专利名称：带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热器的制作方法
技术领域：
本发明的一种带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热器用于塔式太阳能熔融盐复合型板翅热板式吸热器，涉及一种太阳能热发电吸热器，特别涉及一种用于大规模塔式太阳能热发电系统中吸热器。
背景技术：
进入21世纪，随着化石燃料的日渐枯竭以及环境污染的日益严重，能源问题已经成为制约我国国民经济快速发展的瓶颈。而太阳能洁净无污染、来源广泛，开发太阳能对解决能源问题具有重大意义。相较于蝶式和槽式热发电技术，塔式太阳能热发电系统具有聚光倍数高，光热转换效率高以及发电成本低等优点。典型的塔式太阳能热发电系统使用了高塔聚焦，电站规模可达200MW以上,具有巨大的商业应用前景。作为塔式太阳能热发电系统的核心部件，吸热器(Receiver)用于吸收太阳光将热辐射能传递给工质，其热效率、启动性能、可靠性、工况下的使用寿命等对整个太阳能塔式发电系统的成功运行有十分重要的影响。传统的塔式热发电系统中吸热器包括空气式、水/蒸汽式和熔融盐式3种。空气系统中，由于存在流动不均匀及局部过热与失效问题，相关应用也受到很大局限；水/蒸汽式吸热器有受热不均，存在烧毁点，对腔体的承压能力有较高要求，且临界温度较低，热容较低以及疲劳及蠕变损伤等寿命上的问题。熔盐系统中，也存在熔盐高温下的分解及冷凝时引起的氯化物腐蚀开裂问题以及吸热器和管路中熔盐介质的放空冷充与保温加热等问题。
发明内容
针对塔式太阳能热发电熔融盐系统中吸热器所存在的上述问题，本发明旨在提高传统熔融盐式吸热器的性能，基于非均匀高变热流密度下金属液态相变传热原理，提供了一种带有新型支撑结构的塔式太阳能熔融盐复合型板翅热板式吸热器。其优点是热启动性能好，传热效率高，工况下吸热器整体温度分布均匀，承压能力较好，抗蠕变、疲劳破坏强，制造工艺先进，安全性高，使用寿命长等。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种带有新型支撑结构的塔式太阳能熔融盐复合型板翅热板式吸热单元，所述的吸热板为双层板结构，外层为吸热均温热板，内层为板翅式熔融盐通道；吸热器外层辐射吸收面涂有Pyromark涂料用于辐射吸收，减少热损失。平板热管式结构可以有效的降低吸热器的温度不均匀性，提高传热效率，提高传统吸热器的性能，新型的拉杆支撑结构不仅大大提高热板的承压能力，还降低了热阻，加快冷凝液体工质的回流，提高了传热效率。外层的吸热均温热板为内外平板状金属板与四周封条围成的平板状腔式结构，一端开有接口，空腔内部外平板金属板上焊有烧结铜粉为吸液芯，其形状与空腔外端吻合，且吸液芯与拉杆一体烧制而成，不仅解决了承压能力差的问题，而且还解决了拉杆与热板内部吸液芯焊接导致的吸液芯堵塞和连接强度弱的问题，同时降低了传热热阻。吸热均温热板空腔内部通过接口充有一定量金属。一方面，烧结铜粉吸液芯所产生的毛细力提供热量传递过程中冷凝金属液体回流的动力，另一方面，烧结铜柱提供毛细力，冷凝面的一部分液体工质可以直接通过烧结铜柱回到蒸发面，从而加快了冷凝面的工质的回流，提高了传热效率。内层板翅式熔融盐通道为板翅式板状结构，由均温板的内冷却金属板(均温板与板翅熔融盐通道的共用板)、盖板、锯齿翅片及四周封条组成，内冷却金属板、盖板、封条、锯齿翅片均为平板结构，锯齿翅片置于内冷却金属板、盖板、四周封条组成的空间内，考虑到单层锯齿翅片的厚度有限，不方便加封头，所以将封头省去的同时，在翅片盖板的对角部位开孔作为熔融盐的进出通道，实现热量的传递，这样不仅节约了材料，工艺也较简单。所述吸热板材质为高强度耐高温不锈钢310S。所述支撑拉杆与吸液芯采用镍粉末整体烧结而成，消除了吸液芯与拉杆的焊接连接引起的强度问题和吸液芯堵塞的问题。所述吸热均温热板制造工艺如下首先将外端盖板与一体成型的烧结吸液芯与烧结铜粉柱的吸液芯侧钎焊，然后将底板与四周封条进行钎焊，再将两部分进行整体钎焊，在钎焊的同时，在顶板上用石墨膨胀加压，以保证烧结铜粉柱与底板的钎焊质量，再将顶板与四周封条钎焊在一起，使腔体达到密封。所述吸热板为焊接后的吸热均温热板与熔融盐通道组装，通过不锈钢钎焊工艺整体加工而成，充装金属介质后通过冷焊技术对充液通道进行封口。本发明还公开了一种新型支撑结构-支撑拉杆，它为空心多孔柱体，它由镍粉末烧结而成，为了解决与热板的连接问题，所以将吸液芯与拉杆整体烧结一体成型，在烧结的过程中，将一定厚度的镍粉末均匀的涂抹到一定直径的铜柱外表，当烧结完成后，完成将铜柱脱芯的过程，从而得到吸液芯与圆环状的拉杆的一体结构，这样不仅对热板承压能力进行了改善，还可以加速工质液体回流，同时还降低了传热热阻，连接可靠，性能良好。