專利名稱：一種分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鳌?br> 背景技術(shù)：
太陽能熱發(fā)電記住是通過大量的平面反射鏡陣列，將太陽光反射到置于一高塔頂部的太陽能接收器上，從而最終將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。這一技術(shù)由于可以實(shí)現(xiàn)大容量的太陽能/電能轉(zhuǎn)化，因而受到了極大的重視。中心接收器作為太陽能熱發(fā)電的核心部件，是目前各國(guó)關(guān)于太陽能熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)的研究重點(diǎn)。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的接收器有兩種類型空腔型和外部受光型。對(duì)于空腔型的接收器，定日鏡所反射的太陽光可以照射到空腔內(nèi)部，因此可以將接收器的熱損失控制在最低限度，但是，空腔型接收器所能適應(yīng)的鏡場(chǎng)布置方式比較單一，即不超過180°受光，鏡場(chǎng)的規(guī)模也因此受到限制，從而阻礙了塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的容量放大。雖然外部受光型接收器的熱損失比空腔型要大，但它可以全周向受光，對(duì)鏡場(chǎng)的型式和規(guī)模適應(yīng)性強(qiáng)，適用于大容量發(fā)電站。在本發(fā)明之前，現(xiàn)有文獻(xiàn)公開了一種采用高溫?zé)峁茏鑫鼰釂卧耐獠渴芄庑徒邮掌鳌５?，此種結(jié)構(gòu)的接收器仍然存在一些不可忽視的問題，對(duì)接收器的工作有著一定的影響由于太陽方位的原因，不同方向的熱管吸收的熱量不同，吸熱較少的熱管加熱的工質(zhì)溫度較低，吸熱較多的熱管加熱的工質(zhì)溫度較高，所有的熱管統(tǒng)一加熱工質(zhì)，較高溫度工質(zhì)和較低溫度工質(zhì)混合后，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)熵增加，使得能量利用效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種能量利用率較高的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌?。為?shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采用的技術(shù)方案是
一種分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鳎ǜ邷責(zé)峁?，該高溫?zé)峁艹守Q直放置，并由環(huán)形管板分成上下兩段，上段為放熱段，該放熱段的外部設(shè)有套管，所述套管與上聯(lián)箱管、下聯(lián)箱管連通，多個(gè)沿豎直方向設(shè)置的隔熱板組將所述上聯(lián)箱管、下聯(lián)箱管分成多個(gè)區(qū)，處于同一區(qū)的上聯(lián)箱管、下聯(lián)箱管相互連通；每個(gè)所述隔熱板組上設(shè)有電磁閥，當(dāng)該電磁閥處于開放狀態(tài)時(shí)，工作流體從下聯(lián)箱管流到相鄰區(qū)的上聯(lián)箱管。根據(jù)本發(fā)明所述的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鞯囊粋€(gè)方面所述隔熱板組由相鄰區(qū)之間的至少兩個(gè)且上下交錯(cuò)開口隔熱板組成，所述電磁閥設(shè)置于相鄰隔熱板之間的工作流體通道上。根據(jù)本發(fā)明所述的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鞯囊粋€(gè)方面所述隔熱板從所述上聯(lián)箱管的上壁向下延伸到與所述下聯(lián)箱管的上壁所在平面，與該隔熱板相鄰的另一隔熱版從所述下聯(lián)箱管的下壁向上延伸到所述上聯(lián)箱管的下壁所在的平面。