专利名称：带顶边吸热板结构的太阳能吸热器的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及ー种带顶边吸热板结构的太阳能吸热器。
背景技术：
我国的一次能源储量约占世界总储量的10%，而人口占世界人ロ的比例约为25%。在能源结构中，将近70%的能源消费依靠煤，由此带来的资源、环境问题突出。从长远来看，以太阳能为首的可再生能源将是人类未来的希望。太阳能高温热发电技术是太阳能规模利用的ー个重要方向，对人类解决化石能源危机、空气污染等问题具有深远的意义。根据聚焦方式的不同，太阳能高温热发电可分为碟式、槽式、塔式三种方式；采用的エ质有水 (水蒸汽)、熔盐、空气、导热油、液态金属、其他有机物等。塔式聚焦由于具有大容量、高參数等优点而受到世界许多国家的关注。由于以水为エ质具有价格便宜、潜热高、换热效果好等特点，因此该类型的研究最先在太阳能塔式热发电上得以应用。但水エ质(水蒸汽)也有蓄热能力若、过热状态下换热能力差等缺点。由于熔盐具有热容高、液相温度范围宽、流动性好等特点，因此以熔盐为载热介质的研究及工程实践在国内、国外得以广泛开展。熔盐在吸热器中吸热升温，然后通过蒸汽发生装置产生需要的蒸汽，这种太阳能热发电技术具有较强的蓄热能力，并且产生的蒸汽參数高，这有利于提升太阳能热发电系统的效率。但熔盐系统也存在熔盐凝固点高、管路系统复杂等特点，因此系统对管道预热、设备保温、运行维护等要求严格。在塔式热发电技术中，吸热器形式的选择有多种，常见的有腔体式结构和柱面体式结构，二者各有特点。腔体式结构吸热器由于开ロ面积相对较小，对投入的太阳辐射可以进行多次反射及吸收，散热损失小，因此常具有较高的热效率。但腔体式吸热器内部受热面上的热负荷更难以分配均匀，因此容易发生吸热面的爆管(以水为吸热介质时)或堵管(以熔盐为载热介质时)；此外腔体式吸热器形状复杂、加工较为困难。柱面型吸热器结构相对简单，表面的热负荷在现有的控制技术下也更容易做到相对均匀，这些都有利于提高柱面体吸热器的安全性；但柱面体吸热器向空面积大，对投入的太阳辐射溢出率较高，并且对流辐射散热损失也相对较高，这会在一定程度上影响到吸热器的效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题提供一种带顶边吸热板结构的太阳能吸热器，通过在柱面体吸热器受光区的顶部，设置ー个环型的吸热面，该吸收面的内圈与吸热器柱体的形状保持一致，并且与吸热器焊接在一起；外圈形状为圆形，也可以是与内圈相似的多变形；环型吸热面可以是在环形板上焊接吸热管的方式(管-板式结构)，也可以通过吸热管之间的直接焊接或翅片焊接而成(膜式壁结构)；同时为了提高太阳能的利用率，在环形吸热面的下表面涂有ー层高吸收性能的涂层。这种顶边式的吸热结构，能够把溢出到柱形吸热器上部的太阳光进行再利用，由此可以提高吸热器的整体转化效率。
本发明解决上述技术问题的技术方案是一种带顶边吸热板结构的太阳能吸热器，包括上汇集管、顶边吸热板、吸热管排、吸热涂层、柱形吸热面、下汇集管和定日镜；定日镜投入到太阳能吸热器上的太阳辐射，大部分被柱形吸热面直接吸收，但也有一部分能量溢出，该部分能量被顶边吸热板再次吸收利用；顶边吸热板采用在环形板上焊接吸热管的方式，即管-板式结构来实现，此时该顶边吸热板的上表面有所述的吸热管排，下表面有高吸收性能的所述的吸热涂层，由于顶边吸热板处于温度较高的工作环境下，因此该吸热涂层需具有耐高温特性；或者顶边吸热板通过吸热管之间的直接焊接或翅片焊接而成，即膜式壁结构来实现；载热介质在由柱形吸热面、上汇集管、下汇集管的组成的通道内流动；根据载热介质的特性，内部的通道可组成并联、串联多种复杂的型式。顶边吸热板可利用吸热器上部的溢出能量对载热介质进行预热或升温。所述的载热介质为水、熔盐等。
