太阳能接收器制造技术

一种太阳能接收器包括面板，所述面板具有石墨堆芯；包围石墨堆芯的大致气密外壳；包括热交换管的热交换器；热交换器入口以及热交换器出口。所述热交换管至少部分嵌入所述石墨堆芯内，并且所述热交换器入口以及热交换器出口延伸穿过所述外壳。在所述热交换器入口以及热交换器出口周围密封所述外壳。一种制造太阳能接收器的方法包括：a)制造具有蛇形线圈形状的热交换器；b)在热交换器的单独线圈之间插入刻槽石墨板以形成石墨堆芯，使得所述线圈包含在凹槽内；c)将所述石墨和热交换器插入外壳内；以及d)在所述入口和出口周围密封所述外壳并且密封开口，其中，所述入口和出口穿过所外壳。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】太阳能接收器
本专利技术涉及太阳能转换领域，并且尤其涉及用于收集太阳能作为热量并且储存热量的装置，据此，该装置的使用不与太阳光的可用性直接相联系。
技术介绍
在世界各地，人们越来越意识到需要减少对化石燃料的依赖，并且增加使用可再生能源。在可预见的未来有效地无限制的一种主要可再生能源是太阳能，然而，太阳能具有在晚上以及在阴天不能使用的缺点，且因此，如果它们作为能源而成为化石燃料的可行代替物，那么转换系统需要包括某种形式的能量储存。 现有太阳能转换系统分为几类: I)光伏(PV)系统，其中，将太阳能吸入将太阳能直接转换成电力的材料内； 2)聚光太阳能发电(CSP)，其中，太阳能用于将流体加热，并且加热的流体用于直接或间接驱动机械装置(例如，涡轮机)来将热能转换成电能。 为了能够将太阳辐射用作热力循环的热量以产生生产用蒸汽或电力，在太阳辐射以太低的密度到达地球从而不能直接产生这种温度时，必须首先聚集以便实现更高的温度。正在开发各种技术以用于CSP系统中，包括: ?槽式以及“菲涅耳”型线性收集器系统，其包括细长型反射器以及沿着该反射器的焦点运行的管道的一个收集管或组件。这个(这些)管道包含流体，将该流体加热并随后抽运给热力引擎(例如，涡轮机)； .塔式系统，这些塔式系统从大量反射镜中收集聚集到目标中的太阳能，这些反射镜跟踪太阳并且使大量图像在一个收集点(定日镜)处聚焦，其中，所实现的高温用于使传输给热力引擎(例如，涡轮机)的流体加热。塔式系统可包括独塔和多塔设置； .盘式/引擎系统，其中，将小型热力引擎放在抛物面盘的焦点处并且由聚集的太阳能直接驱动。 在这类塔式系统内，已经表现出希望的一种设置是将石墨主体用作太阳能接收器，热交换管嵌入该接收器内，其中，用于驱动引擎(例如，涡轮机)的热交换流体由储存在石墨主体内的热能直接加热。这种系统处于萌芽阶段，并且现有配置具有早期技术典型的各种缺点，包括高制造成本和结构完整性问题。尤其地，现有的设计(或者至少表现出实用的那些设计)包括气密容纳外壳，该外壳包围组件的大部分剩余部分，并且该设计对接收器的制造进行了限制，例如: 如果接收器具有实现合理效率和成本效率的尺寸，那么必须在现场或者在近场完全组装和测试接收器(通常通过外包子组件)。由于外壳具有气密的性质，所以该组装操作并非微不足道，并且大幅增大了制造费用； 如果预期在远离安装地点的位置进行装配，那么接收器的总尺寸由道路运输限制进行限制，并且甚至通过现场装配，限制了能够容易输送的子组件的尺寸； 石墨和热交换管成本仅仅等于接收器的总成本的45 %。其他主要成本与容纳外壳和其他结构项目16% (绝热10% )(其中的7%用于保护基底结构的屏障)相关； 该设计需要很多子组件，并且所产生的供应链具有很多供应商； 需要输送未组装的部件并且在现场组装部件，这使其较为昂贵。或者，如果在成本上并非不可能并且不禁止，那么难以输送组装的单元； 现有接收器限制具有有限的可伸缩性选项(无需完全重新设计)，且因此有效地固定外部尺寸、石墨质量以及潜在的功率处理能力； 在塔上安装之前，在现场制备接收器耗费时间； 由于对设计的限制不允许最大化使用标准制造尺寸的石墨块，所以由输送限制对接收器设计施加的尺寸限制将在先前设计中的石墨的使用限制为最多70%到75%。 在该说明书中，除非另有规定，否则太阳能接收器的面板在垂直方向将描述为具有垂直侧壁，至少一个侧壁是太阳能接收壁部。面板及其元件将描述为具有顶部和底部以及相对于垂直侧壁的两个端部，并且将包括顶部和底部壁以及端壁，然而，可在其他方向上使用面板，例如，在侧壁可位于顶部并且顶壁可位于侧边的水平方向上。
