[發(fā)明專利]一種拋物槽式太陽能集熱裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210004069.2
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN103196241A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金紅光;劉啟斌;閆月君;許達(dá);王趙國;隋軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: F24J2/12
• 分類號: F24J2/12;F24J2/24;F24J2/48
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能集熱與熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種拋物槽式太陽能集熱裝置，是一種含二次聚光、兩層管壁之間非真空的槽式太陽能集熱裝置。

背景技術(shù)

太陽能熱發(fā)電技術(shù)以聚光式集熱器提供能量為主，主要分為槽式、塔式和碟式三類。相對而言，槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)較為成熟，已有商業(yè)化電站運行。拋物槽式太陽能集熱系統(tǒng)是槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的核心，集熱管是集熱系統(tǒng)的核心部件，其性能的高低直接影響著整個集熱系統(tǒng)和熱發(fā)電系統(tǒng)的熱力性能的優(yōu)劣，也影響著整個系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能的好壞。

發(fā)展拋物槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的主要障礙是投資成本高、系統(tǒng)效率較低。因此提高系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)部件的性能成為解決這些制約因素的主要途徑之一。

拋物槽式太陽能聚光集熱器主要由支架、拋物面反射鏡、接收器等幾個主要的部件組成。目前已有的接收器大都是直通式真空集熱管。圖1為現(xiàn)有的一種典型的拋物槽式集熱器，集熱器由內(nèi)層金屬管7和外層玻璃管8組成。太陽光照射在集熱器上，較少部分的太陽光透過接收器直接被集熱管內(nèi)的工質(zhì)吸收，另一部分照射到拋物面反射鏡上，照射在拋物面反射鏡上的太陽光經(jīng)過反射被匯集到接收器上，被接收器內(nèi)流動工質(zhì)吸收，轉(zhuǎn)化為內(nèi)部導(dǎo)熱工質(zhì)的熱能，從而實現(xiàn)太陽能的熱利用。

目前較為理想的導(dǎo)熱介質(zhì)主要有導(dǎo)熱油、熔鹽和水。考慮到溫度升高，集熱管內(nèi)外兩層管壁的膨脹量增大，真空破壞的可能性增大，導(dǎo)熱油成為目前應(yīng)用最多的導(dǎo)熱工質(zhì)。這是因為導(dǎo)熱油在集熱管內(nèi)運行溫度相對較低。導(dǎo)熱油的運行過程中，在集熱管的真空區(qū)域會出現(xiàn)氫氣，破壞選擇性涂層，增加散熱損失，這些氫氣來自導(dǎo)熱油的變質(zhì)降解。受此影響，導(dǎo)熱油的最高集熱溫度只能達(dá)到約400℃，這一溫度區(qū)間也正好符合集熱管保持真空的要求。熔鹽可同時作為傳熱介質(zhì)和蓄熱子系統(tǒng)的蓄熱介質(zhì)，但需要安裝輔助加熱保溫設(shè)備來保證熔鹽在太陽能集熱場內(nèi)不出現(xiàn)凝固現(xiàn)象，所以熔鹽作為換熱工質(zhì)所需要的運行溫度較高，給傳統(tǒng)集熱管的真空保持帶來了難題。水為直接傳熱介質(zhì)減少了換熱過程的散熱損失，提升系統(tǒng)效率，出口溫度也可以得到提高，但是集熱器回路出口過熱蒸汽參數(shù)不宜控制，集熱管內(nèi)溫度梯度過高會帶來一系列的問題，不利于真空的保持。

傳統(tǒng)拋物槽式太陽能集熱管的真空保持給太陽能熱發(fā)電帶來了以下問題：

首先拋物槽式太陽能熱發(fā)電裝置中熱力循環(huán)的發(fā)電效率隨著集熱溫度的升高而升高。而保持真空則需要控制裝置的集熱溫度。現(xiàn)有的以導(dǎo)熱油為換熱工質(zhì)的拋物槽式太陽能裝置集熱溫度多為200-400℃，發(fā)電效率提升受到限制。

其次，傳統(tǒng)真空集熱管內(nèi)外管壁間的真空設(shè)計對外層玻璃管壁的材質(zhì)提出了很高的要求。外層管壁不僅需要有較高的太陽投射比、良好的熱穩(wěn)定性，還要有較低的熱膨脹系數(shù)、良好的耐熱沖擊性能、較高的機(jī)械強度以及較好的抗化學(xué)腐蝕性。這些要求使得集熱管制造難度加大，制造成本提高，裝置的安裝投資增大。

再次，真空集熱管要求各個部件之間密封良好，對連接件的性能也提出了很高要求，并且需要增加消氣劑并采取其它必要的措施來維持真空，裝置的運行和維護(hù)成本也上升。

另外，傳統(tǒng)集熱管裝載有導(dǎo)熱介質(zhì)的金屬管周向受熱不均勻。遠(yuǎn)離拋物槽反光鏡的一側(cè)相比接近一側(cè)接收的太陽光要少。導(dǎo)致金屬管內(nèi)的傳熱工質(zhì)溫度場和流場不均勻，管子的熱應(yīng)力增大。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種拋物槽式太陽能集熱裝置，以解決傳統(tǒng)槽式太陽能集熱管導(dǎo)熱介質(zhì)單一，集熱溫度相對較低的問題；并降低集熱管的裝置投資、制造和維護(hù)成本，提高槽式發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性；同時促進(jìn)集熱管內(nèi)流場、溫度場的均勻分布，減少熱應(yīng)力。從而滿足太陽能集熱裝置低成本、高效率發(fā)電的要求。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種拋物槽式太陽能集熱裝置，該裝置由拋物面反光鏡和集熱套管構(gòu)成，集熱套管由外側(cè)組合管壁4和中部吸收管5構(gòu)成，外側(cè)組合管壁4套裝在中部吸收管5上，中部吸收管5的外層涂覆有選擇性涂層，中部吸收管5管內(nèi)為導(dǎo)熱介質(zhì)，外側(cè)組合管壁4與中部吸收管5之間為導(dǎo)熱介質(zhì)為空氣。所述外側(cè)組合管壁4由玻璃壁面2和金屬壁面3拼接而成。

上述方案中，所述金屬壁面3安裝在遠(yuǎn)離拋物面反光鏡的一側(cè)，玻璃壁面2安裝在靠近拋物面反光鏡一側(cè)。所述玻璃壁面2和金屬壁面3采用鑲嵌或鉚接等工藝拼接而成。所述金屬壁面3的內(nèi)壁形成太陽光的二次聚光面，金屬壁面3的外側(cè)覆蓋保溫材料，減少和外部環(huán)境之間的輻射和對流換熱。所述由玻璃壁面2和金屬壁面3拼接而成的外側(cè)組合管壁4，其橫截面采取直線、折線、弧形、矩形等或者上述幾種形狀的組合。