支撑拉杆在吸液芯所形成的面内均匀阵列分布且一体成型，不仅降低了最大应力和变形，满足了热板承压的要求，而且也解决了常规焊接连接导致的吸液芯堵塞的问题。有益效果本发明吸热器在运行时竖直放置，太阳光通过聚日镜聚焦于吸热器的涂有吸热涂料的有一定弧度的外表面，热辐射能加热吸热均温热板内部金属，吸热器开始启动，熔融盐通过进口进入熔融盐通道，金属吸热蒸发径向运动到达熔融盐通道外部，通过对流传热将辐射能径向传递给熔融盐，通过出口将热量带出，投入到后续的发电过程当中，而金属蒸汽换热后冷凝后，一方面由于重力进入液池，再次由烧结吸液芯提供的毛细力回流均布在蒸发侧，另一方面直接通过烧结镍粉末拉杆所提供的毛细力直接回流到蒸发侧，周而复始，将太阳能源源不断转变为电能。该吸热器具有良好的均温性能可防止因局部过热引起的烧毁，热启动性能好，传热效率高，承压能力较好，抗蠕变、疲劳破坏强，使用寿命长。
图1为本发明的总体结构示意图。图2为塔式太阳能熔融盐复合型板翅热板式吸热单元的剖视图。图3为吸热板结构分解图。图4为带有新型支撑结构的吸热均温热板结构及焊接工艺示意图。
图5为板翅式熔融盐通道结构示意图。图6为带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热器工作原理图。图7为塔式太阳能腔式吸热器整体结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。参照附图1，带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热器由外层的吸热均温热板101与内层为熔融盐的通道板翅结构102组成；吸热器101外层辐射吸收面涂有Pyromark涂料用于吸收福射,减少热损失。参照附图2、图3，外层的吸热均温热板101为外平板金属板103、内平板金属板105与四周封条104、112、114、117围成的板状空腔式结构，在封条104上开有接口 107，空腔内部外端焊有一体烧结成型的吸液芯与圆环状拉杆113，烧结吸液芯部分与空腔外端吻合，烧结的圆环状拉杆起到支撑与加速液体回流的功能，空腔内部通过接口 107充有一定量金属。该吸热均温热板101制造工艺如下首先将外部吸热金属板103与一体烧结成型的吸液芯与拉杆的吸液芯113安装并钎焊，然后就一体烧结而成的吸液芯113的圆环状拉杆部分与内冷却平板金属板105整体钎焊在一起；最后将钎焊完成的外吸热平板金属板103、吸液芯113、内冷却平板金属板105与四周封条104、112、114、117钎焊使腔体达到密封，吸热均温热板101空腔内部通过接口 107充有一定量金属。一方面，烧结吸液芯113所产生的毛细力提供热量传递过程中冷凝金属液体回流的动力，另一方面，烧结铜粉柱也起到了加速冷凝金属液体回流的作用，使吸热面内部始终存在金属液，可防止吸热器的局部烧毁。参照附图4、图5内层板翅式熔融盐的通道板翅结构102为板状结构，由均温热板的内冷却板105 (均温热板与板翅结构共用内冷却板)、盖板108、封条106、111、115、116和锯齿翅片109组成，均温热板内冷却板105、盖板108、封条106、111、115、116和锯齿翅片109均为平板板状结构，锯齿翅片109置于均温热板内冷却板105、盖板108、封条106、111、115、116组成的空间内。此处考虑到板翅结构的厚度有限，所以将盖板108对角开口实现熔融盐的进出而带走热量，而非使用封头，最后通过不锈钢钎焊工艺加工为一整体。参照附图6，每个吸热器为整个塔式太阳能集热器腔体内的一个吸热单元，通过熔融盐的进出口连接在一起。参见附图1、图2，所述吸热板的材质为310S高强度不锈钢。参见附图3、图4，所述吸热板为扩散焊接后的吸热均温热板101与熔融盐的通道板翅结构102组装，通过不锈钢钎焊工艺整体加工而成，充装金属介质后通过冷焊技术对充液通道进行封口。参见附图7，本发明吸热器在运行时竖直放置，太阳光通过聚日镜聚焦于吸热器的涂有吸热涂料的有一定弧度的外表面，热辐射能加热吸热均温热板内部金属，吸热器开始启动，熔融盐通过进口进入熔融盐通道，金属吸热蒸发径向运动到达熔融盐通道外部，通过对流传热将辐射能径向传递给熔融盐，通过出口将热量带出，投入到后续的发电过程当中，而金属蒸汽换热后冷凝后，一方面由于重力进入液池，再次由烧结吸液芯的毛细力回流至蒸发侧，另一方面直接通过烧结镍粉末拉杆所提供的毛细力直接回流到蒸发侧，周而复始，将太阳能源源不断转变为电能。该吸热器具有良好的均温性能可防止因局部过热引起的烧毁，热启动性能好，传热效率高，抗蠕变、疲劳破坏强，使用寿命长。以上实施例只是对于本发明的部分功能进行描述，但实施例和附图并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
