一种塔式太阳能旋流吸热器制造技术

一种塔式太阳能旋流吸热器，包含金属热板、金属浴腔、螺旋盘管、进口分流总管、出口集流总管等。太阳光被精确聚焦到金属热板的外板上，金属热板吸热后升温使得内部液态金属气化然后在内板上冷凝，将热量单向传递给金属浴腔，金属浴腔内部填充的吸热介质升温熔化后将高热流密度的热量均匀的传递给螺旋盘管，并由螺旋盘管内的换热介质带走。换热介质通过进口分流总管流进各盘管支管，通过出口集流管汇聚后流出。金属浴腔内采用“金属浴”间接式传热，具有高导热系数的特性及均温的功能，可以实现高效传热，并且将热流密度均匀化，减小热应力，避免爆管等危害。本发明专利技术能够将换热介质加热至超临界状态，大幅度提升发电效率。大幅度提升发电效率。大幅度提升发电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种塔式太阳能旋流吸热器


[0001]本专利技术属于太阳能高温热利用
，具体涉及一种塔式太阳能旋流吸热器。

技术介绍

[0002]随着经济的快速发展，对能源的需求不断增大。当前，传统的化石燃料仍是全球经济增长的主要推动力，但由于其燃烧后释放的二氧化碳等会严重污染环境，能源危机和全球变暖问题日趋严重。改善能源结构，大力发展可再生清洁能源至关重要，而取之不尽用之不竭的太阳能受到了广泛关注。相比于光伏发电，光热发电技术在原材料制造过程中较为清洁，并且能与储能系统搭配进行二十四小时发电。但因其发电效率较低，发电成本高，所以如何提高光热发电效率从而降低成本成为发展难题。在光热发电系统中，塔式太阳能热发电系统由于聚光比高能够达到更高的工作温度，从而提高整体发电效率，在未来发展趋势中更受欢迎。吸热器作为塔式太阳能的核心吸热部件，反射聚集的太阳光直接照射在吸热板上，在高热流密度载荷下容易受热不均，从而出现爆管泄漏等危险，如何保证吸热器稳定又高效的运行已经成为现在塔式太阳能热发电系统的关键技术问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种塔式太阳能旋流吸热器，具有单向传热、减少散热、高光热转化效率、均温、均热、低热应力、储热以及高承压能力，能够使换热介质加热至超临界或超超临界状态，大大提高了运行参数以及发电效率。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种塔式太阳能旋流吸热器，其特征在于，包括：金属热板、金属浴腔、螺旋盘管、进口分流总管、出口集流总管和中心筒；若干块金属热板围绕金属浴腔设置，所述金属热板内部形成若干独立腔室，各腔室内填充有液态金属，所述液态金属通过气化和冷凝的过程将金属热板吸收的热量传递至金属浴腔，所述金属浴腔内填充吸热介质；所述螺旋盘管沿周向缠绕在中心筒上，螺旋盘管浸没在吸热介质中，螺旋盘管的外壁与吸热介质的浸润面作为传热面，螺旋盘管通过进口分流总管流入换热介质，通过出口集流总管流出换热介质。
[0006]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0007]进一步地，所述金属热板包括吸热板、热板上盖板、热板下盖板、内壁面、侧封板和隔板；所述吸热板、热板上盖板、热板下盖板、内壁面和侧封板拼接形成密封腔，若干倾斜的隔板等间隔分布在密封腔内并将密封腔分隔为若干独立腔室，所述吸热板用于吸收太阳光的热量，所述内壁面形成金属浴腔的吸热壁面。
[0008]进一步地，所述金属浴腔由内壁面、浴腔上盖板、浴腔下盖板和中心筒拼接形成，所述浴腔上盖板和浴腔下盖板相对设置，所述浴腔上盖板和浴腔下盖板均开设有与螺旋盘管相对应的孔。
[0009]进一步地，所述螺旋盘管与浴腔上盖板和浴腔下盖板焊接固定，所述螺旋盘管与中心筒不直接接触。
[0010]进一步地，所述螺旋盘管由若干盘管支管排列组成，螺旋盘管通过限位垫条安装在中心筒上，所述限位垫条底部沿轴向固定在中心筒上，限位垫条的表面开设有与若干盘管支管相对应的若干弧形凹槽，所述盘管支管可活动地安装在弧形凹槽中。
[0011]进一步地，所述螺旋盘管的数量不止一个，若干螺旋盘管层叠地沿周向缠绕在中心筒上，每组螺旋盘管对应一个限位垫条，各限位垫条之间通过平垫条相连。
[0012]进一步地，所述金属热板、金属浴腔和螺旋盘管的材质为P91钢或P92钢。
[0013]进一步地，所述吸热介质为纯金属或混合金属。
[0014]进一步地，所述换热介质为水、净化加压后的空气或净化加压后的二氧化碳。
[0015]进一步地，所述金属热板通过下式进行设计：
[0016][0017]式中，ΔP
v
为金属热板内金属蒸汽的压力损失，μ
v
为金属热板内金属蒸汽的动力粘度，ρ
v
为高温热板内金属蒸汽的密度，θ为隔板与水平面的夹角，L是两隔板间垂直距离，d是吸热板和内壁面之间的距离，f为Fanning阻力系数，d
e
为当量直径，ξ为局部阻力系数。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]1)采用间接高效传热方式，避免了太阳光直接照射，解决由于直接传热造成的热应力所带来的热疲劳、热棘轮等问题，很好的延长了吸热器的使用寿命；
