[发明专利]旗形热交换器

说明书

技术领域

本发明涉及特别适用于包括在太阳能发电站中的蒸汽发生器的热交换器。特别是，本发明涉及与蒸汽过热器有关的热交换器。

背景技术

在目前对可以大大减少CO₂排放的可再生能源关注的范围内，特别开发了热力集中式太阳能电站。在此类电站中，一系列镜子反射太阳辐射，从而使太阳辐射集中到确定的狭小区域，以便加热载热流体。特别是，在该区域中安装有产生高压和高温蒸汽的锅炉。因而该蒸汽用于供给蒸汽涡轮以发电。

已知几种类型的集中聚热太阳能电站：塔式电站、柱形-抛物面传感器电站(centrales à capteurs cylindro-paraboliques)、抛物面传感器电站(centrales à capteurs paraboliques)。

特别是已经存在或正在规划中的塔式电站允许获得大功率(在10-500MW之间)。它们由允许把空气或其它载热流体加热到高于1200℃的温度的称为追日镜的太阳传感器场构成。

尤其在以下文献中可找到这些太阳能发电站的例子：DE 102 46 721A、DE 102 48 068 B、EP-A-106 687、EP-A-106 688、FR-A-2 438 804、WO-A-2008/12390等。

锅炉的简要描述

在集中式太阳能电站的背景下，锅炉包括把水转换为饱和蒸汽的蒸发器和把蒸汽温度带到需要水平的过热器。蒸发器与允许水/蒸汽分离的球体自然循环工作。所有的热交换器都通过纯辐射捕获太阳能。因此没有任何对流交换。

考虑到希望的总功率，入射在交换器上的辐射流(用kW/m²表示)是交换器和交换器尺寸的计算中的决定因素。

可容许的最大热流的计算基于可容许的金属温度和基于穿过管向载热流体的热交换的计算。

因此，在蒸发器的情况下，双相流体的内部流动的概念影响可容许的最大热流(临界热流，其特征在于偏离泡核沸腾即DNB(Departure from Nucleated Boiling)的结束，液体消失或干燥)的限制。

不均匀膨胀效应

由于遇到的流体高压(例如120bar)，交换器必须由单独就能够承受该压力的一些管构成。表面暴露于集中太阳辐射的管一侧被加热，而它们的背面不接受任何热流。因此在暴露于辐射的管前表面与不接受辐射的管后表面之间产生温度差。

在蒸发器(因此容纳有双相流体)的情况下，在双相混合物与管金属之间的非常好的管内交换系数有助于使表面温度和背面温度均匀化。

相反，在过热器(因此含有干蒸汽)的情况下，蒸汽与金属之间的内交换系数明显较低，因此管的前表面与后表面之间的温度差可能达到非常高的数值。因此产生迫使管呈弧形的“热控开关双金属片(bilame)”效应。

如果通过机械方式使管保持笔直，因而被阻止的自然弯曲转换为金属中的应力：管前部将受压缩，而管后部将受拉伸。

在法兰结构的情况下，该现象极大地限制了可容许的热流。

文献EP-A-0 106 687描述了包括蒸汽发生管(蒸发器)和过热器管的板。蒸发器管间隔开，以便为入射辐射提供在两个相邻管之间的通过间隙。一个过热器管位于两个相邻的蒸发器管之间，在这些蒸发器管后面，该过热器管因此也接收所述入射辐射的一部分。

换句话说，热蒸发器的管和过热器的管相对于入射日光流“交错”地布置，这允许使热流分布在两个交换器之间。过热器管卡固在支座与蒸发器管之间，蒸发器管通过连接元件与该支座连接。该构形可以避免昂贵的用于蒸发器管的防振支撑元件。每个蒸发器管在其长度上的几个点予以连接。因此，即使它们可以纵向膨胀，过热器管也在它们的整个长度上机械地被保持笔直，这就导致上面提到的应力。另外，过热器管上的入射流通过设计受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种不具有现有技术缺点的方案。

特别是，本发明旨在一种热交换器的设计，热交换器尤其是过热器类型，在与冷凝太阳能电站相关的锅炉的情况下，用于容纳干蒸汽，所述热交换器不具有由于交换器管中的不均匀膨胀效应所产生的机械应力。

本发明的主要特征元素

本发明的首要目标涉及构造成通过辐射捕获能量的热交换装置，该装置包括至少一基本旗形交换器，该旗形交换器包括：

a)一输入收集器和一输出收集器；