根據(jù)本發(fā)明所述的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鞯囊粋€(gè)方面所述隔熱板將所述上聯(lián)箱管、下聯(lián)箱管分成四個(gè)區(qū)。根據(jù)本發(fā)明所述的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鞯囊粋€(gè)方面所述隔熱板為真空隔熱板。根據(jù)本發(fā)明所述的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鞯囊粋€(gè)方面所述真空隔熱板的導(dǎo)熱系數(shù)為O. OOfO. 01。本發(fā)明所述的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌骶哂械膬?yōu)點(diǎn)是通過對(duì)聯(lián)箱管和高溫?zé)峁苓M(jìn)行分區(qū)，對(duì)能量利用更加合理，從熱力學(xué)的角度提高了整個(gè)接收器的熱效率。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明以上各方面中的特征可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)自由組合，而并不受其順序的限制一只要組合后的技術(shù)方案落在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神內(nèi)。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中
圖1是本發(fā)明分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鞯牧鞒淌疽? 圖2是本發(fā)明分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鞯母┮暺拭? 圖3為本發(fā)明分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鞯难鲆? 圖4是本發(fā)明相鄰的兩個(gè)區(qū)域處的高溫?zé)峁芊艧岫渭疤坠芙Y(jié)構(gòu)示意 圖5是本發(fā)明分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鞯倪\(yùn)行環(huán)境示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀本發(fā)明之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)的權(quán)利要求所限定的范圍。如圖1至圖3所示，本發(fā)明的高溫?zé)峁苤行慕邮掌?3結(jié)構(gòu)包括有數(shù)根高溫?zé)峁?，而環(huán)形管板10將高溫?zé)峁?分為吸熱段501和放熱段502兩部分；每?jī)筛噜彽母邷責(zé)峁艿奈鼰岫斡芍背崞?相連接；用于工作流體換熱的套管7與上聯(lián)箱管和下聯(lián)箱管、工作流體進(jìn)口 8、工作流體出口 9連接成整體通道；高溫?zé)峁芪鼰岫?01和直翅片6的表面處于高溫?zé)峁苤行慕邮掌?3外部的部分涂有耐高溫選擇性吸收涂層504 ;位于套管7內(nèi)部的高溫?zé)峁芊艧岫?02外壁加裝螺旋翅片503，用于強(qiáng)化流體換熱。本例實(shí)施的高溫?zé)峁?的管材為耐熱合金鋼，內(nèi)部毛細(xì)結(jié)構(gòu)為絲網(wǎng)吸液芯505，高溫?zé)峁?內(nèi)采用的工質(zhì)為液態(tài)金屬鈉，套管內(nèi)的工作流體可為水/蒸汽或高壓空氣。從圖2和圖4可見隔熱板20將該中心接收器分為A、B、C和D四個(gè)區(qū)。從圖4的剖面圖中可見隔熱板交錯(cuò)開口，一塊隔熱板從上聯(lián)箱管的上壁向下延伸到下聯(lián)箱管上壁所在的平面，另一塊隔熱板從下聯(lián)箱管的下壁向上延伸到上聯(lián)箱管的下壁所在的平面。電磁閥203位于兩塊隔熱板之間的工作流體通道上，當(dāng)該電磁閥處于開放狀態(tài)時(shí)，工作流體從一側(cè)的上聯(lián)箱管201流至同側(cè)的下聯(lián)箱管202，并從該下聯(lián)箱管202流到另一區(qū)的上聯(lián)箱管301。