本发明具有如下显著特点(I)、本发明带顶边吸热结构的太阳能吸热器，把溢出到吸热器表面之外的辐射能量，重新吸热器利用，由此可以提高吸热器的热转化效率；(2)、本发明顶边式的吸热面结构不但减少了吸热器的能量溢出，使附近的支撑钢架、附属设施的工作环境得到改善，有利于系统安全性、可靠性的提高。(3)、本发明顶边式吸热结构减小了吸热器表面的自然对流风速，同时也减小了对天空的张角(影响辐射角系数)，因此使吸热器的对流散热损和辐射散热损失也随之减少；(4)、本发明带顶边吸热板结构的吸热器对现有柱面体结构改变较少，容易实现。对吸热器重量及支撑结构的影响甚微；由于顶边吸热板与地面的方向平行，迎风截面的增加甚小，因此对吸热器风阻的影响也可以忽略。
图I为本发明的组成结构示意图；图2为顶边吸热板的俯视示意图；图3为顶边吸热板的B-B剖视示意图。图中，I为上汇集管、2为顶边吸热板、21为吸热管排、22为吸收涂层、3为柱形吸热面、4为下汇集管、5为定日镜、6为冷载热介质、7为热载热介质。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。一种带顶边吸热板结构的太阳能吸热器，包括柱形吸热面(由管束排列成棱柱体或圆柱体)、环形吸热面、上汇集管、下汇集管等。在环形吸热面的下表面涂有高吸收性能的涂层，并且要求该涂层具有良好的高温特性。柱形吸热面管束内部为吸热介质(水、熔盐等)，表面有一层高吸收性能的涂层，投射到上面的太阳辐射经吸收转化为热能传递给内部的介质，再直接或间接产生蒸汽，输送到蒸汽动力系统做功。本发明主要涉及太阳能吸热器的外部结构，因此对内侧工质流程的论述从略。
从定日镜投射过来的太阳辐射大部分会投射到柱形吸热面的外表面上，但是由于控制精度、控制策略、及安全因素的考虑，总会有一部分能量溢出到吸热面的受光区之外(尤其在吸热器的上下部分)。在塔式太阳能热发电中，镜场中的反射镜通常距离塔顶吸热器的较远(较远的定日镜距离塔顶的吸热器通常会超过500米)，因此镜面法向的ー个微小变动，就会造成光斑对目标位置的偏离；此外，出于安全性考虑，通常要求吸热器表面的热负荷分配尽可能均匀，如果光斑过于集中，这样虽然可以減少太阳光的溢出率，但会造成热负荷的过度集中，从而带来吸热面管壁的超温及爆管；而对于边缘热负荷较低的区域，如果以熔盐为载热介质则可能会导致熔盐凝固的风险增加。反之，如果使吸热器边缘处的热负荷保持在一个较高的状态，则会造成较高的太阳光溢出率。综合上述因素，对于塔式太阳能吸热器而言，一定程度的能量溢出是难以避免的，通常这个溢出的比例接近投入能量的5%。带顶边吸热板结构的太阳能吸热器，能够把上部溢出的太阳辐射通过环形吸热面重新吸收，被管内流经的载热介质利用。通过这种方法能够使吸热器的总体热效率提高约2%，由此可以提高塔式太阳能电站的发电效率。虽然塔式吸热器边缘的溢出能量密度比吸热器表面要低很多，但在有些情况下仍 然会达到很高的辐射强度。在这种情况下，吸热器的能量溢出会给吸热器周围的塔架或测量器件带来损害(较强的太阳辐射和环境工作温度会减低塔架的強度，降低測量元件的可靠性等)；顶边吸热板的设计不但提高了太阳能的利用效率，还增加了热发电系统的安全性、可靠性。在本示例中，顶边式吸热板结构以管-板式的焊接结构为例即在环形吸热板上表面焊接管排。以管子或翅片直接焊接的膜式壁结构或其它类似的结构在此不再逐一论述。任何与上述两种结构类似或功能相似的吸热器结构都视为是对本专利的侵权。如图I所示，本发明包括上汇集管I、顶边吸热板2、上表面吸热管排21、下表面吸收涂层22、柱形吸热面3、下汇集管4、定日镜5等；本发明的正常工作流程描述如下从定日镜5投射到塔顶的太阳辐射，大部分被柱形吸热面3直接吸收，然后再传递给管内的载热介质(水、熔盐等)。