用于太阳能吸收板的横截面可变的薄壁集流器制造技术

本发明专利技术涉及用于一种用于太阳能吸收板的横截面可变的薄壁集流器，以镍基超级合金制造，并由薄壁主体（１８）和多个管嘴（１６、２１）形成。集流器（１０）连接到一系列接合管嘴（１６），其中各太阳能吸收管（１４）连接到这些接合管嘴；以及至少一个入口或出口管嘴（２１），至少一个馈送管连接到该入口或出口管嘴。主体（１８）可以为纺锤形，或者可以由两个以较大基部接合在一起的截头圆锥区段形成，并且可以进一步在所述入口或出口管嘴（２１）的高度处具有中部柱状区段。该集流器尤其适用于在太阳能板中汇集高温流体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种集流器(header)设计，更具体地说，涉及用来 分布和汇集太阳能吸收板的太阳能吸收管的集流器设计，所述太阳能 吸收管属于太阳能中央收集器，通常具有熔融的盐，但是也可以采用 其他高温转移流体。
技术介绍
横截面不变的薄壁柱状集流器以前已经用在太阳能吸收管的熔融 盐接收面板中，太阳能吸收管借助机加工衬套和管嘴连接到所述集流 器，这些衬套和管嘴接下来焊接到所述柱状集流器。有时直接从所述 柱状集流器挤压出所述管嘴。这些实施例可见于美国专利 US6，736，134B2或其PCT申请WO03/021159A2版本中。这种结构中的一些使得接合集流器主体与太阳能吸收管的接合区 域承受较高的热应变，特别是在盐流速较低的集流器侧部区域。这种 热应变是由于流经所述集流器的熔融盐集群通过太阳能电厂的定日镜 场而引起的温度快速变化所导致的。可以通过在将所述太阳能吸收管 接合到所述集流器的接合管嘴中放置套筒或其他热保护件来减小这种 源于温度突变的应变。但是，这种热保护件具有难于生产且难于装配 的几何形状，这样将提高生产和检测难度，并且使得这些过程代价高 昂。如果没有这些保护件，则设备的使用寿命将极其短暂。另一方面，柱状集流器要求最小的横截面通流面积，以便以最小 的压力损失将盐流或转移流体流均勻分布到连接所述集流器的全部太 阳能吸收管中。但是，众所周知，在整个集流器中，盐流或转移流体 流并不均匀，并且这种可变流动分布取决于集流器上所述管或者馈送 管连接部的结构或者分布盐或转移流体的太阳能吸收管的结构。横截面不变的柱状集流器基本上在中部进行馈送，随着流体经过 连接在集流器中部的太阳能吸收管进行分布，转移流体的流速在其侧 部区域大幅降低，这在太阳能吸收管与集流器侧部连接的同时，导致在接合管嘴中产生严重预过渡(pre-transient)热应变。这种横截面不变的柱状集流器结构在那些远离集流器馈送管的地 方并不优化，集群过渡所产生的热应变结合所述集流器作为承压容器 而必须吸收的机械应力，导致主体壁厚比所希望的壁厚要大，由于在 所述集流器接合到所述太阳能吸收管的接合管嘴处引发的热应变，所 以这也具有破坏性。
技术实现思路
因此，本专利技术的主要目的是提供一种集流器结构，其可以用在具 有熔融盐或者任何其他转移流体的太阳能接收板中，在所述集流器接 合到所述太阳能吸收管的接合管嘴处能更为有效地抵御热应变，而不 需要使用复杂昂贵的热保护设备。本专利技术的另一项目的在于提供一种集流器结构，用于具有熔融盐 或任何其他转移流体的太阳能接收板中，允许在该集流器的主体中使 用薄壁，以使用于接合太阳能吸收管的接合管嘴更好地符合这些管的 较薄厚度。本专利技术的另一项目的在于提供一种集流器结构，用于具有熔融盐 或任何其他转移流体的太阳能吸收板中，允许对连接的全部管使用相 同的集流器-太阳能吸收管接合管嘴构思，包括那些位于盐或转移流体 流量高的集流器区域和流量低的区域中的接合管嘴，而且在制造和成 本方面存在附带的优势。前述和其他目的通过薄壁集流器来实现，该集流器通常具有较小 的最大直径以及可变横截面。必须从能够用来制造集流器和太阳能吸收管的可能材料中进行选 材，这些材料在高于600。C的高温下具有良好的性质，即机械强度较 高、热疲劳强度高、抗蠕变强度高、在高温且承受应变的情况下对硝酸盐或所用转移流体的耐腐蚀性好、热膨胀系数较低以使热变形引起 的载荷降低，并且可以焊接，可以塑形而且还比较常用。在这一方面，镍基超级合金，诸如Inconel625等，是良好的选择。集流器组件包含了挤压或机加工并后续焊接的接合管嘴，用于通 过太阳能吸收管分布和汇集熔融盐或所用的转移流体，它们全部都优 选以镍基超级合金制造。