权利要求
1.一种带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热单元，其特征在于它由外层的吸热均温热板与内层的板翅式熔融盐通道组成；所述吸热均温热板由外吸热金属板、内冷却平板金属板和四周封条围成板状空腔式结构，一端开有接口，空腔内部焊有支撑拉杆与吸液芯。
2.根据权利要求1所述的带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热单元，其特征是，所述支撑拉杆与吸液芯采用镍粉末整体烧结而成。
3.根据权利要求2所述的带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热单元，其特征是，所述支撑拉杆是空心多孔柱体，在实体铜柱外部涂有一定厚度的镍粉末，烧结后将铜的芯体脱出而成的环状烧结铜粉柱。
4.根据权利要求2或3所述的带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热器单元，其特征是，所述支撑拉杆在吸液芯所形成的面内均匀阵列分布且一体成型。
5.根据权利要求1所述的带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热单元，其特征是，所述吸热均温热板构成将外端盖板与一体烧结的吸液芯和支撑拉杆的吸液芯侧进行钎焊；下盖板与四周的封条进行钎焊，其中一个封条开有充装金属介质的所述接口 ；然后所述支撑拉杆与下盖板钎焊在一起；最后将上盖板与封条进行整体钎焊，使腔体达到密封。
6.根据权利要求5所述的带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热单元，其特征在于所述吸热均温热板外层福射吸收面涂有Pyromark涂料。
7.根据权利要求1所述的带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热单元，所述板翅式熔融盐通道由隔板、盖板、封条、锯齿翅片组成，所述隔板、盖板、封条、锯齿翅片均为平板结构，所述锯齿翅片置于隔板、盖板、封条组成的空间内。
8.根据权利要求7所述的带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热单元，其特征是，所述盖板在对角处设有熔融盐的进出通道的开口。
9.根据权利要求书I至8之一所述的带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热单元，其特征是，将外层的吸热均温热板与内层的板翅式熔盐通道整体钎焊，最后充装金属介质，完成后通过冷焊技术进行封口。
10.根据权利要求书I至8之一所述的带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热单元，其特征是，所述塔式太阳能复合型板翅热板式吸热器的材质均为高强度不锈钢。
11.一种塔式太阳能复合型板翅热板式吸热器，其特征在于它由若干权利要求1至10之一所述的带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热单元围成的空腔结构，所述若干吸热单元通过介质管道连接，围成一弧度为6/5 的空腔，弧型空腔内侧为太阳光吸收面。
12.根据权利要求11所述的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热器，其特征在于所述若干吸热单元的冷却介质熔融盐的流道通过氩弧焊接加工而成。
全文摘要
本发明公开了一种带有新型支撑结构的塔式太阳能复合型板翅热板式吸热单元，它由外层的吸热均温热板与内层的板翅式熔融盐通道组成；所述吸热均温热板由外吸热金属板、内冷却平板金属板和四周封条围成板状空腔式结构，一端开有接口，空腔内部焊有支撑拉杆与吸液芯。本发明同时公开了一种塔式太阳能复合型板翅热板式吸热器，由若干上述吸热单元围成的空腔结构，所述若干吸热单元通过介质管道连接，围成一弧度为6/5π的空腔，弧型空腔内侧为太阳光吸收面。本发明有益效果热启动性能好，传热效率高，工况下吸热器整体温度分布均匀，承压能力较好，抗蠕变、疲劳破坏强，制造工艺先进，安全性高，使用寿命长等。
文档编号F24J2/46GK103017367SQ20131001425
公开日2013年4月3日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者凌祥, 崔玉景, 彭浩, 王燕, 杨琳 申请人:南京工业大学