CN106907868A - 一种太阳能接收装置及吸热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能接收装置及吸热器。太阳能接收装置包括第一容器，第一容器内设置有第一工质，第一容器连接有用于驱动第一工质流动的驱动装置，第一容器内还设置有第二容器，第二容器内设置有第二工质，第二容器设置有第二工质的入口和出口，第一工质的导热率大于第二工质的导热率，第一容器内还设置有用于形成第一工质的回流通道的主侧板和多个用于形成第一工质的导流通道的导流板，驱动装置设置于回流通道的一端。第二容器浸泡在第一容器内的第一工质中，当驱动装置驱动第一容器内的第一工质流动时，可将第一工质的热量均匀地传递至第二容器内的第二工质，有效地提高了太阳能接收装置的能量密度，降低了太阳能接收装置的热应力。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能接收装置及吸热器。
背景技术
目前，非再生能源面临两大问题，一是能源日渐枯竭，二是大量二氧化碳的排放造成大气污染和温室效应。因此，人们亟须一种替代能源，而太阳能作为一种取之不尽、清洁无污染、高效低成本的能源，越来越受到大家的关注。
太阳能光热发电分为槽式线聚焦系统、碟式系统和塔式系统，而塔式系统因其效率高、成本低，逐渐成为光热太阳能发电系统的主流。塔式系统的原理是，利用多个独立跟踪太阳的定日镜，将阳光聚焦在一个固定在塔顶顶部的集热器上，在集热器腔体内产生高温，通过将集热器中的如融溶盐、空气、水蒸汽等发电工质加热，从而推动汽轮机，将太阳的热能转化为电能。
现有技术中的集热器，一般由多个无缝并列密布的薄壁金属管组成，太阳能热量由金属管传导到管内的发电工质。因集热器只有一面吸收热量，当其与流经集热器的发电工质热交换效率不高时，容易产生热应力，从而损坏集热器。针对此问题，业界一般通过增加集热器面积的方法来解决，但是这种解决方法，一方面增加了建设成本，另一方面降低了集热器单位能量密度，使太阳能光热发电效率降低，导致夏季无法满发功率工作，冬季太阳照射不足时，无法达到驱动汽轮机正常运转温度，减少了发电时间。因此，有必要提供一种高能量密度的太阳能接收装置，以使得在热容量一定的条件下，可以减小太阳能接收装置的面积，使电站夏季满发功率提高，冬季太阳照射不充足时，也能够达到足以推动汽轮机正常运转温度，延长发电时间。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种太阳能接收装置，其可有效地提高太阳能接收装置的能量密度，降低太阳能接收装置的热应力。
本发明的第二个目的在于提供一种包括上述的太阳能接收装置的太阳能吸热器，其可有效地提高太阳能接收装置的能量密度，降低太阳能接收装置的热应力。
为达第一个目的，本发明采用以下技术方案：
一种太阳能接收装置，包括第一容器，第一容器内设置有第一工质，第一容器连接有用于驱动第一工质流动的驱动装置，第一容器内还设置有第二容器，第二容器内设置有第二工质，第二容器设置有第二工质的入口和出口，第一工质的导热率大于第二工质的导热率，第一容器内还设置有用于形成第一工质的回流通道的主侧板和多个用于形成第一工质的导流通道的的导流板，驱动装置设置于回流通道的一端，回流通道的两端均设置有与导流通道相导通的开口。
采用上述技术方案，使得第二容器浸泡在第一容器内的第一工质中，当驱动装置驱动第一容器内的第一工质流动时，可将第一工质的热量均匀地传递至第二容器内的第二工质，有效地提高了太阳能接收装置的能量密度，降低了太阳能接收装置的热应力。优选地，主侧板沿竖直方向设置，主侧板和第一容器的一侧板一起形成回流通道，驱动装置设置于回流通道的上端。通过采取这样的技术手段，驱动装置可利用虹吸原理，驱动第一工质在回流通道内从下往上地流动，并从回流通道上端的开口流入导流通道中，减少了太阳能接收装置由于受热不均而形成的局部热应力。进一步优选地，第二容器的弯曲方向与导流通道的弯曲方向相垂直。
其中，第二容器为盘曲设置在第一容器内的管路，管路的外部套设有导向翅片。通过采取将第二容器盘曲设置在第一容器内的技术手段，可有效地增加第二工质的流动路径，使得第一工质和第二工质的热交换更加充分和均匀；导向翅片的作用为使得流动的第一工质容易在第一容器内形成湍流，使得第一工质和第二工质的热交换更加充分，且对第二容器起到支撑和固定的作用。
其中，第一容器的外表面设置有多个呈瓦楞状或蜂窝状的凹陷。通过设置凹陷的技术手段，可以达到加强第一容器结构强度的目的，同时使得流动的第一工质容易在第一容器内形成湍流，使得第一工质和第二工质的热交换更加充分。
