[发明专利]带顶边吸热板结构的太阳能吸热器

说明书

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种带顶边吸热板结构的太阳能吸热器。

背景技术

我国的一次能源储量约占世界总储量的10％,而人口占世界人口的比例约为25%。在能源结构中，将近70%的能源消费依靠煤，由此带来的资源、环境问题突出。从长远来看，以太阳能为首的可再生能源将是人类未来的希望。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许多国家的关注。由于以水为工质具有价格便宜、潜热高、换热效果好等特点，因此该类型的研究最先在太阳能塔式热发电上得以应用。但水工质（水蒸汽）也有蓄热能力若、过热状态下换热能力差等缺点。由于熔盐具有热容高、液相温度范围宽、流动性好等特点，因此以熔盐为载热介质的研究及工程实践在国内、国外得以广泛开展。熔盐在吸热器中吸热升温，然后通过蒸汽发生装置产生需要的蒸汽，这种太阳能热发电技术具有较强的蓄热能力，并且产生的蒸汽参数高，这有利于提升太阳能热发电系统的效率。但熔盐系统也存在熔盐凝固点高、管路系统复杂等特点，因此系统对管道预热、设备保温、运行维护等要求严格。

在塔式热发电技术中，吸热器形式的选择有多种，常见的有腔体式结构和柱面体式结构，二者各有特点。腔体式结构吸热器由于开口面积相对较小，对投入的太阳辐射可以进行多次反射及吸收，散热损失小，因此常具有较高的热效率。但腔体式吸热器内部受热面上的热负荷更难以分配均匀，因此容易发生吸热面的爆管（以水为吸热介质时）或堵管（以熔盐为载热介质时）；此外腔体式吸热器形状复杂、加工较为困难。柱面型吸热器结构相对简单，表面的热负荷在现有的控制技术下也更容易做到相对均匀，这些都有利于提高柱面体吸热器的安全性；但柱面体吸热器向空面积大，对投入的太阳辐射溢出率较高，并且对流辐射散热损失也相对较高，这会在一定程度上影响到吸热器的效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种带顶边吸热板结构的太阳能吸热器，通过在柱面体吸热器受光区的顶部，设置一个环型的吸热面，该吸收面的内圈与吸热器柱体的形状保持一致，并且与吸热器焊接在一起；外圈形状为圆形，也可以是与内圈相似的多变形；环型吸热面可以是在环形板上焊接吸热管的方式（管-板式结构），也可以通过吸热管之间的直接焊接或翅片焊接而成（膜式壁结构）；同时为了提高太阳能的利用率，在环形吸热面的下表面涂有一层高吸收性能的涂层。这种顶边式的吸热结构，能够把溢出到柱形吸热器上部的太阳光进行再利用，由此可以提高吸热器的整体转化效率。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种带顶边吸热板结构的太阳能吸热器，包括：上汇集管、顶边吸热板、吸热管排、吸热涂层、柱形吸热面、下汇集管和定日镜；

定日镜投入到太阳能吸热器上的太阳辐射，大部分被柱形吸热面直接吸收，但也有一部分能量溢出，该部分能量被顶边吸热板再次吸收利用；

顶边吸热板采用在环形板上焊接吸热管的方式，即管-板式结构来实现，此时该顶边吸热板的上表面有所述的吸热管排，下表面有高吸收性能的所述的吸热涂层，由于顶边吸热板处于温度较高的工作环境下，因此该吸热涂层需具有耐高温特性；或者顶边吸热板通过吸热管之间的直接焊接或翅片焊接而成，即膜式壁结构来实现；

载热介质在由柱形吸热面、上汇集管、下汇集管的组成的通道内流动；根据载热介质的特性，内部的通道可组成并联、串联多种复杂的型式。顶边吸热板可利用吸热器上部的溢出能量对载热介质进行预热或升温。

所述的载热介质为水、熔盐等。

本发明具有如下显著特点：

（1）、本发明带顶边吸热结构的太阳能吸热器，把溢出到吸热器表面之外的辐射能量，重新吸热器利用，由此可以提高吸热器的热转化效率；

（2）、本发明顶边式的吸热面结构不但减少了吸热器的能量溢出，使附近的支撑钢架、附属设施的工作环境得到改善，有利于系统安全性、可靠性的提高。

（3）、本发明顶边式吸热结构减小了吸热器表面的自然对流风速，同时也减小了对天空的张角（影响辐射角系数），因此使吸热器的对流散热损和辐射散热损失也随之减少；

（4）、本发明带顶边吸热板结构的吸热器对现有柱面体结构改变较少，容易实现。对吸热器重量及支撑结构的影响甚微；由于顶边吸热板与地面的方向平行，迎风截面的增加甚小，因此对吸热器风阻的影响也可以忽略。