《一种碟式太阳能热发电系统及其集热器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种碟式太阳能热发电系统及其集热器.pdf（10页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102252433 A (43)申请公布日 2011.11.23 CN 102252433 A *CN102252433A* (21)申请号 201110118565.6 (22)申请日 2011.05.09 F24J 2/05(2006.01) F24J 2/26(2006.01) F24J 2/50(2006.01) F24J 2/46(2006.01) (71)申请人 湘潭电机股份有限公司 地址 411101 湖南省湘潭市下摄司街 302 号 (72)发明人 王曙辉 王步根 党安旺 朱凯 黄敏 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代。
2、理人 魏晓波 逯长明 (54) 发明名称 一种碟式太阳能热发电系统及其集热器 (57) 摘要 本发明涉及太阳能热发电系统技术领域， 公 开了一种用于碟式太阳能热发电系统的集热器， 包括集热腔、 至少一层的吸热盘管， 所述集热腔具 有开口部， 所述吸热盘管形成空腔结构， 所述空腔 结构具有开孔， 该空腔结构置于所述集热腔内， 所 述开孔与所述开口部对齐， 所述吸热盘管的低温 进口设于所述空腔结构的入射光能量分布密度最 大的位置。该集热器可防止吸热盘管因局部温度 过高发生烧蚀现象及工质因相变引起对流换热系 数突降而造成集热器烧毁的现象。本发明还公开 了一种具有上述集热器的太阳能热发电系统。 (51。
3、)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 CN 102252438 A1/1 页 2 1. 一种用于碟式太阳能热发电系统的集热器， 包括集热腔、 至少一层的吸热盘管， 所述 集热腔具有开口部， 所述吸热盘管形成空腔结构， 所述空腔结构具有开孔， 该空腔结构置于 所述集热腔内， 所述开孔与所述开口部对齐， 其特征在于， 所述吸热盘管的低温进口设于所 述空腔结构的太阳辐射能量密度最大的部位。 2. 根据权利要求 1 所述的集热器， 其特征在于， 所述吸热盘管的层数不少于两层。 3. 根据权利要求 2 所述的集热器。
4、， 其特征在于， 相邻两层吸热盘管之间具有预设间隙。 4. 根据权利要求 1 所述的集热器， 其特征在于， 所述吸热盘管的外壁上设有吸热肋。 5. 根据权利要求 4 所述的集热器， 其特征在于， 所述吸热肋为直肋或螺旋状环肋。 6. 根据权利要求 1-5 任一项所述集热器， 其特征在于， 所述集热腔包括内壳、 外壳、 前 罩板， 所述内壳的内壁形成所述集热腔的内壁， 所述外壳套装于所述内壳外侧， 所述前罩板 形成所述集热器的开口部， 所述内壳、 所述外壳与所述前罩板固定， 所述内壳与所述外壳、 所述前罩板之间设有保温层。 7. 根据权利要求 6 所述的集热器， 其特征在于， 所述开口部设有透明。
5、罩板。 8. 根据权利要求 6 所述的集热器， 其特征在于， 所述前罩板上设有用于冷却工质循环 的冷却套。 9. 根据权利要求 8 所述的集热器， 其特征在于， 所述冷却套的冷却工质出口与所述吸 热盘管的低温进口连通。 10. 根据权利要求 6 所述的集热器， 其特征在于， 所述集热腔的内壁设有反光层。 11. 根据权利要求 6 所述的集热器， 其特征在于， 所述内壳、 所述外壳分别由多段结构 组成， 各段结构通过法兰及紧固件连接形成一个整体结构。 12. 根据权利要求 1 所述的集热器， 其特征在于， 所述空腔结构呈球台形结构或倒圆台 形结构。 13. 一种碟式太阳能热发电系统， 包括聚光碟。
