[实用新型]一种碟式太阳能热发电系统及其集热器

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能热发电系统技术领域，尤其涉及一种用于碟式太阳能热发电系统的集热器。本实用新型还涉及一种具有上述集热器的碟式太阳能热发电系统。

背景技术

能源是经济和社会发展的重要基础，工业革命以来，世界能源消费剧增，传统化石能源资源消耗迅速，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展受到严重威胁。太阳能因其储量无限性、分布普遍性、利用清洁性及经济性等特征被普遍看好，被认为是最具发展前景、最能解决未来社会发展能源需求不断增长的新能源之一。

太阳能热发电因具有与电网负荷的配适性较好、光电转化效率高、容易产生规模效应、耗材的制作过程更加环保、电力可调性更好等特点，被认为是未来太阳能发电利用的重要发展方向。

目前，根据聚光方式不同，太阳能热发电主要有槽式、塔式、碟式等几种技术路线。其中，碟式太阳能热发电系统相对于其他方式，具有模块化的灵活部署能力、较高的聚光比和发电总效率等优点，其越来越受到关注。

碟式太阳能热发电系统通常包括聚光碟、集热器及换热器、热机等部分。碟式太阳能热发电系统可以采用郎肯循环(蒸汽轮机)、布雷顿循环(燃气轮机)、斯特林循环(斯特林发动机)等不同原理的热机，无论采用哪种热机，如何将光能高效、可靠地吸收、然后转化为热能并顺畅地传递给吸热工质是至关重要的，这个过程的能量损失直接影响系统的总发电效率。

根据辐射换热知识可知，采用带开孔部的空腔结构有利于提高开孔横截面的黑度系统，即一旦辐射能从开孔部射入空腔结构，仅有很少一部分从开口部被反射出来，从而点聚焦的热发电系统集热器一般采用空腔结构，空腔结构通常由吸热盘管绕成，吸热盘管具有低温进口、高温出口，吸热工质从低温进口进入吸热盘管内，经聚光碟汇聚的太阳光通过空腔结构的开口部进入集热腔内，直接辐射至吸热盘管上，太阳光被吸热盘管吸收后转化为热能并传递给吸热工质，具有较高温度的吸热工质从高温出口流出，进入下游的换热器、热机等能量利用装置。

根据光学原理可知，旋转抛物面汇聚的平行光能量分布密度并不均匀，加之聚光碟制造精度的影响，使得直接照射到的吸热盘管上的光能也是不均匀的，容易形成局部高温区，一旦局部温度超过吸热盘管材料的许用温度，即会导致吸热盘管烧蚀现象，甚至烧毁。

另外，聚光碟因制造精度、风载等因素，往往使得其汇聚的焦斑形状、大小偏离设计值，并不能保证聚光碟反射的全部光线都能进入集热腔，总会有部分光线投射在集热器外部而造成集热器表面温度升高，甚至烧毁。

因此，提高集热器与聚光碟之间的匹配性，优化吸热盘管温度分布，增加集热器的工作稳定性及可靠性，成为本领域技术人员有待解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的是提供一种集热器，该集热器可防止吸热盘管因局部温度过高发生烧蚀现象。本实用新型的第二目的是提供一种具有上述集热器的太阳能热发电系统。

为了实现上述第一个目的，本实用新型提供了一种用于碟式太阳能热发电系统的集热器，包括集热腔、至少一层的吸热盘管，所述集热腔具有开口部，所述吸热盘管形成空腔结构，所述空腔结构具有开孔，该空腔结构置于所述集热腔内，所述开孔与所述开口部对齐，所述吸热盘管的低温进口设于所述空腔结构的太阳辐射能量密度最大的部位。

优选的，所述吸热盘管的层数不少于两层。

优选的，相邻两层吸热盘管之间具有预设间隙。

优选的，所述吸热盘管的外壁上设有吸热肋。

优选的，所述吸热肋为直肋或螺旋状环肋。

优选的，所述集热腔包括内壳、外壳、前罩板，所述内壳的内壁形成所述集热腔的内壁，所述外壳套装于所述内壳外侧，所述前罩板形成所述集热器的开口部，所述内壳、所述外壳与所述前罩板固定，所述内壳与所述外壳、所述前罩板之间设有保温层。

优选的，所述开口部设有透明罩板。

优选的，所述前罩板上设有用于冷却工质循环的冷却套。

优选的，所述冷却套的冷却工质出口与所述吸热盘管的低温进口连通。

优选的，所述集热腔的内壁设有反光层。

优选的，所述内壳、所述外壳分别由多段结构组成，各段结构通过法兰及紧固件连接形成一个整体结构。

优选的，所述空腔结构呈球台形结构或倒圆台形结构。