所述集流器还包含至少一个入口或出口管嘴， 将集流器的主体连接到至少一个馈送管。集流器主体不是横截面不变 的柱状，而是具有可变的横截面，在接合到所述管的接合区段或接合 到所述馈送管的接合区段横截面最大，而随着集流器区段远离所述馈 送管或所述管而横截面逐渐减小。集流器的重要功能是在太阳能吸收管内以最小压力损失均匀分布盐流或转移流体流。为此，具有优势的是让集流器馈送管的通流面积 至少等于连接到集流器的太阳能吸收管的通流面积的总和。如果不是用一个馈送管来供给集流器，而是使用多于一个馈送管，则馈送管通 流面积总和必须至少等于连接到集流器的太阳能吸收管的通流面积总 和。集流器主体的最大横截面位于用于接合到馈送管的接合区域内， 至少等于连接到集流器的太阳能吸收管的通流面积总和的1.5倍。集 流器主体的剩余横截面随着集流器从供给集流器的馈送管或管离开而 逐渐减小，遵循特定变化规律，但是优选变化梯度最大，这样允许通 过可行的制造工艺将所连接的太阳能吸收管的全部接合管嘴收容到集 流器内，并且允许借助自动轨迹焊将全部这些管接合到它们各自的管 嘴。集流器侧部或端部区域是较难满足这些条件的区域，因为存在通 流面积最小的区域，因此它们限定了不同的梯度。相对于横截面不变且尺寸与可变集流器的最大横截面相同的集流 器而言，横截面可变的集流器提供的优势在于可变集流器允许更大程度地改善接合在其上的太阳能吸收管内的 流动分布，由于横截面通流面积较小而增大了集流器侧部区域内的盐 流或转移流体流的流速，因此在集流器-管接合管嘴内降低了相对于过渡状态而产生的热应变，并且由于上述横截面通流面积减小所以降低 了这些区域的机械压应力，这样明显降低了相对于相同压力载荷所产 生的应变。从这些优势可以派生出相关的优势，集流器整体横截面通流面积 减小的程度越大，这些优势理论上越大，这些优势包括限定更薄的壁 厚的可能性以及针对本专利技术的集流器主体进行优化，使得在使用该集 流器的太阳能电厂的定日镜场中发生集群过渡过程的时候，该集流器 主体能承受盐流速或转移流体流速较低的集流器区域内所遭受的严重 热应变。得益于其优势的影响，本专利技术的另一项优势在于，对于全部与集 流器连接的管来说，能够对将集流器接合到太阳能吸收管的接合管嘴 限定为相同的构思，明显带来制造和成本方面的优势，而且对于盐或 转移流体流速较低的集流器区域内的管嘴，不需要使用其他复杂的设计或者复杂昂贵的热保护设备。其他额外优势是因直径较小而减小了闭合集流器的盖板的厚度， 本专利技术允许这种厚度减小。通过实施例，并考虑到该实施例中仅由中部管来供给集流器，所 以在本专利技术的物理实施例中，可变横截面使得集流器呈纺锤形。在本 专利技术的另一个物理实施例中，横截面变化梯度恒定，使得集流器包括 两个借助较大基部接合起来的截头圆锥区段。在本专利技术另一种物理实施例中，连接馈送管的集流器的主体的中 部区域保持柱状以便于制造，而在该连接部的出口处立即变成可变横 截面。在任何情况下，集流器整体横截面尽可能减小，但是受到可行的 制造工艺的制约，该可行的制造工艺允许将其连接的太阳能吸收管的 全部接合管嘴收容到集流器中并且通过焊接接合在其上。作为尺寸参考，考虑了太阳能吸收管厚度较薄而且这些管彼此并 排布置在太阳光线入射平面上形成接收板，集流器长度大约等于所连 接的太阳能吸收管的总数乘以这些管的平均直径。根据前述限定的最大横截面，集流器最大直径的最小值为太阳能吸收管平均直径乘以太阳能吸收管数1.5倍的平方根，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于太阳能吸收板的横截面可变的薄壁集流器，以镍基超级合金制造，用于分布和汇集熔融硝酸盐或任何其他高温流体，由以下形成：主体（１８）；多个遍布所述主体（１８）分布的接合管嘴（１６），这些接合管嘴将所述主体连接到太阳能吸收管（１４）；和将所述主体（１８）连接到至少一馈送管的至少一入口或出口管嘴（２１），其特征在于，所述主体（１８）具有可变的横截面，从横截面最大的中部区域持续减小，直到到达所述主体（１８）的端部区段，所述至少一个入口或出口管嘴（２１）的轴线位于所述中部区域内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM拉塔佩雷斯，
申请(专利权)人：SENER工程系统私人控股公司，
类型：发明
国别省市：ES[西班牙]