一种太阳能水工质腔式吸热器制造技术

本发明专利技术公开了一种太阳能水工质腔式吸热器，属于聚光太阳能热发电装置技术领域。包括供气单元、换热单元及腔体；供气单元包括与腔体相连的CO2气体储气罐，在与腔体相连的管路上还气体泵，在CO2气体储气罐的排气口处设置第一阀门，在腔体的进气口处设置第二阀门；换热单元包括与腔体相连的换热器，换热器通过旁路管道与CO2气体储气罐的排气管道相连通，且在旁路管道上设置旁路阀门；在腔体的顶部设有空气排出阀及CO2气体排出阀。本发明专利技术充分利用了温室气体，是节能减排的一种新的利用形式，装置结构设置合理，易实现，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能水工质腔式吸热器
本专利技术属于聚光太阳能热发电装置
，具体涉及一种改进的太阳能水工质腔式吸热器。
技术介绍
由于化石燃料的不断消耗和国家环保意识的提高，太阳能热发电引起了全球的热点关注。目前聚光太阳能热发电技术(CSP)主要有塔式、槽式和碟式热发电三种，其中塔式太阳能热发电系统因其聚焦比高，可实现大规模发电并且发电效率高等优点而受到国内外广泛关注。塔式太阳能热发电系统的基本原理是利用定日镜矩阵将太阳能聚焦到置于高空中的吸热器中，工作介质吸收吸热器中的辐射热量来产生高温高压蒸汽从而驱动汽轮机组发电，从而将太阳能转换为电能。在塔式太阳能热发电系统中，吸热器是一种置于中心聚焦高塔(太阳塔)顶部的光热转换装置，其主要功能是将经聚光装置(定日镜阵列)聚焦后的高聚光比太阳能转化为流经布置于吸热器上的吸热面(管束)的吸热介质(水/水蒸气、熔融盐等)的热能，因而吸热器性能决定了整个系统的热发电效率。随着塔式太阳能热发电系统容量的提高，太阳塔的高度也大幅度增加(>100米)，百米高空的气象条件(风速、温度等)使得吸热器的热效率大幅度减小，其中腔式吸热器的设计构思也是为在一定程度上为较少高空中高风速、低温度对吸热器热效率的影响而产生的。所谓腔体吸热器是一个一面开口(采光口)的多面立方体，其中多面立方体的构建与取向是为了满足光学上的黑体结构而设计，聚光后的太阳能由采光口射入腔体内部，并被布置在腔体内表面的吸热面中的吸热工质所吸收，完成关键的光热转换过程。这种腔式吸热器可接收特定角度、特定镜场区域的太阳能辐射，可适当减小应高空气象条件造成的对流和开式采光口引起的辐射热损失，西班牙的PS-10、PS-20和北京延庆亚洲首座MW级示范电站均采用了此类吸热器。总体上来说，腔式吸热器由于其结构简单，经济性好，技术成熟而被许多商业电站采用。塔式太阳能热发电将向高参数、大规模方向发展，在吸热器的应用方面有两个问题显得尤为突出。第一，太阳塔高度和采光口开口造成对流热损失和辐射热损失。随着太阳能热电厂的容量向几十甚至上百MW的发电，太阳塔的高度和吸热器的采光口面积也随之增加。有资料表明，高空中的风速近似与高度平方关系成正比，因此，太阳塔高度引起的对流热损失，以及吸热器采光口造成的高温辐射热损失对吸热器效率的影响变得尤为关键。第二，高聚光比的定日镜场引起的吸热器表面的热流密度不均匀。随着发电容量的增加，定日镜阵列的聚光比也显著增加。通常情况下，定日镜阵列聚焦的太阳能呈现中心最高、周围由里到外热流密度依次降低的光斑，有资料表明，聚光光斑的中心和最外围的热流密度之比可高达9:1，而且这种现象会随着定日镜场的聚光比的提高而变得尤为突出。这样高度不均匀的热流密度投射至腔体表面上，会造成吸热器不同吸热面间工质流量分配不均匀及倒流、停滞等严重水动力不稳定问题，严重时导致吸热面灼烧及系统失效的安全问题。如何有效合理地降低吸热器热损失和克服吸热器表面热流密度不均性是制约塔式太阳能向大容量、高参数发展的关键技术性问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种太阳能水工质腔式吸热器，该腔式吸热器能够有效解决现有腔室吸热器吸热面上热流密度不均匀及热损失较大的问题。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种太阳能水工质腔式吸热器，包括供气单元、换热单元及腔体；供气单元包括与腔体相连的CO2气体储气罐，在与腔体相连的管路上还气体泵，在CO2气体储气罐的排气口处设置第一阀门，在腔体的进气口处设置第二阀门；换热单元包括与腔体相连的换热器，换热器通过旁路管道与CO2气体储气罐的排气管道相连通，且在旁路管道上设置旁路阀门；在腔体的顶部设有空气排出阀及CO2气体排出阀。在腔体的开口处装有玻璃盖板。所述玻璃盖板由抗高压、耐高温且透光率大于90％的石英玻璃制成。在空气排出阀上方还设有CO2气体检测器。把供气单元、换热单元及腔体相连的所有管道均由带保温层的圆形钢管制成。所述的第一阀门、第二阀门、旁路阀门、CO2气体排出阀及空气排出阀为球阀或闸阀。所述气体泵为能够提供至少1.5MPa压力气体的气体泵。在腔体的吸热面上设置竖直水管。