在其他實(shí)施例中，隔熱板組包括多個(gè)上下交錯(cuò)開口的隔熱板，在至少一個(gè)工作流體通道上設(shè)有電磁閥。在其他實(shí)施例中，多個(gè)隔熱板組將中心接收器分成2至8個(gè)區(qū)，相鄰的區(qū)之間也由隔熱板組隔開。參考圖1和圖5說明本發(fā)明的中心接收器應(yīng)用過程經(jīng)一定數(shù)量的定日鏡14聚集后的太陽光從接收器四周入射到耐高溫選擇性吸收涂層504上，在此，光能轉(zhuǎn)換成熱能，熱量直接傳遞給高溫?zé)峁?的吸熱段外表面以及直翅片6的表面，最終都由高溫?zé)峁艿奈鼰岫?01吸收；所有的熱能通過高溫?zé)峁艿奈鼰岫?01的管壁傳遞給液態(tài)金屬鈉，液態(tài)金屬鈉通過蒸發(fā)冷凝的相變換熱將熱量傳遞至高溫?zé)峁芊艧岫?02的管壁；一部分熱量通過導(dǎo)熱傳遞給管外的螺旋翅片503。同時(shí)，從工作流體進(jìn)口 8流進(jìn)的工作流體，經(jīng)管道Tl流入D的上聯(lián)箱管101，并流經(jīng)套管7時(shí)，將502管壁及503的熱量帶走，并被預(yù)熱；然后工作流體從D的下聯(lián)箱管102，經(jīng)電磁閥103、104分別流進(jìn)C區(qū)和B區(qū)的上聯(lián)箱管201和上聯(lián)箱管301，然后流經(jīng)套管7，帶走高溫?zé)峁芪鼰岫喂鼙诩奥菪崞?03的熱量，然后被蒸發(fā)為飽和蒸汽；然后飽和蒸汽分別從C區(qū)和B區(qū)的下聯(lián)箱管202和302流進(jìn)A區(qū)的上聯(lián)箱管401，繼而流經(jīng)套管7，換熱，被加熱為過熱蒸汽，加熱到預(yù)定的參數(shù)，從A區(qū)的下聯(lián)箱管402進(jìn)入汽輪機(jī)15,進(jìn)行發(fā)電。
如圖5所示，本發(fā)明的高溫?zé)峁苤行慕邮掌?3的運(yùn)行環(huán)境為一周向布置的鏡場(chǎng)，由定日鏡14反射的太陽光從四周全部入射到高溫?zé)峁苤行慕邮掌?3的外部表面，實(shí)現(xiàn)高溫?zé)峁苤行慕邮掌?3的運(yùn)行。所以本發(fā)明的高溫?zé)峁苤行慕邮掌髂軌蜻m應(yīng)各種規(guī)模的鏡場(chǎng)，從而可以實(shí)現(xiàn)各種容量的太陽能發(fā)電。本例實(shí)施采用的高溫?zé)峁?的數(shù)量可以根據(jù)鏡場(chǎng)的規(guī)模大小在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；高溫?zé)峁?全部直接受光，避免了部分高溫?zé)峁芸蛰d的情況出現(xiàn)；套管7內(nèi)的強(qiáng)化傳熱方式可以有多種選擇，工作流體流速高，換熱效果好。本例實(shí)施時(shí)考慮了不同區(qū)域之間的隔熱性，采用熱阻比較大，隔熱性能相當(dāng)好的真空隔熱板，導(dǎo)熱系數(shù)僅為O. 004，極大的保證了不同區(qū)域之間的高低溫之間的熱量傳遞，減少了系統(tǒng)的熵產(chǎn)。同時(shí)，考慮了整個(gè)接收器的保溫性，在接收器的套管7、上聯(lián)箱管和下聯(lián)箱管的外部覆以耐高溫的保溫層11，保溫層11外則覆有外殼12。這樣就最大限度的減小了熱損失，保證了高溫?zé)峁苤行慕邮掌?3的熱效率。下面從原理上說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
設(shè)初始狀態(tài)為Ttl, C0, V0, T0為環(huán)境溫度。未分區(qū)之前為A,吸熱量為Q,過程熵產(chǎn)為SgA,過程(火用)損失為Eia ;分區(qū)之后為B，由于區(qū)域2和區(qū)域3變化過程大致相同，可以合為一個(gè)過程，即整個(gè)過程分為三個(gè)階段，由初始狀態(tài)在區(qū)域I內(nèi)吸收Q1熱量變化到狀態(tài)1，即T1, C1, V1,由狀態(tài)I在區(qū)域2和3內(nèi)吸收Q2熱量變化到狀態(tài)2，即T2，C2, V2,由狀態(tài)2在區(qū)域4內(nèi)吸收熱量Q3變化到狀態(tài)3，即即T3，C3, V3，整個(gè)過程的熵產(chǎn)為SgB，過程(火用)損失為E1b,則 Q= Q1+ Q2+ Q3, T3 > T2 > T1 > T0,