技术实现思路
根据一个方面，本专利技术目的在于太阳能接收器，该太阳能接收器包括面板，所述面板具有石墨堆芯；包围石墨堆芯的大致气密外壳；包括热交换管的热交换器，所述热交换器包括热交换器入口以及热交换器出口，所述热交换管至少部分嵌入所述石墨堆芯内，所述热交换器入口以及热交换器出口延伸穿过所述外壳，并且在所述热交换器入口以及热交换器出口周围密封所述外壳。 根据第二方面，本专利技术目的在于一种制造太阳能接收器的方法，所述太阳能接收器包括面板，所述面板包括石墨堆芯；包围石墨堆芯的大致气密外壳；包括热交换管的热交换器，所述热交换器包括热交换器入口以及热交换器出口，所述热交换管至少部分嵌入所述石墨堆芯内，所述热交换器入口以及热交换器出口延伸穿过所述外壳，并且在所述热交换器入口以及热交换器出口周围密封所述外壳，所述方法包括: a)制造具有蛇形线圈形状的热交换器； b)在热交换器的单独线圈之间插入刻槽石墨板，以形成石墨堆芯，以便所述线圈包含在凹槽内； c)将所述石墨和热交换器插入外壳内；以及 d)密封所述外壳。 热交换器可进一步包括还延伸穿过外壳的热交换器排液管(drain)，并且在所述热交换器排液管周围密封所述外壳。 热交换器排液管还可用作入口 /出口，以便仅一个其他入口 /出口需要穿过外壳壁部。根据在太阳能接收器安装中的面板的位置，工作流体可在任一个方向在入口 /出口之间穿过。 排液管可被配置为还用作热交换器的入口，并且出口可位于接收器的顶部，以便通过面板的工作流体通过面板从底部流动到顶部。 外壳可具有两个隔开的侧壁，其由一个或多个额外壁部在其外围周围连接在一起，以便形成封闭的容器。所述一个或多个额外壁部中的一个或一部分是形成外壳的基底的底壁，并且在一个实施方式中，所述石墨堆芯与基底以及所述外壳的两个侧壁中的至少一个进行热连通。所述外壳的至少两个壁部可与所述石墨堆芯进行热连通。通过使单块壁部材料弯曲成具有弯曲部分的“U”形，还可形成所述外壳的底壁，其中，所述底壁转变为通过一个弯曲部分与其连接的每个侧壁。在底壁的边缘的弯曲部分减小了在外壳壁部中的应力，允许使用更轻的壁部结构，并且在基底壁部中不需要进一步结构支撑。外壳的壁部可由253MA奥氏体不锈钢或者任何其他高温导热材料(例如，800H或因科镍合金)制成，这些材料制成为光面2B类型。根据在最终的接收器配置内的表面的位置以及安装的地理位置，一些表面可具有特定的热发射，而其他表面可具有特定的热吸收，以便增强性能。可应用表面处理剂或表面涂层，以便在0.2-1.0的范围内实现特定发射率。例如，如果一些表面需要发射，那么可使这些表面保持天然(特定发射率0.7)，或者抛光(特定发射率0.2-0.3)，或者可涂覆或者表面处理这些表面，以便实现在0.3-0.8范围内的特定发射率，而可涂覆或者表面处理需要高度热吸收的其他表面，以便实现高度吸热表面(例如，黑色表面，其特定吸收率为0.8-1.0，优选为0.9-1.0)。 外壳的其他壁部还可包括与底壁相反的顶壁以及两个端壁。外壳还可包括多个安装凸缘，所述凸缘从外壳开始延伸并且能够悬挂和支撑所述接收器部件的重量。这些安装凸缘可从在外壳的相邻壁部之间的接合点开始延伸并且可包括孔，用于连接至安装架。例如，凸缘可从在所述外壳的侧壁与端壁之间的接合点开始延伸。每个安装凸缘可包括超过与其连接的各个侧壁的一个端壁的延伸部分。或者，每个安装凸缘可包括超过顶壁的一个端壁的延伸部分。