根据载热介质的特点和系统的要求，由上汇集管I、下汇集管4和若干根管子组成的吸热板被连接成多种不同的回路。受定日镜5控制精度的限制、或出于安全性等方面的考虑，必然会有一部分能量溢出到柱形吸热面3之外。在柱形吸热面3的上缘设置一个环形的顶边吸热板2，在吸热板2的下表面涂有高吸收性能的吸收涂层22，上表面有通过焊接方式连接、并用于实现吸热功能的吸热管排21，管子中的介质为水或熔盐等，根据エ质流程的不同，顶边式吸热板2可以在エ质进入吸热器前对エ质进行预热，也可以对从柱形吸热面3出来的エ质进行加热升温。这样的结构就可以把吸热器上部的溢出能量重利用，由此提高了太阳能的转化效率。由于顶边式吸热板2处于较高的工作温度下，因此其表面的吸收涂层22需具有耐高温特性。相关的计算结果表明对吸热器上部溢出能量，顶边式吸热板2能够吸收其中的90% ;如果上部的溢出能量占全部投射辐射的2. 5%，那么顶边式吸热板2能使整个吸热器的热效率提升超过2%。同时顶边式吸热板2的存在，减小了吸热器表面的自然对流风速及吸热器对天空的张角(影响辐射角系数)，因此使吸热器的对流散热损和辐射散热损失也随之減少。
顶边式吸热板2对溢出部分的能量进行再利用，这对塔式热发电系统的安全性也是有利的。溢出部分的能量使吸热器周围的支撑结构暴露在较强的太阳辐射条件下，会使钢架结构的温度升高，降低钢架的强度；同时也会使吸热器附近的传感器、仪表等辅助设备工作于较高的环境温度下，这可能会危及到系统的可靠性。
采用顶边式吸热板结构，对现有柱面体吸热器的改动甚小，对钢架支撑和风载的影响可以忽略，但可以带来更高的太阳能热利用效率，同时也改善了系统的安全性，因此在塔式太阳能热发电领域具有广阔的应用前景。
权利要求
1.一种带顶边吸热板结构的太阳能吸热器，其特征在于，包括上汇集管(I)、顶边吸热板(2)、吸热管排(21)、吸热涂层(22)、柱形吸热面(3)、下汇集管(4)和定日镜(5); 定日镜(5)投入到太阳能吸热器上的太阳辐射，大部分被柱形吸热面(3)直接吸收，但也有一部分能量溢出，该部分能量被顶边吸热板(2)再次吸收利用； 顶边吸热板(2)采用在环形板上焊接吸热管的方式，即管-板式结构来实现，此时该顶边吸热板(2)的上表面有所述的吸热管排(21)，下表面有高吸收性能的所述的吸热涂层(22)，由于顶边吸热板(2)处于温度较高的工作环境下，因此该吸热涂层(22)需具有耐高温特性；或者顶边吸热板(2)通过吸热管之间的直接焊接或翅片焊接而成，即膜式壁结构来实现； 载热介质在由柱形吸热面(3)、上汇集管(I)、下汇集管(4)的组成的通道内流动；根据载热介质的特性，内部的通道可组成并联、串联多种复杂的型式。顶边吸热板(2)可利用吸热器上部的溢出能量对载热介质进行预热或升温。
2.根据权利要求I所述的一种带顶边吸热板结构的太阳能吸热器，其特征在于，所述的载热介质为水或熔盐。
全文摘要
本发明提供一种带顶边吸热板结构的太阳能吸热器，通过在柱面体吸热器受光区的顶部，设置一个环型的吸热面，该吸收面的内圈与吸热器柱体的形状保持一致，并且与吸热器焊接在一起；外圈形状为圆形，也可以是与内圈相似的多变形；环型吸热面可以是在环形板上焊接吸热管的方式(管-板式结构)，也可以通过吸热管之间的直接焊接或翅片焊接而成(膜式壁结构)；同时为了提高太阳能的利用率，在环形吸热面的下表面涂有一层高吸收性能的涂层。本发明这种顶边式的吸热结构，能够把溢出到柱形吸热器上部的太阳光进行再利用，由此可以提高吸热器的整体转化效率。
文档编号F24J2/04GK102840680SQ20121033266
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者刘可亮, 姚飞奇, 应仁丽, 赵剑云 申请人:杭州锅炉集团股份有限公司