[发明专利]一种双列管结构的太阳能塔式吸热器及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双列管结构的太阳能塔式吸热器及其设计方法，属于太阳能高温热利用技术领域。

背景技术

太阳能高温热发电技术是太阳能规模利用的一个重要方向，对人类解决化石能源危机、空气污染等问题具有深远的意义。根据聚焦方式的不同，太阳能高温热发电可分为碟式、槽式、塔式三种方式；采用的工质有水(水蒸汽)、熔盐、空气、导热油、液态金属、其他有机物等。塔式聚焦由于具有大容量、高参数等优点而受到世界多国的关注。

塔式热发电技术在国外已经处于商业化运营的初期阶段，已建或在建的大规模商业化项目几乎遍布了各大洲，该技术路线已展示出强大的市场及生命力。尤其是带有储热的太阳能热发电技术，由于具有更长的发电时长及更稳定的电能输出，因此具有广阔的应用前景。我国的塔式热发电事业目前还处于示范化运营阶段，近年来先后建成的一批示范电站有力促进了太阳能热发电事业在我国的开展，一旦获得国家政策的稳定支持，我国的太阳能热发电事业将迎来一个快速发展期。

对于塔式热发电技术，不论是柱面体外表面受光型、还是腔体式内表面受光型的吸热器，通常采用的是管壁式结构：吸热介质在管子内流动，管子排列成平面或弧形面。根据塔式吸热器聚光比高的特点，吸热器吸热管的向光面需要承受较高的热负荷，局部热流密度能达到1000kW/m2以上，而背部通常是绝热保温结构。因此单侧受光的吸热管前后侧存在较大温差，在热流密度高的区域，吸热管的前后温差会超过200℃，由此导致吸热器管的严重变形，在吸热器结构的约束下，吸热器管需要承受很高的应力。再加上太阳能间歇性、多变性(云量等因素的影响等)的固有特点，容易导致吸热器管的破裂及失效，从而影响到整个太阳能塔式热发电系统的安全运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种双列管结构的太阳能塔式吸热器及其设计方法，即太阳能吸热器的吸热管交错排列成前后两排；当吸热器为圆柱型或多面棱柱型结构时，前后两排吸热管分别变成外圈吸热管与内圈吸热管。外圈吸热管的相邻两根管子之间留有一定间隙，使部分太阳光可以通过间隙照射到内圈吸热管上。内圈吸热管接受到的一部分太阳光通过反射或热辐射的方式，对外圈吸热管的后半部分进行加热，由此可以有效减小吸热管壁的前后温差，达到减小热应力、延长吸热器寿命的目的。

本发明解决上述的技术问题采用的技术方案是：一种双列管结构的太阳能塔式吸热器，包括吸热模块，所述的吸热模块包括了外圈吸热管、内圈吸热管和密封鳍片；外圈吸热管相邻两管之间、外圈吸热管与内圈吸热管之间均留有一定间隙，内圈吸热管通过密排或鳍片结构连接成组，对该双列管结构的太阳能塔式吸热器接收到的太阳光起到密封及传热作用。

进一步的，在外圈吸热管和内圈吸热管的向光面有一层高吸收性的涂层。

进一步的，该双列管结构的太阳能塔式吸热器包括若干吸热模块，每个吸热模块还包括进口集箱、中间集箱以及出口集箱，在每个吸热模块中，工质从进口集箱进入到吸热模块，分别流经外圈吸热管、中间集箱、内圈吸热管，再从出口集箱流出进入到下一个吸热模块。

进一步的，该双列管结构的太阳能塔式吸热器外形可以由多个圆弧面构成的圆柱型，也可以是由多个平面构成的棱柱型，还可以是弧面或平面拼成的多面体、腔体式结构。

另外，本发明提供一种双列管结构的太阳能塔式吸热器的设计方法，该方法设计的吸热器的吸热管在太阳光入射方向上呈前后两排的错列分布，投射到吸热器上的太阳辐射一部分照射到前排吸热管上，还有一部分通过前排吸热管之间的空隙照射到后排吸热管上，在进行吸热器设计时可以通过计算，确定前排相邻吸热管之间的间距、前后两排吸热管之间的距离、前后排吸热管直径，计算投射到前排及后排吸热管上能量分配比率，投射到后排吸热管上的太阳辐射，一部分通过反射或热辐射的方式把能量传递到前排吸热管的背光侧，由此可以显著降低前排吸热管向光侧及背光侧之间的温差。

进一步的，该方法对于后排的吸热管，由于接收到的太阳辐射量减小，有助于降低前后侧的温差，后排的吸热管可以根据吸热器的几何尺寸、管子大小因素呈密布排列，也可以在相邻管之间通过鳍片结构连接，鳍片对吸热器起到密封及传热作用，该结构有利于减小散热损失、提升吸热器的热效率。

本发明的原理在于：