[发明专利]一种新型太阳能集热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能热利用领域的太阳能集热器。

背景技术

随着太阳能等可再生能源利用在全世界蓬勃发展，太阳能聚热发电（CSP）逐步为人们所认识，在CSP体系中，吸热传热部分具有非常重要的地位。太阳能的集热技术的换热介质，目前主要采用导热油为传热工质，经导热油换热后驱动常规蒸汽轮机带动发电机组发电。由于目前的导热油工作温度必须控制在400℃以内，超出这一温度将会导致导热油裂解、粘度提高以及传热效率降低等问题，因此限制了太阳能聚热发电的工作温度。同时，导热油使用成本很高，因此迫切需要有新的传热工质取代导热油，以提高工作温度，并降低装置造价和运行成本。目前国际太阳能集热技术的换热介质的替代品有熔融盐类材料，但其结晶点较高，大多在230至260℃左右，因此直接替换仍有诸多困难，当前熔融盐主要用于热储能。

用水直接作为换热介质的直接蒸汽发生（DSG）技术已经试验多年，该技术与蒸汽锅炉受热管道运行原理相似，以水为工质，将低温水自吸热管路一端注入，水在沿管路轴向行进过程中吸热逐渐升温，达到沸点后变为饱和蒸汽，再继续吸热变为过热蒸汽。由于水在受热管内发生沸腾时状态不稳定，存在两相流传输和汽化压力在集热管内不均匀等问题，发生例如水锤、振动、管路材料疲劳破坏现象；另外在饱和蒸汽变为过热蒸汽段，由于蒸汽导热能力差，热吸收能力较弱，容易发生管路过温损毁；并且当管路受热不均匀时，管壁温差较大，会发生严重弯曲，带来其他损失（如真空密封破坏）；再者现有技术仍然没有解决DSG管道在局部无受热（例如镜场因云朵遮挡引起的局部出现阴影），带来的一系列问题，例如水输入及汽输出流量控制，参数变化的影响。因此该技术仍停留在试验阶段，但只要这些问题能够得以解决，DSG技术就成为成本最低、效率最高的环保安全型太阳能热发电关键技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种可应用于多领域的新型太阳能集热器。

本发明提供了一种新型太阳能集热器，包括传热区、传热介质和换热区、换热介质，其特征在于，所述传热区位于太阳光线会聚位置，换热区被传热区包围；传热区内部布置有流动的传热介质；换热区内部布置有流动通过的换热介质;所述传热区内的传热介质沸点高于换热介质的输出温度;太阳光能量通过所述传热区及内部的传热介质对流动通过换热区内的换热介质传递热量；所述换热介质吸收热量后，流出太阳能集热器完成换热。

进一步地，所述换热介质在换热区内发生相变换热。

进一步地，所述太阳能集热器的外部局部受热，传热介质在传热区的内部流动，获得较高的传热性能，克服外部局部受热不均引起的变形翘曲问题，同时有效地将接收的热量传导至换热区；所述传热介质的一部分或全部在传热区内进行通过性流动，优选为在传热区内进行循环流动。

进一步地，所述太阳能集热器包括金属外管、金属中管；所述金属外管与金属中管之间所形成的空间为传热区；金属中管内部全部或部分空间为换热区；换热介质贯穿流动于金属中管内部，实现换热后流出系统外部。

进一步地，所述金属外管内部还包括金属内管；所述传热介质经过金属外管内的传热区后，所述传热介质的循环流动路径通过金属内管，传热介质在金属内管所形成的回路中完成循环流动，实现金属外管内部的传热介质的总体循环。

进一步的实施例中，所述换热区由一根或多根的金属中管的全部或部分内部空间组成，实施多个换热区同时相变换热。

进一步地，所述金属内管、金属中管内外平行布置于金属外管内部，所述金属中管内壁与金属内管外壁之间所形成的空间为换热区，金属外管内的其它空间为传热区。

进一步地，所述金属内管和/或金属中管的某个部分设置有介质通道，所述传热介质与换热介质为同一种介质，在传热区完成传热流动后，部分或全部进入换热区完成换热。

优化地，所述金属内管或金属中管为螺旋波纹管或螺旋波纹节管，增加换热介质和传热介质在内部的涡流，产生更高的换热系数，提高效率。

进一步地，所述太阳能集热器还包括过热区，接收换热空间输出的气相或汽液混合相的换热介质进行过热加热，以获得更好的蒸汽参数。

优选地，所述过热区或传热区内布置有螺旋导流装置，换热介质或传热介质在流经的过程中，在导流装置的作用下，螺旋前进，降低圆周壁面温度差，降低管路的翘曲程度。

进一步地，所述过热区为沿外管轴线长度方向上延伸布置的金属第四管管内空间，接收轴向上的热量，将气相换热介质变成高参数的过热蒸汽。