細節(jié)，W便不會使具有 對受益于此處的說明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說容易顯而易見的細節(jié)的附圖難W理解。
【具體實施方式】
[0020] 為了提高對本發(fā)明的原理的理解，現(xiàn)在將參考附圖中示出的實施例，并且將使用 特定語言描述該實施例。盡管如此，將理解由此意圖不限制本發(fā)明的范圍，示出的系統(tǒng)的該 種變化和進一步的改變、W及其中示出的本發(fā)明原理的該種進一步應(yīng)用被考慮為對于本發(fā) 明相關(guān)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將通常發(fā)生。
[0021] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解上述一般說明及W下的詳細說明是對本發(fā)明的示范和解 釋，而不意圖限制其。
[0022] 在整個此說明書中對"一方面"、"另一個方面"或相似語言的引用意味著與實施例 有關(guān)地描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。由此，在整個此 說明書中短語"在實施例中"、"在另一個實施例中"及相似語言的出現(xiàn)可W但不必須全部指 相同的實施例。
[0023] 術(shù)語"包括"、"包含"或其任何其它改變意圖覆蓋非排他性包含，使得包括步驟列 表的處理或方法不僅僅包括該些步驟，而是可W包括未明確列出或者該種處理或方法所固 有的其它步驟。類似地，通過"包括......"進行的一個或多個設(shè)備或子系統(tǒng)或元件或結(jié)構(gòu) 或構(gòu)件在沒有進一步制約的情況下不排除其它設(shè)備或其它子系統(tǒng)或其它元件或其它結(jié)構(gòu) 或其它構(gòu)件或附加設(shè)備或附加子系統(tǒng)或附加元件或附加結(jié)構(gòu)或附加構(gòu)件的存在。
[0024] 除非另外限定，，在此使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語具有如本發(fā)明所屬于的本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員所通常理解的相同含義。在此提供的系統(tǒng)、方法、和例子僅僅是說明性的，而 并非意圖進行限制。
[0025] 下面將參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。
[0026] 在任何基于太陽能的CSP發(fā)電廠中的傳熱流體是發(fā)電的主要因素。在CSP發(fā)電廠 中采用任何開發(fā)的HTF之前，HTF需要對其屬性（包括HTF的熱物理屬性、循環(huán)耐久性和性 能測試等）進行詳細評估。HTF的熱物理屬性或性能指標包括它的沸點、烙點、在操作范圍 內(nèi)的蒸氣壓力、熱導率、粘度、密度和熱容量。該些屬性限定在太陽能CSP發(fā)電廠中特定HTF 能夠有效地輸送熱量的參數(shù)和條件的范圍。
[0027] 諸如粘度和密度的屬性是HTF的累的能力的指標。熱容量和熱導率分別是HTF熱 量保持能力和釋放收集器（或下游換熱器）中的熱量的能力的指標。HTF的熱穩(wěn)定性也是 對于該種高溫應(yīng)用的非常重要的參數(shù)。如粘度、熱導率、密度和熱容量的上述熱物理屬性是 通常通過依賴基于差示掃描量熱計值SC)、激光閃光系統(tǒng)、流變儀等的不同分析測試而評估 的基本材料屬性。通常在室溫下或略微地高于室溫對少量樣品執(zhí)行該些測試。
[002引然而，上述熱物理屬性改變溫度條件的sa函數(shù)。所W，該種傳熱流體在真實系統(tǒng) 中的性能不僅取決于材料屬性，而且取決于動態(tài)操作條件和換熱器幾何形狀。此外，在實驗 室條件下在少量流體上執(zhí)行HTF的循環(huán)測試/耐久性測試，其無法提供實際的估計。此外， 在400°C操作條件使用的大部分HTF是兩相系統(tǒng)，其在達到大約250-270°C的溫度時變成氣 相。在該種極端的條件下，在標準的實驗室設(shè)備下測量熱物理屬性進一步變得相當困難。
[0029] 因此，隨著傳熱流體種類不斷發(fā)展，改進的測試和評估方法是當務(wù)之急，W便W更 實際的方式在更高的操作溫度（400°C或更多）及在動態(tài)操作條件下，關(guān)于HTF的整體性能、 與系統(tǒng)的兼容性等，研究上述熱物理屬性對HTF的傳熱特性的綜合影響。
[0030] 為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種方法和一種包含所述方法的測試裝備（裝 置），用于對傳熱流體（HT巧的熱物理屬性和傳熱特性的改進的測試和評估。基于對如在 CSP廠、太陽能儲熱設(shè)備或任何其它基于太陽能的熱電廠中普遍的操作條件的模擬，執(zhí)行該 種測試和評估。
[0031] 此外，本發(fā)明也可W用于對HTF的循環(huán)測試、W及對在CSP廠及其它類似的基于太 陽能的熱電廠內(nèi)采用的不同換熱器的評估。
[0032] 現(xiàn)在參照圖1，能夠看出本發(fā)明描述了一種用于測試和評估在高溫操作下的傳熱 元件的方法，該方法包括：
[0033] 引入（步驟102)傳熱流體（HT巧