基于二次反射聚光系统的直接吸热式太阳能集热装置的制造方法
【专利说明】
[0001]【技术领域】
[0002]本实用新型涉及一种太阳能集热装置，尤其涉及基于一种基于二次反射聚光系统的直接吸热式太阳能集热装置。
[0003]【【背景技术】】
[0004]化石能源作为现代工业的主要能源，经过一个多世纪持续的大规模开采，其储量日益减少，而且化石能源的使用也带来日益严重的环境问题，例如温室效应和大面积长时间的空气污染。开发可再生的清洁能源对于能源可持续发展具有重要意义。太阳能作为一种新型清洁能源非常有希望在未来作为基础能源的重要组成部分。
[0005]大规模太阳能电站主要有光伏和光热两种能量转化形式，其中光热电站又可分为塔式，槽式以及碟式三种。以熔盐作为传热介质的塔式光热发电系统具有功率大，效率高，储热能力强，运行稳定等优点。典型的塔式太阳能吸热器为置于塔顶的圆柱面形外露管式吸热器，一方面，由于入射的能流沿轴向分布不均匀和熔盐工质的腐蚀性，连续工作在非稳态的高温环境下的圆柱面形外露管式吸热器很容易发生过热故障，造成吸热器结构的破坏；另一方面，熔盐本身熔点较高，在云遮挡工况以及温度过低时吸热管还容易出现冻堵现象。塔式太阳能电站正常运行情况下，需用到高扬程的熔盐泵，将熔盐泵送至塔顶的吸热器上，需要耗费约10%的场用电，运营成本较高。
[0006]采用二次反射技术，可将吸热装置置于地面，采用传统工质直接吸收太阳能辐射技术，可提高安全性和经济性，且具有较高的热效率。美国专利US20110067398A1提出一种置于地面的太阳能聚焦和储能系统，包括定日镜、定日镜安装斜坡、圆柱腔吸热器、吸热器顶部盖板、太阳光线入射窗口和绝热隔板，其定日镜安装于具有一定角度的斜坡上，圆柱腔形吸热器中的熔盐直接吸收定日镜聚焦的太阳辐射；其通过机械升降位于熔盐池内部的绝热隔板实现吸热过程的调节，冷热熔盐的进出口管道位于圆腔吸热器侧部的一定位置处。该装置结构简单，具有吸热储热一体化的功能，但是装置容积大，熔盐装载量大，流量调节及工质温度控制功能相对欠缺。美国专利W02010083285提出一种一体化的基于二次反射的太阳能直接吸收和储热装置，包括熔盐储罐、熔盐、熔盐储罐开口、二次反射装置、换热管和搅拌器，熔盐仅作为吸热和储热工质，利用换热管将大型熔盐储罐内的热量导出，换热管浸没在吸热工质中，储罐内熔盐温度不能精确控制，无法直接将热熔盐输出作为传热工质。
[0007]二次反射太阳能光斑特征为中心区域能流密度大，边缘区域能流密度小，太阳能流主要集中在光斑中心区域，吸热器的设计应考虑到流场和温度场协同效应，精确控制工质出口温度，提高吸热效率，并防止局域过热，现有技术难以达到此种技术效果。另外，熔盐高温下蒸汽压较低，但在大规模开放式的吸热器中，其蒸发量仍很可观，不利于环境保护和运行安全，上述两种吸热装置也没有解决这个问题。作为一种清洁能源，太阳能光热电站稳定运行需要稳定的传热工质出口温度以及对环境的友好性，因此提出一种传热工质的流量、温度可精确控制且环境友好型的太阳能吸热装置是现实的需要。
[0008]【【实用新型内容】】
[0009]本实用新型的目的在于:针对现有技术的缺陷和不足，提供一种安全可靠、高效率、环境友好型的基于二次反射聚光系统的直接吸热式太阳能集热装置，该装置不仅具有吸热效率高，而且传热工质出口温度精确可控，常压运行，操作简单，对周围的生态环境无不良影响。
[0010]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0011]本实用新型所述的一种基于二次反射聚光系统的直接吸热式太阳能集热装置，该装置内置液体换热工质，该装置包括上部圆台、吸热腔体、高温熔盐缓冲罐和低温熔盐储罐，所述的上部圆台腔体内有多区域隔离板，上部圆台内侧壁及底部有高温熔盐出口装置，高温熔盐出口装置通过高温熔盐出口管道与高温熔盐缓冲罐相连，高温熔盐缓冲罐内有石墨蓄热柱，上部圆台上平面设有圆环形凸槽，上平面的外侧有防风墙，防风墙内侧有折流板，上部圆台上平面外侧与防风墙连接处有排水槽，上部圆台腔体上部开口处有石英玻璃窗，外侧部设有熔盐蒸汽过滤装置和高温空气循环装置并相互联通，通过对应的吸入喷头吸入高温循环空气和喷出喷头喷出高温循环空气；所述的吸热腔体内设有强化吸热及换热装置，外围有保温层，保温层外有支撑结构，吸热腔体顶部有绝热盖，底部有流量分配板，流量分配板下方设有低温熔盐下腔室，并通过低温熔盐进口管道与低温熔盐储罐相连，低温熔盐缓冲罐内有石墨蓄热柱。