6、、 换热器及集热器， 其特征在于， 所述集热 器为权利要求 1-12 任一项所述的集热器。 权 利 要 求 书 CN 102252433 A CN 102252438 A1/5 页 3 一种碟式太阳能热发电系统及其集热器 技术领域 0001 本发明涉及太阳能热发电系统技术领域， 尤其涉及一种用于碟式太阳能热发电系 统的集热器。本发明还涉及一种具有上述集热器的碟式太阳能热发电系统。 背景技术 0002 能源是经济和社会发展的重要基础， 工业革命以来， 世界能源消费剧增， 传统化石 能源资源消耗迅速， 生态环境不断恶化， 特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变 化， 人类社会的可持续发展受到严。
7、重威胁。太阳能因其储量无限性、 分布普遍性、 利用清洁 性及经济性等特征被普遍看好， 被认为是最具发展前景、 最能解决未来社会发展能源需求 不断增长的新能源之一。 0003 太阳能热发电因具有与电网负荷的配适性较好、 光电转化效率高、 容易产生规模 效应、 耗材的制作过程更加环保、 电力可调性更好等特点， 被认为是未来太阳能发电利用的 重要发展方向。 0004 目前， 根据聚光方式不同， 太阳能热发电主要有槽式、 塔式、 碟式等几种技术路线。 其中， 碟式太阳能热发电系统相对于其他方式， 具有模块化的灵活部署能力、 较高的聚光比 和发电总效率等优点， 其越来越受到关注。 0005 碟式太阳能热。
8、发电系统通常包括聚光碟、 集热器及换热器、 热机等部分。 碟式太阳 能热发电系统可以采用郎肯循环 ( 蒸汽轮机 )、 布雷顿循环 ( 燃气轮机 )、 斯特林循环 ( 斯 特林发动机 ) 等不同原理的热机， 无论采用哪种热机， 如何将光能高效、 可靠地吸收、 然后 转化为热能并顺畅地传递给吸热工质是至关重要的， 这个过程的能量损失直接影响系统的 总发电效率。 0006 根据辐射换热知识可知， 采用带开孔部的空腔结构有利于提高开孔横截面的黑度 系统， 即一旦辐射能从开孔部射入空腔结构， 仅有很少一部分从开口部被反射出来， 从而点 聚焦的热发电系统集热器一般采用空腔结构， 空腔结构通常由吸热盘管绕成。
9、， 吸热盘管具 有低温进口、 高温出口， 吸热工质从低温进口进入吸热盘管内， 经聚光碟汇聚的太阳光通过 空腔结构的开口部进入集热腔内， 直接辐射至吸热盘管上， 太阳光被吸热盘管吸收后转化 为热能并传递给吸热工质， 具有较高温度的吸热工质从高温出口流出， 进入下游的换热器、 热机等能量利用装置。 0007 根据光学原理可知， 旋转抛物面汇聚的平行光能量分布密度并不均匀， 加之聚光 碟制造精度的影响， 使得直接照射到的吸热盘管上的光能也是不均匀的， 容易形成局部高 温区， 一旦局部温度超过吸热盘管材料的许用温度， 即会导致吸热盘管烧蚀现象， 甚至烧 毁。 0008 另外， 聚光碟因制造精度、 风载。
10、等因素， 往往使得其汇聚的焦斑形状、 大小偏离设 计值， 并不能保证聚光碟反射的全部光线都能进入集热腔， 总会有部分光线投射在集热器 外部而造成集热器表面温度升高， 甚至烧毁。 0009 因此， 提高集热器与聚光碟之间的匹配性， 优化吸热盘管温度分布， 增加集热器的 说 明 书 CN 102252433 A CN 102252438 A2/5 页 4 工作稳定性及可靠性， 成为本领域技术人员有待解决的技术难题。 发明内容 0010 本发明的第一个目的是提供一种集热器， 该集热器可防止吸热盘管因局部温度过 高发生烧蚀现象。本发明的第二目的是提供一种具有上述集热器的太阳能热发电系统。 0011 为。
