[發(fā)明專利]太陽能接收器、冷卻太陽能接收器的方法和功率生成系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180066907.2
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN103339448A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: I.希施爾;A.斯泰恩菲爾德;M.斯米亞諾;P.豪伊特
• 申請（專利權(quán)）人: 阿爾斯通技術(shù)有限公司
• 主分類號: F24J2/07
• 分類號: F24J2/07;F24J2/18;F03G6/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;嚴志軍

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及用于捕獲太陽輻射并將其轉(zhuǎn)化為工作流體的熱能的太陽能接收器。本公開還涉及一種冷卻太陽能接收器的方法和一種包括這種太陽能接收器的功率生成系統(tǒng)。

背景技術(shù)

使用可再生能源的功率生成系統(tǒng)的領(lǐng)域包括能量從太陽的輻射轉(zhuǎn)化成有用功，該有用功接著可用來生成諸如電力之類的功率。可借以實現(xiàn)該轉(zhuǎn)化的一種手段是通過諸如液體或氣體之類的工作流體的太陽能加熱，該流體一旦被加熱接著便可用來驅(qū)動某種形式的渦輪以生成電力。根據(jù)此原理操作的系統(tǒng)可采用以精確方式設(shè)置在太陽能接收器周圍以將來自太陽的輻射反射到太陽能接收器的特定區(qū)域上的大型拋物面反射鏡陣列。以這種方式，實現(xiàn)了允許將遠遠大于否則通過擴大太陽能接收器或某種形式的聚光透鏡將可實現(xiàn)的量的太陽輻射引導(dǎo)到太陽能接收器。太陽能接收器周圍的關(guān)鍵因素是：太陽輻射能量與所生成的有用功之間的轉(zhuǎn)化效率；包含確保太陽能接收器是否能夠耐受其在被聚集的太陽輻射下所經(jīng)歷的高溫的冷卻問題；以及系統(tǒng)在操作環(huán)境如沙漠方面的機械穩(wěn)固性，沙漠常常存在諸如沙塵暴和溫度范圍之類的問題。

兩種形式的太陽能接收器為直接式太陽能接收器和間接式太陽能接收器。直接式太陽能接收器允許太陽輻射直接穿過窗戶傳送到工作流體，該工作流體方便地為諸如空氣的氣體。在此情形中，太陽輻射直接作用在工作流體上并引起熱能的隨之上升。在間接式太陽能接收器系統(tǒng)中，太陽輻射被某種材料如通常為金屬的固體表面中斷以致不能直接到達工作流體，并且該固體表面被太陽輻射加熱且其然后經(jīng)由某種形式的熱動力傳遞與工作流體換熱。

間接式太陽能接收器已被證實比直接式太陽能接收器更穩(wěn)固，因為它們不需要太陽輻射必須穿過以便到達工作流體的透明材料。這種透明材料可采取石英窗或類似物的形式，其能夠耐受高溫但對于諸如灰塵和碎屑之類的環(huán)境因素還是相對脆弱，其中形成了小的裂紋，由此隨著其溫度上升而經(jīng)窗口蔓延并由此引起整個太陽能接收器系統(tǒng)的故障。相比之下，間接式太陽能接收器系統(tǒng)是有利的，因為它避免了系統(tǒng)對這些相對脆弱的元件的任何需求，盡管其代價是從太陽輻射到工作流體的能量傳遞率減小。

一旦工作流體已被適當?shù)丶訜幔浣又憧赏ㄟ^某種形式的熱交換器或燃燒系統(tǒng)，以進一步升高工作流體的溫度以供諸如與發(fā)電機連結(jié)的燃氣渦輪之類的發(fā)電系統(tǒng)使用。

系統(tǒng)的效率取決于被有效地捕獲并傳遞到工作流體的進入太陽能接收器的太陽輻射的量，繼而取決于能量轉(zhuǎn)化為用于驅(qū)動發(fā)電機的有用功的效率。限制太陽能接收器達到最大效率的一個問題在于來自太陽能接收器表面的再輻射回到大氣中，這樣被再輻射的這種能量對于功率生成目的而言被損失。因此有利的是提供一種盡可能限制再輻射程度的系統(tǒng)。使太陽能接收器的效率最大化的又一因素是限制來自工作流體的熱能在到達功率生成子系統(tǒng)之前損失到其周圍環(huán)境中。在工作流體被加壓的情況下，需要在工作流體流經(jīng)的通道周圍提供壓力密閉密封，并且該壓力密閉密封由于接收器構(gòu)件所經(jīng)歷的顯著溫度范圍而難以形成。密封件的損壞將引起不希望的工作流體排出，這可導(dǎo)致總體損壞太陽能接收器并且至少將降低傳熱過程的效率。

本公開旨在減輕這些問題以提供一種具有提高的效率的太陽能接收器系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本公開的第一方面提供了一種用于捕獲太陽輻射的太陽能接收器，該太陽能接收器包括中空輻射捕獲元件、輻射接收孔口以及元件周圍的流動通道，加壓工作流體在太陽能接收器操作期間通過該通道以從輻射捕獲元件吸收熱能。

優(yōu)選地，該通道充填有工作流體流經(jīng)的多孔材料，該多孔材料與輻射捕獲元件接觸，并且其中，工作流體經(jīng)由該多孔材料吸收前述熱能的至少一部分。該多孔材料可為包括例如碳化硅的網(wǎng)狀多孔陶瓷泡沫。

優(yōu)選地，通往流動通道的入口設(shè)置成將工作流體沖擊在輻射捕獲元件接近輻射接收孔口的前部的周邊上，由此工作流體對輻射捕獲元件的前部的周邊的沖擊冷卻減少了經(jīng)孔口出來的被捕獲能量的再輻射。該沖擊冷卻還減小了輻射捕獲元件在輻射接收孔口附近的前部對太陽輻射的吸收所導(dǎo)致的熱應(yīng)力。

優(yōu)選地，該太陽能接收器還包括用于輻射捕獲元件的殼體，并且輻射捕獲元件具有用于以壓力密閉方式將該元件固定在殼體的一部分上的向外延伸的凸緣。

該向外延伸的凸緣可通過夾具固定在殼體部上，并且為了有利于壓力密閉密封，可在以下中的一個或兩個之間設(shè)置墊片：a)凸緣與殼體；以及b)凸緣與夾具。

該或每個墊片可包括從包括石墨、陶瓷纖維和鎳基超合金的組合中選擇的材料，但在目前，優(yōu)選地是石墨。

優(yōu)選地，用于工作流體的流動路徑設(shè)置成將工作流體沖擊在向外延伸的邊緣的周邊上以使其冷卻。