[0020]2)采用金属热板(高温热板)吸收并传递热量，实现了单向传热，解决了热量传递过程中的散失问题，提高了吸热器的光热转化效率；创新地提出了隔板及独立腔的结构，同时提出了金属热板的具体设计方案，充分考虑了液态金属的冷凝蒸发过程以及整体构造的经济安全性，采用Fanning公式对金属热板中各参数进行了计算限定；
[0021]3)具有高导热系数的传热介质以及螺旋盘管的高比表面积，能够将热量快速地传递给换热介质；并且流动的吸热介质能够将热量均匀地传递给螺旋盘管，使得金属浴腔具有优异的均温性能，能够承受高热流密度热载荷。区别于由多个独立管排/换热流道拼接成型的模式，一体化的吸热介质使得热量分布更加均匀；
[0022]4)采用多管、多层螺旋盘管并联布置，大大提高了换热介质的通量和移热能力，可以有效防止快速升温引起局部过热而导致爆管的危险；采用低热应力技术，螺旋盘管与上下盖板进行焊接，与中心筒不焊接，使得螺旋盘管能够受热自由伸缩膨胀，减小热应力；
[0023]5)设计了与螺旋盘管的安装相适配的限位垫条和平垫条，使得螺旋盘管在高温环境下能够自由伸缩和膨胀，从而显著降低热应力，并提高了设备的安全性、可靠性和使用寿命。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的塔式太阳能旋流吸热器的外形示意图。
[0025]图2是本专利技术的塔式太阳能旋流吸热器的俯视图。
[0026]图3是本专利技术的金属热板的局部分解示意图。
[0027]图4是本专利技术的金属热板中液态金属的填充示意图。
[0028]图5a是本专利技术的盘管支管接口的示意图。
[0029]图5b是本专利技术的进口分流管与出口集流管的示意图。
[0030]图6是本专利技术的金属浴腔的局部分解示意图。
[0031]图7a是本专利技术的限位垫条和保护垫条的示意图。
[0032]图7b是本专利技术的各盘管支管安装在限位垫条中的示意图。
[0033]图8是本专利技术的塔式太阳能旋流吸热器的工作流程示意图。
[0034]图9是本专利技术的金属热板独立腔室内钠蒸汽流动损失随隔板倾斜角度的变化示意图。
[0035]附图标记如下：1、金属热板；1.1、吸热板；1.2、热板上盖板；1.3、热板下盖板；1.4、内壁面；1.5、侧封板；1.6、隔板；2、金属浴腔；2.1、浴腔上盖板；2.2、浴腔下盖板；3、螺旋盘管；3.1、盘管支管；4、进口分流总管；5、出口集流总管；6、中心筒；6.1、限位垫条；6.2、平垫条；6.3、弧形凹槽；7、液态金属；8、吸热介质。
具体实施方式
[0036]现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。
[0037]实施例一
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种塔式太阳能旋流吸热器，其特征在于，包括：金属热板(1)、金属浴腔(2)、螺旋盘管(3)、进口分流总管(4)、出口集流总管(5)和中心筒(6)；若干块金属热板(1)围绕金属浴腔(2)设置，所述金属热板(1)内部形成若干独立腔室，各腔室内填充有液态金属(7)，所述液态金属(7)通过气化和冷凝的过程将金属热板(1)吸收的热量传递至金属浴腔(2)，所述金属浴腔(2)内填充吸热介质(8)；所述螺旋盘管(3)沿周向缠绕在中心筒(6)上，螺旋盘管(3)浸没在吸热介质(8)中，螺旋盘管(3)的外壁与吸热介质(8)的浸润面作为传热面，螺旋盘管(3)通过进口分流总管(4)流入换热介质，通过出口集流总管(5)流出换热介质。2.如权利要求1所述的一种塔式太阳能旋流吸热器，其特征在于：所述金属热板(1)包括吸热板(1.1)、热板上盖板(1.2)、热板下盖板(1.3)、内壁面(1.4)、侧封板(1.5)和隔板(1.6)；所述吸热板(1.1)、热板上盖板(1.2)、热板下盖板(1.3)、内壁面(1.4)和侧封板(1.5)拼接形成密封腔，若干倾斜的隔板(1.6)等间隔分布在密封腔内并将密封腔分隔为若干独立腔室，所述吸热板(1.1)用于吸收太阳光的热量，所述内壁面(1.4)形成金属浴腔(2)的吸热壁面。3.如权利要求2所述的一种塔式太阳能旋流吸热器，其特征在于：所述金属浴腔(2)由内壁面(1.4)、浴腔上盖板(2.1)、浴腔下盖板(2.2)和中心筒(6)拼接形成，所述浴腔上盖板(2.1)和浴腔下盖板(2.2)相对设置，所述浴腔上盖板(2.1)和浴腔下盖板(2.2)均开设有与螺旋盘管(3)相对应的孔。4.如权利要求3所述的一种塔式太阳能旋流吸热器，其特征在于：所述螺旋盘管(3)与浴腔上盖板(2.1)和浴腔下盖板(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌祥，王旭东，汤显，曹冲，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：