[實用新型]一種適用于塔式太陽能熱電站的外露式吸熱器

有效

• 申請號: 201821413842.X
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN208817746U
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 郭茶秀
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: F24S70/10
• 分類號: F24S70/10;C09K5/12
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 李想

本實用新型公開了一種適用于塔式太陽能熱電站的外露式吸熱器，包括吸熱器和位于吸熱器內側的石墨泡沫多孔材料，吸熱器包括若干個吸熱器單元，這若干個吸熱器單元組成開口圓柱形，U型吸熱管一端連接進口聯箱，另一端連接出口聯箱，且相鄰的下一個吸熱器單元的進口聯箱與上一個吸熱器單元的出口聯箱串聯在一起，U型吸熱管內的傳熱介質為三元共晶鹽納米流體。吸熱管采用U型而非直管，可以消除由于管軸向非均勻能流而產生的熱應力。另外，U型吸熱管內加工有凹凸丁胞，可進一步提高管內三元共晶鹽納米流體的綜合傳熱性能，從而降低非均勻能流造成的吸熱管壁的溫度梯度和最高溫度。

技術領域

本實用新型屬于塔式太陽能熱發電技術領域，具體涉及一種適用于塔式太陽能熱電站的外露式吸熱器。

背景技術

由于常規化石能源的短缺和日益嚴重的環境問題，太陽能作為一種清潔、可再生能源，受到各國廣泛關注。塔式太陽能熱發電技術作為太陽能利用的一個重要方向，發電容量大、發電成本相對低、系統結構筒單，具有廣闊的商業前景。塔式聚光集熱系統主要由定日鏡場、吸熱塔和安裝在塔頂的吸熱器組成。其中吸熱器是將太陽能轉化為熱能的核心部件：接受定日鏡聚焦的太陽能并加熱其內部流動的傳熱介質。目前國際上廣泛采用的傳熱介質主要有熔融鹽、空氣和飽和水蒸氣。熔融鹽作為傳熱介質效率高，可實現連續、穩定大規模發電，如美國solar II、法國THEMIS等太陽能熱電站中使用的是60% NaNO₃與40%KNO₃組成的熔融鹽介質，為防止硝酸鹽高溫分解，吸熱器的最高出口溫度要低于650℃。

塔式太陽能熱電站中吸熱器有腔式和外露式兩種結構，美國Solar Two 、西班牙的Solar Tres 等太陽能熱電站采用的是外露式吸熱器，因為它可以接收360°方位的反射光，適合于大容量系統。但對目前使用的外露式吸熱器，由吸熱面組成圓柱體，而每個吸熱面由進、出口聯箱及豎直的吸熱管組成。在運行時吸熱器的直管在高達1.0 MW /m²以上的非均勻、高能流密度照射下，使吸熱管管壁局部過熱、溫度梯度過大，吸熱管熱膨脹產生的熱應力過高而失效[文獻1：Litwin R Z. Receiver System: Lessons Learned FromSolar Two. Technical Report. Canoga Park: Sandia National Labs,2002.SAND2002-0084]。為此，有學者提出了一些方法解決吸熱管管壁局部過熱現象，包括優化定日鏡場聚焦方式，如采用多點聚焦鏡場控制策略，但聚焦點個數增加，會加大定日鏡場的跟蹤難度。授權公告號為CN107084536A的中國專利，公開了一種塔式太陽能熱電站吸熱器，該吸熱器在太陽能輻射熱流集中區域處采用小管徑、其余處采用大管徑的方式布置吸熱管。雖然理論上減小管徑能提高管內傳熱工質的對流傳熱系數，從而減小其管壁溫度與溫差熱應力。但該專利在一個進口聯箱上布置漸變管徑吸熱管，由于小管徑吸熱管的流動阻力大，會導致其管內的流量小于其它大直徑管，所以小管徑吸熱管的傳熱系數并不能達到理想程度。西安交通大學[文獻2： Zheng Z J, Li M J, He Y L. Thermal analysisof solar central receiver tube with porous inserts and non-uniform heat flux.Appl Energy, 2015, doi: 10.1016/j.apenergy.2015.11.039]提出了通過在吸熱管內插入多孔介質，強化傳熱流體側的換熱能力, 以降低非均勻能流造成的吸熱管壁的溫度梯度和最高溫度。但吸熱管內多孔介質的介入，增加傳熱能力的同時也增大了流動阻力，提高了能耗。