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能接收器，包括面板，所述面板包括石墨堆芯；包围所述石墨堆芯的大致气密外壳；包括热交换管的热交换器，所述热交换器包括热交换器入口以及热交换器出口，所述热交换管至少部分嵌入所述石墨堆芯内，所述热交换器入口以及所述热交换器出口延伸穿过所述外壳，并且在所述热交换器入口以及所述热交换器出口周围密封所述外壳。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.08 AU 20129024191.一种太阳能接收器，包括面板，所述面板包括石墨堆芯；包围所述石墨堆芯的大致气密外壳；包括热交换管的热交换器，所述热交换器包括热交换器入口以及热交换器出口，所述热交换管至少部分嵌入所述石墨堆芯内，所述热交换器入口以及所述热交换器出口延伸穿过所述外壳，并且在所述热交换器入口以及所述热交换器出口周围密封所述外壳。2.根据权利要求1所述的太阳能接收器，其中，所述热交换器入口以及所述热交换器出口中的一个包括热交换器排液管。3.根据权利要求1所述的太阳能接收器，其中，所述热交换器进一步包括延伸穿过所述外壳的热交换器排液管，并且在所述热交换器排液管周围密封所述外壳。4.根据权利要求1、2或3所述的太阳能接收器，其中，所述外壳具有两个隔开的侧壁，所述两个隔开的侧壁由一个或多个其他壁在所述侧壁外围周围连接在一起以形成封闭的容器。5.根据权利要求4所述的太阳能接收器，其中，所述一个或多个其他壁中的一个或一部分是形成外壳的基底的底壁，并且所述石墨堆芯被定位为与所述基底以及所述外壳的两个所述侧壁中的至少一个进行热连通。6.根据权利要求5所述的太阳能接收器，其中，所述接收器的元件的至少两个侧边与所述石墨堆芯进行热连通。7.根据权利要求5或6所述的太阳能接收器，其中，所述外壳的所述底壁包括弯曲成“U”形的单块壁材料，其中，所述基底过渡为经弧形弯曲部连接的各个所述侧壁。8.根据权利要求5到7中任一项所述的太阳能接收器，其中，所述石墨堆芯具有符合所述外壳的内部形状的形状，并且具有构形为符合所述外壳的所述底壁的内部形状的一部分。9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的太阳能接收器，其中，所述外壳包括多个安装凸缘延伸部，所述安装凸缘延伸部从所述外壳延伸并且能够悬挂和支撑所述接收器的元件的重量，所述安装凸缘延伸部包括在其内的安装孔。10.根据权利要求9所述的太阳能接收器，其中，所述凸缘从在所述外壳的相邻壁之间的接合点延伸。11.根据权利要求10所述的太阳能接收器，其中，每个安装凸缘包括超过所连接的相邻壁的一个壁的延伸部分。12.根据权利要求10或11所述的太阳能接收器，其中，每个安装凸缘包括超过所连接的相应侧壁的一个端壁的延伸部分。13.根据权利要求1到12中任一项所述的太阳能接收器，其中，所述石墨堆芯包括多个堆叠的石墨板，至少一个下部石墨板的轮廓与在所述基底与所述外壳的侧壁的下部之间的过渡部的形状匹配。14.根据权利要求1到13中任一项所述的太阳能接收器，其中，至少一些所述热交换管在所述热交换器处于环境温度下时为被压缩的线圈或蛇形形式，使得在暴露到太阳能下由于热膨胀而造成容器扩大时，释放被压缩的线圈式或蛇形管的压缩。15.根据权利要求1到14中任一项所述的太阳能接收器，其中，所述热交换器线圈包括多个直管部分，所述多个直管部分平行地设置并且在其端部连接以形成线圈，所述直管部分设置在形成多行直管部分的平行平面内，在每行中具有两个直管部分，并且在每行中的每个所述直管部分与在相邻行中的直管部分对准，使得所述直管部分也形成在与第一次提及的平行平面垂直的平面内设置的相邻列。16.根据权利要求15所述的太阳能接收器，其中，在所述热交换器的第一端，在每行中的所述直管部分由第一 U形连接管部分成对连接，并且在所述热交换器的第二端，在每行中的每个直管部分由第二U形连接管部分连接至在相邻的两行的一行中的直管部分。