[發(fā)明專利]一種新型太陽能集熱器

有效

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• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN103104995A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉陽
• 申請（專利權(quán)）人: 北京兆陽能源技術(shù)有限公司
• 主分類號: F24J2/30
• 分類號: F24J2/30;F24J2/46;F22B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太陽能熱利用領(lǐng)域的太陽能集熱器。

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(rèn)識，在CSP體系中，吸熱傳熱部分具有非常重要的地位。太陽能的集熱技術(shù)的換熱介質(zhì)，目前主要采用導(dǎo)熱油為傳熱工質(zhì)，經(jīng)導(dǎo)熱油換熱后驅(qū)動常規(guī)蒸汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)組發(fā)電。由于目前的導(dǎo)熱油工作溫度必須控制在400℃以內(nèi)，超出這一溫度將會導(dǎo)致導(dǎo)熱油裂解、粘度提高以及傳熱效率降低等問題，因此限制了太陽能聚熱發(fā)電的工作溫度。同時，導(dǎo)熱油使用成本很高，因此迫切需要有新的傳熱工質(zhì)取代導(dǎo)熱油，以提高工作溫度，并降低裝置造價和運(yùn)行成本。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，但其結(jié)晶點較高，大多在230至260℃左右，因此直接替換仍有諸多困難，當(dāng)前熔融鹽主要用于熱儲能。

用水直接作為換熱介質(zhì)的直接蒸汽發(fā)生（DSG）技術(shù)已經(jīng)試驗多年，該技術(shù)與蒸汽鍋爐受熱管道運(yùn)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(jìn)過程中吸熱逐漸升溫，達(dá)到沸點后變?yōu)轱柡驼羝倮^續(xù)吸熱變?yōu)檫^熱蒸汽。由于水在受熱管內(nèi)發(fā)生沸騰時狀態(tài)不穩(wěn)定，存在兩相流傳輸和汽化壓力在集熱管內(nèi)不均勻等問題，發(fā)生例如水錘、振動、管路材料疲勞破壞現(xiàn)象；另外在飽和蒸汽變?yōu)檫^熱蒸汽段，由于蒸汽導(dǎo)熱能力差，熱吸收能力較弱，容易發(fā)生管路過溫?fù)p毀；并且當(dāng)管路受熱不均勻時，管壁溫差較大，會發(fā)生嚴(yán)重彎曲，帶來其他損失（如真空密封破壞）；再者現(xiàn)有技術(shù)仍然沒有解決DSG管道在局部無受熱（例如鏡場因云朵遮擋引起的局部出現(xiàn)陰影），帶來的一系列問題，例如水輸入及汽輸出流量控制，參數(shù)變化的影響。因此該技術(shù)仍停留在試驗階段，但只要這些問題能夠得以解決，DSG技術(shù)就成為成本最低、效率最高的環(huán)保安全型太陽能熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種可應(yīng)用于多領(lǐng)域的新型太陽能集熱器。

本發(fā)明提供了一種新型太陽能集熱器，包括傳熱區(qū)、傳熱介質(zhì)和換熱區(qū)、換熱介質(zhì)，其特征在于，所述傳熱區(qū)位于太陽光線會聚位置，換熱區(qū)被傳熱區(qū)包圍；傳熱區(qū)內(nèi)部布置有流動的傳熱介質(zhì)；換熱區(qū)內(nèi)部布置有流動通過的換熱介質(zhì);所述傳熱區(qū)內(nèi)的傳熱介質(zhì)沸點高于換熱介質(zhì)的輸出溫度;太陽光能量通過所述傳熱區(qū)及內(nèi)部的傳熱介質(zhì)對流動通過換熱區(qū)內(nèi)的換熱介質(zhì)傳遞熱量；所述換熱介質(zhì)吸收熱量后，流出太陽能集熱器完成換熱。

進(jìn)一步地，所述換熱介質(zhì)在換熱區(qū)內(nèi)發(fā)生相變換熱。

進(jìn)一步地，所述太陽能集熱器的外部局部受熱，傳熱介質(zhì)在傳熱區(qū)的內(nèi)部流動，獲得較高的傳熱性能，克服外部局部受熱不均引起的變形翹曲問題，同時有效地將接收的熱量傳導(dǎo)至換熱區(qū)；所述傳熱介質(zhì)的一部分或全部在傳熱區(qū)內(nèi)進(jìn)行通過性流動，優(yōu)選為在傳熱區(qū)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)流動。

進(jìn)一步地，所述太陽能集熱器包括金屬外管、金屬中管；所述金屬外管與金屬中管之間所形成的空間為傳熱區(qū)；金屬中管內(nèi)部全部或部分空間為換熱區(qū)；換熱介質(zhì)貫穿流動于金屬中管內(nèi)部，實現(xiàn)換熱后流出系統(tǒng)外部。

進(jìn)一步地，所述金屬外管內(nèi)部還包括金屬內(nèi)管；所述傳熱介質(zhì)經(jīng)過金屬外管內(nèi)的傳熱區(qū)后，所述傳熱介質(zhì)的循環(huán)流動路徑通過金屬內(nèi)管，傳熱介質(zhì)在金屬內(nèi)管所形成的回路中完成循環(huán)流動，實現(xiàn)金屬外管內(nèi)部的傳熱介質(zhì)的總體循環(huán)。

進(jìn)一步的實施例中，所述換熱區(qū)由一根或多根的金屬中管的全部或部分內(nèi)部空間組成，實施多個換熱區(qū)同時相變換熱。

進(jìn)一步地，所述金屬內(nèi)管、金屬中管內(nèi)外平行布置于金屬外管內(nèi)部，所述金屬中管內(nèi)壁與金屬內(nèi)管外壁之間所形成的空間為換熱區(qū)，金屬外管內(nèi)的其它空間為傳熱區(qū)。

進(jìn)一步地，所述金屬內(nèi)管和/或金屬中管的某個部分設(shè)置有介質(zhì)通道，所述傳熱介質(zhì)與換熱介質(zhì)為同一種介質(zhì)，在傳熱區(qū)完成傳熱流動后，部分或全部進(jìn)入換熱區(qū)完成換熱。

優(yōu)化地，所述金屬內(nèi)管或金屬中管為螺旋波紋管或螺旋波紋節(jié)管，增加換熱介質(zhì)和傳熱介質(zhì)在內(nèi)部的渦流，產(chǎn)生更高的換熱系數(shù)，提高效率。

進(jìn)一步地，所述太陽能集熱器還包括過熱區(qū)，接收換熱空間輸出的氣相或汽液混合相的換熱介質(zhì)進(jìn)行過熱加熱，以獲得更好的蒸汽參數(shù)。

優(yōu)選地，所述過熱區(qū)或傳熱區(qū)內(nèi)布置有螺旋導(dǎo)流裝置，換熱介質(zhì)或傳熱介質(zhì)在流經(jīng)的過程中，在導(dǎo)流裝置的作用下，螺旋前進(jìn)，降低圓周壁面溫度差，降低管路的翹曲程度。

進(jìn)一步地，所述過熱區(qū)為沿外管軸線長度方向上延伸布置的金屬第四管管內(nèi)空間，接收軸向上的熱量，將氣相換熱介質(zhì)變成高參數(shù)的過熱蒸汽。