11、了实现上述第一个目的， 本发明提供了一种用于碟式太阳能热发电系统的集热 器， 包括集热腔、 至少一层的吸热盘管， 所述集热腔具有开口部， 所述吸热盘管形成空腔结 构， 所述空腔结构具有开孔， 该空腔结构置于所述集热腔内， 所述开孔与所述开口部对齐， 所述吸热盘管的低温进口设于所述空腔结构的太阳辐射能量密度最大的部位。 0012 优选的， 所述吸热盘管的层数不少于两层。 0013 优选的， 相邻两层吸热盘管之间具有预设间隙。 0014 优选的， 所述吸热盘管的外壁上设有吸热肋。 0015 优选的， 所述吸热肋为直肋或螺旋状环肋。 0016 优选的， 所述集热腔包括内壳、 外壳、 前罩板， 所述内。
12、壳的内壁形成所述集热腔的 内壁， 所述外壳套装于所述内壳外侧， 所述前罩板形成所述集热器的开口部， 所述内壳、 所 述外壳与所述前罩板固定， 所述内壳与所述外壳、 所述前罩板之间设有保温层。 0017 优选的， 所述开口部设有透明罩板。 0018 优选的， 所述前罩板上设有用于冷却工质循环的冷却套。 0019 优选的， 所述冷却套的冷却工质出口与所述吸热盘管的低温进口连通。 0020 优选的， 所述集热腔的内壁设有反光层。 0021 优选的， 所述内壳、 所述外壳分别由多段结构组成， 各段结构通过法兰及紧固件连 接形成一个整体结构。 0022 优选的， 所述空腔结构呈球台形结构或倒圆台形结构。。
13、 0023 本发明提供的集热器包括集热腔、 吸热盘管， 集热腔具有开口部， 吸热盘管形成具 有开孔的空腔结构， 空腔结构的开孔与集热腔的开口部对齐， 吸热盘管具有低温进口和高 温出口， 所述低温进口设于所述空腔结构的入射光照射位置。 0024 这种结构的集热器将低温进口设于空腔结构的入射光照射位置， 入射光照射位置 的能量密度最高， 而低温进口处的吸热工质的温度最低， 较低的吸热工质可较快地吸收入 射光的能量， 可防止该处吸热盘管局部温度超过许用温度而导致的烧蚀现象 ； 而且能量密 集较低的位置对应于吸热工质温度较高的吸热盘管， 可使得吸热盘管的温度比较均匀 ； 同 时也使得集热器具有较高的集。
14、热温度， 拓宽了集热器的使用范围。 0025 为实现上述第二个目的， 本发明还提供了一种碟式太阳能热发电系统， 包括聚光 碟、 换热器及集热器， 所述集热器为上述的集热器。由于上述的集热器具有上述技术效果， 具有该集热器的碟式太阳能热发电系统也应具备相应的技术效果。 附图说明 0026 图 1 为本发明所提供的集热器的一种具体实施方式的结构示意图 ； 0027 图 2 为图 1 中集热器的外形结构示意图 ； 0028 图 3 为图 1 中吸热盘管的结构示意图 ； 说 明 书 CN 102252433 A CN 102252438 A3/5 页 5 0029 图 4 为本发明所提供的集热器的另一。
15、种吸热盘管的结构示意图 ； 0030 图 5 为本发明所提供的集热器的一种吸热肋的结构示意图 ； 0031 图 6 为本发明所提供的集热器的另一种吸热肋的结构示意图 ； 0032 图 7 为本发明所提供的集热器的第三种吸热肋的结构示意图 ； 0033 其中， 图 1- 图 7 中 ： 0034 高温出口 1、 吸热工质 2、 低温进口 3、 保温层 4、 上外壳 5、 上内壳 6、 吸热盘管 7、 保 温层8、 下内壳9、 下外壳10、 冷却工质进口11、 冷却工质出口12、 冷却套13、 太阳光14、 透明 罩板 15、 前罩板 16、 冷却工质流动腔 17、 冷却工质 18、 吸热肋 19。
16、。 具体实施方式 0035 为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案， 下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步的详细说明。 0036 请参看图 1、 图 2、 图 3， 图 1 为本发明所提供的集热器的一种具体实施方式的结构 示意图 ； 图 2 为图 1 中集热器的外形结构示意图 ； 图 3 为图 1 中吸热盘管的结构示意图。 0037 如图 1、 图 2 所示， 本发明提供的用于碟式太阳能热发电系统的集热器包括集热 腔、 吸热盘管7， 吸热盘管7的层数不少于一层， 集热腔具有用于太阳光14射入的开口部， 每 层吸热盘管 7 弯制成近似螺旋状结构， 以形成空腔结构， 空腔结构具有。