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的改进型太阳能水工质腔式吸热器，增加了对腔体的供气单元，即通过CO2储气罐为腔体提供CO2气体。太阳辐射的主要能量集中在0.2-2μm之间，属于短波辐射，吸热器内表面辐射的主要能量在0.8-100μm之间，而CO2气体是三原子气体，其吸收与辐射对波长有强烈的选择性。向腔体中填充CO2气体能够让太阳辐射出的短波大部分通过，能吸收吸热器内表面的辐射能，是一种良好辐射能吸收体，因此可以减少腔体内表面的辐射热损失。同时，由于CO2气体的热扩散作用，能够使得吸热器内表面的热流密度变得更加均匀，CO2气体储存的能量还能被加以利用。本专利技术充分利用了温室气体，是节能减排的一种新的利用形式，装置结构设置合理，易实现，应用前景广阔。进一步地，本专利技术在腔体的开口处装有玻璃盖板，玻璃盖板抑制了腔体内表面的对流换热。且加装玻璃盖板后可对腔体适度加压，提高其内部蓄热气体的浓度，从而有效增加吸热量；玻璃盖板的加装和CO2气体的填充，能够一定程度上解决腔式吸热器的热损失和吸热表面的热流密度不均匀问题。进一步地，在空气排出阀上方还设有CO2气体检测器，能够检测腔体中的空气是否排净，以保证腔体中CO2气体的充分填充。附图说明图1为本专利技术的装置示意图；图2为本专利技术的腔式吸热器的整体结构图；图3为本专利技术的腔式吸热器的纵向截图。其中，1为CO2气体检测器；2为空气排出阀；3为腔体；4为玻璃盖板；5为CO2气体排出阀；6为换热器；7为旁路阀门；8为第二阀门；9为CO2气体储气罐；10为第一阀门；11为气体泵；12为竖直水管；13为吸热面；14为腔体底面。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术的技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。参见图1和图2，本专利技术的一种改进型太阳能水工质腔式吸热器，包括供气单元、换热单元以及腔体3；供气单元包括具有一定压力的CO2气体储气罐9，CO2气体储气罐9排气口处设有第一阀门10，在CO2气体储气罐9与腔体3相连通的管路上还设有一个气体泵11，腔体3的进气口处设有第二阀门8。在腔体3的顶部设有空气排出阀2及CO2气体排出阀5。在空气排出阀2上方还设有CO2气体检测器1。换热单元包括与腔体3相连的换热器6，换热器6通过旁路管道与CO2气体储气罐9的排气管道相连通，且在旁路管道上设置旁路阀门7。优选地，腔体3开口处加装了一个玻璃盖板4。该玻璃盖板4为透光率90％以上的石英玻璃，并要具有一定抗压、耐高温能力。玻璃盖板的加装和CO2气体的填充，能够一定程度上解决腔式吸热器的热损失和吸热表面的热流密度不均匀问题。所述管道为带有保温层的圆形钢管。所述第一阀门10、第二阀门8、旁路阀门7、CO2气体排出阀5及空气排出阀2为球阀或者闸阀，要具有良好的密封性能。所述气体泵11为一般气泵，能够提供1.5MPa压力的气体即可。所述CO2气体储气罐9为具有一定压力的钢罐。优选地，在空气排出阀2上方还设有C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能水工质腔式吸热器，其特征在于，包括供气单元、换热单元及腔体(3)；供气单元包括与腔体(3)相连的CO2气体储气罐(9)，在与腔体(3)相连的管路上还气体泵(11)，在CO2气体储气罐(9)的排气口处设置第一阀门(10)，在腔体(3)的进气口处设置第二阀门(8)；换热单元包括与腔体(3)相连的换热器(6)，换热器(6)通过旁路管道与CO2气体储气罐(9)的排气管道相连通，且在旁路管道上设置旁路阀门(7)；在腔体(3)的顶部设有空气排出阀(2)及CO2气体排出阀(5)。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能水工质腔式吸热器，其特征在于，包括供气单元、换热单元及腔体(3)；供气单元包括与腔体(3)相连的CO2气体储气罐(9)，在CO2气体储气罐(9)与腔体(3)相连的管路上还设有气体泵(11)，在CO2气体储气罐(9)的排气口处设置第一阀门(10)，在腔体(3)的进气口处设置第二阀门(8)；换热单元包括与腔体(3)相连的换热器(6)，换热器(6)通过旁路管道与CO2气体储气罐(9)的排气管道相连通，且在旁路管道上设置旁路阀门(7)；在腔体(3)的顶部设有空气排出阀(2)及CO2气体排出阀(5)。2.根据权利要求1所述的一种太阳能水工质腔式吸热器，其特征在于，在腔体(3)的开口处装有玻璃盖板(4)。3.根据权利要求2所述的一种太阳能水工质腔式吸热器，其特征在于，所述玻璃盖板由透光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃社，胡甜，魏进家，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61