SgA=Q (1/T。— 1/T3)，Eia= T0 SgA ；
SgB=Q1 (1/To — !/T1) + Q2 (1/T0 — 1/Τ2) + Q3 (1/Τ0 — 1/Τ3)，E1b= T0 SgB ；
顯然，SgA — SgB=Q1 (IA1 — 1/Τ3)+ Q2 (1/Τ0+1/Τ2 — 1/Τ3 — IA1)+ Q3 (1/Τ0 — 1/Τ2),又因?yàn)門3 > T2 > T1 > Τ。，所以SgA — SgB > O,也即Eia > E1b,即A過程中的(火用)損失大于B過程的。也即分區(qū)之后，接收器的熱效率會(huì)更高。除以上實(shí)施例之外，本發(fā)明可有多種實(shí)施方式，凡在本發(fā)明的基礎(chǔ)上實(shí)施的等效替換或類似組合變換均在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌?13)，它包括高溫?zé)峁?5)，該高溫?zé)峁?5) 呈豎直放置，并由環(huán)形管(10)板分成上下兩段，上段為放熱段(502)，該放熱段的外部設(shè)有套管(7)，所述套管(7)與上聯(lián)箱管(101-401)、下聯(lián)箱管(102-402)連通，其特征在于多個(gè)沿豎直方向設(shè)置的隔熱板組(20)將所述上聯(lián)箱管、下聯(lián)箱管分成多個(gè)區(qū)，處于同一區(qū)的上聯(lián)箱管、下聯(lián)箱管相互連通；每個(gè)所述隔熱板組(20)上設(shè)有電磁閥(103、104)，當(dāng)該電磁閥處于開放狀態(tài)時(shí)，工作流體從下聯(lián)箱管流到相鄰區(qū)的上聯(lián)箱管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌?，其特征在于所述隔熱板組由相鄰區(qū)之間的至少兩個(gè)且上下交錯(cuò)開口隔熱板組成，所述電磁閥設(shè)置于相鄰隔熱板之間的工作流體通道上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鳎涮卣髟谟谒龈魺岚鍙乃錾下?lián)箱管的上壁向下延伸到與所述下聯(lián)箱管的上壁所在平面，與該隔熱板相鄰的另一隔熱版從所述下聯(lián)箱管的下壁向上延伸到所述上聯(lián)箱管的下壁所在的平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌?，其特征在于所述隔熱板將所述上?lián)箱管、下聯(lián)箱管分成四個(gè)區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌?，其特征在于所述隔熱板為真空隔熱板?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌鳎涮卣髟谟谒稣婵崭魺岚宓膶?dǎo)熱系數(shù)為O. OOfO. 01。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌?13)，它包括高溫?zé)峁?5)，該高溫?zé)峁?5)呈豎直放置，并由環(huán)形管(10)板分成上下兩段，上段為放熱段(502)，該放熱段的外部設(shè)有套管(7)，所述套管(7)與上聯(lián)箱管(101-401)、下聯(lián)箱管(102-402)連通，多個(gè)沿豎直方向設(shè)置的隔熱板組(20)將所述上聯(lián)箱管、下聯(lián)箱管分成多個(gè)區(qū)，處于同一區(qū)的上聯(lián)箱管、下聯(lián)箱管相互連通；每個(gè)所述隔熱板組(20)上設(shè)有電磁閥(103、104)，當(dāng)該電磁閥處于開放狀態(tài)時(shí)，工作流體從下聯(lián)箱管流到相鄰區(qū)的上聯(lián)箱管。本發(fā)明的分區(qū)式太陽能高溫?zé)峁苤行慕邮掌髂軌蛱岣吖鉄徂D(zhuǎn)化效率。
文檔編號(hào)F24J2/32GK103017366SQ201210538188
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者王軍, 張博文, 王俊, 周香香, 劉靜靜 申請(qǐng)人:東南大學(xué)