17、一定范围的开孔， 空 腔结构置于集热腔内， 所述开孔与集热腔的开口部对齐， 吸热盘管7具有低温进口3和高温 出口 1， 具体的方案中， 低温进口 3 和高温出口 1 可分别设置有连接法兰或专用接头与外界 相连， 吸热工质 2 从低温进口 3 进入吸热盘管 7 内， 从高温出口 1 流出， 吸热盘管 7 的低温 进口 3 设于空腔结构的太阳辐射能量密度最大的部位， 该太阳辐射能量密度最大的部位可 以为吸热盘管 7 上太阳光照射位置， 如图 1 所示， 太阳光从开口部直射时， 该太阳光照射位 置具体可位于空腔结构的底部。 0038 经过聚光碟汇聚的阳光通过集热腔的开口部进入集热腔内， 首先直接辐射。
18、在吸热 盘管 7 的内侧， 一部分被吸热盘管 7 直接吸收， 转化为热能， 余下部分被漫反射， 由于集热 腔的开口部的面积相对于集热器有效吸热面积较小， 开口部对总吸热面辐射换热角系数较 小， 仅有很少的一部分从开口部溢出， 绝大部分漫反射光能会再次投射到吸热盘管 7 的其 他部位或集热腔的内壁上 ； 吸热盘管7内有吸热工质2通过， 吸热盘管7吸收能量传递给吸 热工质2， 使其内能升高， 含有较高内能的吸热工质2从高温出口1流出集热器， 进入下游的 换热器、 热机等能量利用装置， 完成光能向热能的转化、 导出的过程。 0039 这种结构的集热器将低温进口 3 设于空腔结构的太阳辐射能量密度最大。
19、的部位， 太阳光 14 照射位置的能量密度最高， 而低温进口 3 处的吸热工质 2 的温度最低， 较低的吸 热工质 2 可较快地吸收入射光的能量， 可防止该处吸热盘管 7 局部温度超过许用温度而导 致的烧蚀现象 ； 而且能量密集较低的位置对应于吸热工质 2 温度较高的吸热盘管 7， 可使得 吸热盘管 7 的温度比较均匀 ； 同时也使得集热器具有较高的集热温度， 拓宽了集热器的使 用范围。 0040 具体的方案中， 集热腔具体可以包括内壳、 外壳、 前罩板 16， 内壳的内壁形成集热 腔的内壁， 外壳套装于内壳外侧， 前罩板 16 上设有开口形成集热腔的开口部， 内壳、 外壳与 前罩板 16 固。
20、定， 内壳与外壳、 前罩板 16 之间设有保温层。内壳、 外壳之间的保温层可以减 说 明 书 CN 102252433 A CN 102252438 A4/5 页 6 少内壳内壁吸收的热量对外的散失， 以提高内壳的温度， 减少吸热盘管 7 与内壳之间的有 效辐射换热量从而减少集热器的热损失。 0041 进一步的方案中， 吸热盘管 7 可通过弹性卡座、 夹管等方式固定在内壳的内壁上。 0042 优选方案中， 内壳的内壁设有反光系数较高的反光层， 如金属银层， 漫反射光投射 到内壳的内壁上的反光层后再次反射在吸热盘管 7 上， 可减少内壳内壁吸收的热量， 减少 集热器的热损失。 0043 优选方案。
21、中， 集热器的开口部设有透明罩板 15， 具体的方案中， 可在前罩板 16 的 开口处设有透明罩板 15， 透明罩板 15 的可以切断集热腔内外的空气流动， 不仅可减少集热 腔内的对流热损失， 也避免了外部的昆虫、 灰尘等杂物进入集热腔后对集热器的工作可靠 性造成的负面影响。具体的方案中， 透明罩板 15 可以为玻璃罩板， 本发明并不局限于玻璃 罩板， 透明罩板 15 还可以为树脂罩板， 塑料罩板等， 凡透明的板材均可在作为本发明中的 透明罩板 15。 0044 优选方案中， 为了简化集热器的制造工艺， 所述内壳、 外壳可分别由多段结构组 成， 各段结构通过法兰及紧固件连接形成一个整体结构， 。