17.根据权利要求15或16所述的太阳能接收器，其中，在每个面板中具有两个或更多个线圈。18.根据权利要求15到17中任一项所述的太阳能接收器，其中，每个线圈的热交换器入口管和热交换器出口管通过互连管部分连接至在直管部分的入口端行和直管部分的出口端行中的每行中的一个直管。19.根据权利要求15到17中任一项所述的太阳能接收器，其中，所述热交换管和排液管被设置为在所述面板从垂直方向到一侧构成高达21°的角度时，允许液体从所述热交换器的顶部排到所述热交换器的底部，由此没有连接管部分存在从所述热交换器的顶部排到底部的液体的向上路线。20.根据权利要求1到14中任一项所述的太阳能接收器，其中，所述热交换器线圈包括多个直管部分，所述多个直管部分平行地设置并且在其端部连接以形成蛇形管组件，所述直管部分设置在平面内。21.根据权利要求20所述的太阳能接收器，包括在平行平面内形成的多个蛇形管组件，并且相邻的蛇形管组件的所述直管部分形成行，在设置在与蛇形形状的所述平行平面垂直的平面内的每行中具有两个或更多个直管部分。22.根据权利要求20或21所述的太阳能接收器，其中，在所述热交换器的第一端，每个直管部分由第一U形连接管部分连接至在相邻的两行相同蛇形管组件的一行中的直管部分，并且在所述热交换器的第二端，每个直管部分由第二 U形连接管部分连接至在相邻的两行相同蛇形管组件中的另一行的直管部分。23.根据权利要求20、21或22所述的太阳能接收器，其中，在每个面板中具有两个或更多个蛇形管组件。24.根据权利要求20、21或22所述的太阳能接收器，其中，在每个面板中具有三个蛇形管组件。25.根据权利要求20到24中任一项所述的太阳能接收器，其中，每个蛇形管组件的热交换器入口管和热交换器出口管通过互连管部分连接至在直管部分的入口端行和直管部分的出口端行中的每行中的一个直管。26.根据权利要求20到25中任一项所述的太阳能接收器，其中，所述热交换管被设置为允许液体从所述热交换器的顶部排到所述热交换器的底部，并且位于所述热交换器的底部的所述热交换器入口也是所述排液管的出口。27.根据权利要求1到26中任一项所述的太阳能接收器，其中，成形的石墨板位于每行管道之间，并且覆盖板放置在直管部分的所述入口端行和直管部分的所述出口端行之上，以包围大部分所述热交换管。28.根据权利要求27所述的太阳能接收器，其中，所述石墨板而非所述覆盖板均包括两个相反的表面，每个表面具有符合所述直管部分的形状和半径的凹槽，使得相邻成对的板包围相应直管部分。29.根据权利要求27所述的太阳能接收器，其中，所述石墨板而非所述覆盖板均包括两个相反的表面，所述表面的凹槽的形状和半径大于所述直管部分的形状和半径，使得相邻成对的板包围相应直管部分。30.根据权利要求28或29所述的太阳能接收器，其中，所述石墨板而非所述覆盖板的凹槽延伸为在所述热交换器的第一端包围所述互连管部分。31.根据权利要求18到21或25到30中任一项所述的太阳能接收器，其中，所述石墨板的端部在所述热交换器的第二端被凹陷为容纳连接来自相邻行直管部分的直管部分的所述连接管部分。32.根据权利要求25到30中任一项所述的太阳能接收器，其中，所述石墨板的端部在所述热交换器的第一端被凹陷为容纳连接来自相邻行直管部分的直管部分的所述连接管部分。33.根据权利要求18到32中任一项所述的太阳能接收器，其中，下部覆盖板在符合所述直管部分的形状和半径的一个表面上具有凹槽，并且在与所述一个表面相对的表面与所述下部覆盖板的侧边之间的边缘是圆角或倒角的。34.根据权利要求33所述的太阳能接收器，其中，所述下部覆盖板的凹槽延伸为在所述热交换器的第一端包围所述互连管部分。35.根据权利要求18到34所述的太阳能接收器，其中，上部覆盖板在面朝相邻的石墨板的表面上具有凹口，以容纳入口和出口管而不限制其热膨胀。36.