其中，多个导流板依次平行间隔地设置在第一容器内。平行间隔设置的导流板可以对第一工质起到很好的导向作用。优选地，导流板在第一容器内沿水平方向依次平行间隔设置，使得导流通道具有多个连续S型弯曲，有效地增加了第一工质在第一容器内的流动路径，使得第一工质和第二工质的热交换更加充分和均匀。
其中，导流板设置有用于第二容器穿过的通孔。导流板在导流的同时，还可以对第二容器起到支撑和固定的作用。
其中，第一容器内还设置有用于连接其两侧板的连接件，连接件的一端穿过第一容器的背面设置有卡勾。采用这样的连接件设置，可有效地提高第一容器的结构强度，使得第一容器的结构更加牢固可靠；此外，连接件的一端可通过连接钢丝，斜吊于吸热器上，并通过调节钢丝长度以实现与吸热器的滑动连接。
其中，第一容器的背面设置有保温层。第一容器的背面是指，背靠太阳光照射的面。保温层的设置，可防止第一容器内的热量流失，间接地提高了太阳能接收装置的能量密度。
其中，第一容器的上方、入口处和/或出口处设置有惰性气体保护装置。惰性气体保护装置的设置，使得第一工质和第二工质与外界隔绝，对其起到保护作用。
其中，第一工质为液体金属，和/或第二工质为熔融盐或空气。优选地，第一工质为铅铋或铅锡合金，第二工质为熔融盐。液体金属的汽化温度为1500℃至2000℃左右，通过采取高汽化比的液体金属，在热容量一定的条件下，可以大大减小太阳能接收装置的体积，进而在厚度固定的情况下，可以间接地减少太阳能接收装置的面积，以提高太阳能接收装置的能量密度，使电站夏季满发功率提高；其光照面积小，使冬季太阳照射不充足时，也能够达到足以推动汽轮机正常运转温度，延长发电时间。
为达第二个目的，本发明采用以下技术方案：
一种太阳能吸热器，包括塔体，塔体设置有集热器，集热器包括至少一个上述的太阳能接收装置。优选地，集热器包括六个上述的太阳能接收装置。
本发明的有益效果：第二容器浸泡在第一工质内，当驱动装置驱动第一工质流动时，可将第一工质的热量均匀地传递至第二容器内的第二工质，有效地提高了太阳能接收装置的能量密度，降低了太阳能接收装置由于热量不均而产生的热应力。通过第二容器盘曲设置在第一容器内的技术手段，达到了有效增加第二工质的流动路径的目的，使得第一工质和第二工质的热交换更加充分和均匀；通过设置导向翅片以形成第一工质湍流的技术手段，达到了第一工质和第二工质的热交换更加充分，且对第二容器起到支撑固定的作用的目的。本发明可有效地提高太阳能接收装置的能量密度，降低太阳能接收装置的热应力。
附图说明
图1是本发明实施例提供的太阳能接收装置的内部结构平面图。
图2是本发明实施例提供的太阳能接收装置的内部结构立体图。
图3是本发明实施例提供的太阳能接收装置的立体结构示意图。
附图标记如下：
1-第一容器；11-主侧板；12-导流板；121-通孔；13-回流通道；14-导流通道；15-连接件；151-卡勾；2-第一工质；3-驱动装置；4-第二容器；41-入口；42-出口；5-第二工质；6-导向翅片；7-惰性气体保护装置。
具体实施方式
下面结合图1至图3并通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
太阳能接收装置包括第一容器1，第一容器1内设置有第一工质2，第一容器1连接有用于驱动第一工质2流动的驱动装置3。优选地，驱动装置3为泵。第一容器1内还设置有第二容器4，第二容器4内设置有第二工质5，第二容器4设置有第二工质5的入口41和出口42，第一工质2的导热率大于第二工质5的导热率，第一容器1内还设置有用于形成第一工质2的回流通道13的主侧板11和多个用于形成第一工质2的导流通道14的的导流板12，驱动装置3设置于回流通道13的一端，回流通道13的两端均设置有与导流通道14相导通的开口。优选地，主侧板11沿竖直方向设置，主侧板11和第一容器1的一侧板一起形成回流通道13，驱动装置3设置于回流通道13的上端，驱动装置3可利用虹吸原理，驱动第一工质2在回流通道13内从下往上地流动，并从回流通道13上端的开口流入导流通道14中，从而减少太阳能接收装置由于热交换不充分而形成的热应力。
本实施例中，第一容器1为耐高温耐腐蚀金属制造而成的长方体状容器，其尺寸为10m×10m×0.1m，第一工质2为铅铋合金，第二工质5为熔融盐。在其他实施例中，可根据需要设置第一容器1的尺寸，第一工质2也可根据需要选择铅锡合金等其他液体金属，第二工质5也可根据需要选择空气等。
本实施例中，第二容器4为盘曲设置在第一容器1内的管路，管路的外部套设有导向翅片6。优选地，第二容器4为连续设置的S型管路。第二容器4盘曲设置在第一容器1内，可有效增加第二工质5在第一容器1内的的流动路径，使得第一工质2和第二工质5的热交换更加充分和均匀；导向翅片6的作用为在第一容器1内使第一工质2更易形成湍流，使得第一工质2和第二工质5的热交换更加充分，且对第二容器4起到支撑和固定的作用。
本实施例中，第一容器1的外表面设置有多个呈瓦楞状的凹陷。通过设置凹陷，可以进一步地加强第一容器1的结构强度，同时使得流动的第一工质2容易在第一容器1内形成湍流，使得第一工质2和第二工质5的热交换更加充分。在其他实施例中，第一容器1的外表面也可根据需要设置其他形状的凹陷，例如蜂窝状的凹陷。
本实施例中，多个导流板12依次平行间隔地设置在第一容器1内。导流板12对第一工质2起到导向的作用。优选地，导流板12在第一容器1内沿水平方向依次平行间隔设置，使得导流通道14为多个连续S型弯曲设置，有效地增加了第一工质2在第一容器1内的流动路径，使得第一工质2和第二工质5的热交换更加充分和均匀。
本实施例中，导流板12设置有用于第二容器4穿过的通孔121。导流板12可以对第二容器4起到支撑和固定的作用。
本实施例中，第一容器1内还设置有用于连接其两侧板的连接件15，连接件15的一端穿过第一容器1的背面设置有卡勾151。连接件15的设置，可有效地提高第一容器1的结构强度，使得第一容器1的结构更加可靠。此外，连接件15的一端可通过连接钢丝，斜吊于吸热器上，并通过调节钢丝长度以实现与吸热器的滑动连接。
本实施例中，第一容器1的背面设置有保温层(未图示)。保温层的设置，可防止第一容器1内的热量流失，间隔地提高了太阳能接收装置的能量密度。
本实施例中，第一容器1的上方、入口41处和/或出口42处设置有惰性气体保护装置7。通过惰性气体保护装置7的设置，使得第一工质2和第二工质5与外界隔绝，对其起到保护作用。
本实施例还提供一种太阳能吸热器，包括塔体，塔体的顶部设置有集热器，集热器包括至少一个上述的太阳能接收装置。优选地，集热器包括六个上述的太阳能接收装置。在其他实施例中，集热器也可根据需要设置于塔体的其他位置。
太阳光的热量将上述太阳能接收装置中的铅铋合金加热到1000度以上，铅铋合金均匀加热浸泡在其中的管路，将管内流动的熔融盐加热到600度左右，再通过热交换器与水换热，产生高温高压水蒸汽，以驱动汽轮机发电。
实施例2
本实施例以实施例1为基础，本实施例与实施例1的不同之处为：第一工质2为铅锡合金，第二工质5为空气。
本实施例还提供一种太阳能吸热器，包括塔体，塔体的顶部设置有集热器，集热器包括至少一个上述的太阳能接收装置。优选地，集热器包括六个上述的太阳能接收装置。
太阳光的热量将上述太阳能接收装置中的铅锡合金加热到1000度，铅锡合金均匀加热浸泡在其中的管路，将管内流动的空气加热到990度左右，用以驱动热机发电。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种太阳能接收装置，包括第一容器，其特征在于，所述第一容器内设置有第一工质，所述第一容器连接有用于驱动所述第一工质流动的驱动装置，所述第一容器内还设置有第二容器，所述第二容器内设置有第二工质，所述第二容器设置有所述第二工质的入口和出口，所述第一工质的导热率大于所述第二工质的导热率，所述第一容器内还设置有用于形成第一工质的回流通道的主侧板和多个用于形成第一工质的导流通道的的导流板，所述驱动装置设置于所述回流通道的一端，所述回流通道的两端均设置有与所述导流通道相导通的开口。
2.根据权利要求1所述的太阳能接收装置，其特征在于，所述第二容器为盘曲设置在所述第一容器内的管路，所述管路的外部套设有导向翅片。
3.根据权利要求1所述的太阳能接收装置，其特征在于，所述第一容器的外表面设置有多个呈瓦楞状或蜂窝状的凹陷。
4.根据权利要求1所述的太阳能接收装置，其特征在于，多个所述导流板依次平行间隔地设置在所述第一容器内。
5.根据权利要求1所述的太阳能接收装置，其特征在于，所述导流板设置有用于所述第二容器穿过的通孔。
6.根据权利要求1所述的太阳能接收装置，其特征在于，所述第一容器内还设置有用于连接其两侧板的连接件，所述连接件的一端穿过所述第一容器的背面设置有卡勾。
7.根据权利要求1所述的太阳能接收装置，其特征在于，所述第一容器的背面设置有保温层。
8.根据权利要求1所述的太阳能接收装置，其特征在于，所述第一容器的上方、所述入口处和/或所述出口处设置有惰性气体保护装置。
9.根据权利要求1所述的太阳能接收装置，其特征在于，所述第一工质为液体金属，和/或所述第二工质为熔融盐或空气。
10.一种太阳能吸热器，包括塔体，其特征在于，所述塔体设置有集热器，所述集热器包括至少一个如权利要求1至9任一项所述的太阳能接收装置。
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