22、如图 1、 图 2 所示， 内壳可以包括上 内壳 6、 下内壳 9， 外壳可以包括上外壳 5、 下外壳 10， 上内壳 6 与上外壳 5 之间设有保温层 4、 下内壳 9 与下外壳 10 之间设有保温层 8。 0045 优选方案中， 在前罩板 16 上设有用于冷却工质 18 循环的冷却套 13， 冷却套 13 具 有冷却工质进口 11、 冷却工质出口 12 及冷却工质流动腔 17， 冷却工质 18 从冷却工质进口 11 进入冷却工质流动腔 17， 在冷却工质流动腔 17 内循环后从冷却工质出口 11 流出。聚光 碟反射的光线部分投射在集热器前端时， 冷却套 13 中通入的冷却工质 18 可带走。
23、投射在集 热器前端的光线所产生的热量， 可避免集热器前端被烧毁， 可有效保护集热器， 保证集热器 的可靠性。 0046 更优的方案中， 若冷却套 13 内的冷却工质 18 与吸热盘管 7 内的吸热工质 2 为同 一种工质， 可将冷却套 13 的冷却工质 18 出口 12 与吸热盘管 7 的低温进口 3 连通， 从冷却 套 13 流出的冷却工质 18 可通过管道汇入吸热盘管 7 的低温进口 3 内， 可提高进入吸热盘 管 7 内的工质的温度， 提交集热器的热交换效率。 0047 优选方案中， 吸热盘管 7 的层数不少于两层， 如图 3 所示， 两层或多层吸热盘管 7 可同心布置， 这种结构可以改。
24、善吸热盘管7固壁内部的温度梯度， 延长吸热工质2在吸热盘 管 7 中的加热流程， 可保证吸热工质 2 能够持续、 平稳地被加热。 0048 更优的方案中， 相邻两侧吸热盘管 7 之间具有预设间隙， 不同层之间的吸热盘管 7 之间具有的预设间隙可保证各层吸热盘管 7 的表面都能吸收到合适的热量， 可进一步延长 吸热工质 2 在吸热盘管 7 中的加热流程， 可保证吸热工质 2 能够持续、 平稳地被加热。 0049 进一步的方案中， 同层吸热盘管 7 之间也可具有预设间隙， 这种结构可保证同层 之间的吸热盘管 7 表面都能吸收到合适的热量。 0050 优选方案中， 为了加强吸热盘管 7 的吸热能力，。
25、 尤其加强能量密度较大处的吸热 盘管7的吸热能力， 可在吸热盘管7的外壁上设有吸热肋19， 如图5、 图6、 图7所示， 吸热肋 19 可以为直肋， 也可以为螺旋肋。 0051 本发明对吸热盘管 7 所形成的空腔结构的形状不做限定， 该空腔结构可以为如图 3 所示的球台形结构， 也可以为如图 4 所示的倒圆台形结构， 如果空腔结构为球台形结构， 说 明 书 CN 102252433 A CN 102252438 A5/5 页 7 各层吸热盘管7之间可同心设置， 如果空腔结构为倒圆台形结构， 各层吸热盘管7可以同轴 设置。 0052 本发明还提供了一种碟式太阳能热发电系统， 包括聚光碟、 换热器。
26、及集热器， 所述 集热器为上述的集热器。由于上述的集热器具有上述技术效果， 具有该集热器的碟式太阳 能热发电系统也应具备相应的技术效果， 在此不再详细介绍。 0053 以上所述仅是发明的优选实施方式的描述， 应当指出， 由于文字表达的有限性， 而 在客观上存在无限的具体结构， 对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原 理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 说 明 书 CN 102252433 A CN 102252438 A1/3 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102252433 A CN 102252438 A2/3 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102252433 A CN 102252438 A3/3 页 10 图 5 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 102252433 A 。