[0012]在本实用新型中:所述吸热腔体由圆台腔体和下部曲面腔体构成，曲面腔体的特征曲线为圆，椭圆或双曲线，此种结构可使流体中心区域流速增大，符合二次反射聚光系统光斑能流密度分布特征所要求的吸热工质流动特征，同时吸热腔体接受的太阳能能流密度为 500kW/ m2 ?200kW/ m2。
[0013]在本实用新型中:所述的液体换热工质为熔盐，熔盐的使用温度范围为300°C?1000。。。
[0014]在本实用新型中:所述低温熔盐下腔室设有下腔室低温熔盐进口，并通过低温熔盐进口管道与低温熔盐储罐相连，低温熔盐进口管道上分有熔盐排空管道与低温熔盐储罐相连，熔盐排空管道上设有熔盐排空阀；其中，低温熔盐进口管道上设有低温熔盐进口管道截止阀和低温熔盐储罐出口处的低温熔盐液下泵，低温熔盐储罐内有石墨蓄热柱。
[0015]在本实用新型中:所述高温熔盐缓冲罐通过高温熔盐出口管道与高温熔盐出口装置相连，高温熔盐出口管道上设有高温熔盐出口流量调节阀，用以调节高温熔盐出口的流量，高温熔盐经高温熔盐出口管道进入高温熔盐缓冲罐，高温熔盐缓冲罐内有石墨蓄热柱，通过高温熔盐循环泵将高温熔盐缓冲罐内的高温熔盐输送至大型高温熔盐储罐或热力设备，其中，高温熔盐出口流量调节阀为高温电磁阀。
[0016]在本实用新型中:所述多区域隔离板由圆台腔内隔离板和中心区域隔离板构成，其中中心区域隔离板上有贯穿流体孔道和孔道开闭装置，壁面分布式的贯穿流体孔道可最大限度的减少由于流动引起的熔盐液面的波动，减少反射损失。
[0017]在本实用新型中:所述强化吸热及换热装置包括翅片和不锈钢构件，翅片固定在不锈钢构件上，其中所述的翅片包括三翅片结构和四翅片结构，由石墨或碳化硅陶瓷构成，翅片长度1cm?30cm。
[0018]在本实用新型中:所述流量分配板包括圆形板和圆形板上非均匀分布的贯穿流体孔道，其中圆形板厚度为3cm?10cm，贯穿流体孔道的分布特征为中心区域孔道密集，边缘区域孔道稀疏，此结构可使流体通过流量分配板的中心区域流量大，边缘区域流量小，增强中心区域的流量和流动速度，符合二次聚光系统光斑能流密度特征所要求的吸热工质流动特征。
[0019]在本实用新型中:所述的绝热盖为可伸缩卷帘式，盖体材料为耐高温的玄武岩纤维编织材料，其内壁涂有氧化铝或氧化锆高发射率涂料，绝热盖能够根据太阳能流强度的波动和天气状况自动开闭，绝热盖的内径比上部圆台上平面上的圆环形凸槽的外径大2?4cm0
[0020]采用上述结构后，本实用新型有益效果为:
[0021]1.本实用新型基于二次反射太阳能聚光技术，熔盐直接在吸热器内吸收太阳辐射，热效率高且没有使用传统的吸热管，不易发生熔盐冻堵和局部热故障，具有较高的安全性；
[0022]2.本实用新型中的吸热腔体采用圆台腔体与下部曲面腔结合的结构，根据二次反射光斑能流密度特征的结构设计，减少了熔盐的装载量，提高吸热装置对控制的响应速度，能够防止熔盐在吸热器内流动过程中出现局部较大的涡流区域，保证熔盐在吸热器内具有较高的吸热效率；
[0023]3.本实用新型中的吸热腔体内的强化吸热及换热装置的石墨或碳化硅陶瓷翅片，其对太阳辐射的吸收率很高，能够增强太阳辐射的吸收效果，由于吸热翅片与熔盐的摩擦阻力，其还可增强熔盐流动的稳定性，在一些工况下不至于使吸热腔体内的熔盐出现较大波动，降低太阳能反射损失；
[0024]4.本实用新型中的流量分配板，其设计结合了二次反射聚光系统的光斑能流密度的特征，其上贯穿流体孔道的分布特征使得吸热腔体内中心区域熔盐流速高、流量大，可防止局域熔盐过热；
[0025]5.本实用新型中的石英玻璃窗，可减少吸热腔体