根据权利要求1到35中任一项所述的太阳能接收器，其中，石墨或管道未占据的在所述外壳内的空隙空间的容量在工作温度下为所述外壳的内部容量的4% -10%的范围内。37.根据权利要求36所述的太阳能接收器，其中，石墨或管道未占据的在所述外壳内的空隙空间的容量在工作温度下为所述外壳的内部容量的5% -7%的范围内。38.根据权利要求1到37中任一项所述的太阳能接收器，其中，在所述外壳内的空隙空间填充有惰性气体。39.根据权利要求1到37中任一项所述的太阳能接收器，其中，在所述外壳内的空隙空间填充有石墨粉。40.根据权利要求38所述的太阳能接收器，其中，贮存器被定位为与所述外壳的内部连通，所述贮存器包含石墨粉，由此将石墨粉从所述贮存器中提供给所述外壳的内部以填充通过扩大所述外壳来产生的额外空隙空间。41.根据权利要求1到40中任一项所述的太阳能接收器，其中，所述太阳能接收器包括两个或更多个接收器面板，所述面板被配置和安装为形成向下的开口腔。42.根据权利要求41所述的太阳能接收器，其中，所述空腔形成有接收器面板和绝热面板的组合。43.根据权利要求41或42所述的太阳能接收器，其中，所述太阳能接收器包括多个接收器面板，所述面板被设置为形成具有直角棱镜的形状的开口。44.根据权利要求43所述的太阳能接收器，其中，通过绝热体封闭所述直角棱镜开口的顶部，并且封闭直角棱镜形状的开口的顶部的所述绝热体的底面具有朝着所述开口的发射表面。45.根据权利要求43或44所述的太阳能接收器，其中，通过绝热体封闭所述直角棱镜形状的开口的端部。46.根据权利要求45所述的太阳能接收器，其中，封闭所述直角棱镜形状的开口的端部的所述绝热体的内表面是朝着所述开口的发射表面。47.根据权利要求43或44所述的太阳能接收器，其中，由透明材料片封闭所述直角棱镜形状的开口的端部。48.根据权利要求43或44所述的太阳能接收器，其中，由接收器面板封闭所述直角棱镜形状的开口的端部。49.根据权利要求43或44所述的太阳能接收器，其中，所述太阳能接收器包括多个接收器面板，所述多个接收器面板设置在倒“V”形配置中以便形成具有三角棱镜的形状的开口，在处于使用中位置时，所述开口具有一个水平的平行四边形侧边。50.根据权利要求49所述的太阳能接收器，其中，由其他接收器面板封闭所述三角棱镜的形状的开口的端部。51.根据权利要求49所述的太阳能接收器，其中，通过绝热体封闭所述三角棱镜的形状的开口的端部。52.根据权利要求51所述的太阳能接收器，其中，封闭所述三角棱镜的形状的开口的端部的所述绝热体的内表面是朝着所述开口的发射表面。53.根据权利要求49所述的太阳能接收器，其中，由透明材料片封闭所述三角棱镜的形状的开口的端部。54.根据权利要求41到53中任一项所述的太阳能接收器，其中，部分封闭所述向下的开口空腔，以便形成能引导太阳能穿过的孔。55.根据权利要求54所述的太阳能接收器，其中，由绝热面板或绝热砖部分封闭所述向下的开口空腔。56.根据权利要求54所述的太阳能接收器，其中，由熔融石英面板部分封闭所述向下的开口空腔。57.根据权利要求41到56中任一项所述的太阳能接收器，其中，通过绝热体覆盖形成所述太阳能接收器的所述接收器面板的外表面。58.根据权利要求41到57中任一项所述的太阳能接收器，其中，所述太阳能接收器安装为从塔中悬挂而下，并且由位于所述塔的基底周围的定日镜在位于所述太阳能接收器中的开口处引导能量。59.一种制造太阳能接收器的方法，所述太阳能接收器包括面板，所述面板包括石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·约尔丹·贝恩，加里·詹姆斯·巴多克，邱赐福，戴维·约翰·雷诺兹，亚历山大·麦基克伦·哈迪·麦克尼尔，阿达姆·蒂莫西·劳斯，巢俊，
申请(专利权)人：石墨能源公众有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL