本發(fā)明涉及一種塔式太陽能電站吸熱器受熱面模塊的排布結(jié)構(gòu)，屬于塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

太陽能高溫熱發(fā)電技術(shù)是太陽能規(guī)模利用的一個重要方向，對人類解決化石能源危機、空氣污染等問題具有深遠的意義。根據(jù)聚焦方式的不同，太陽能高溫熱發(fā)電可分為碟式、槽式、塔式三種方式 ；采用的工質(zhì)有水 ( 水蒸汽 )、熔鹽、空氣、導熱油、液態(tài)金屬、其他有機物等。塔式聚焦由于具有大容量、高參數(shù)等優(yōu)點而受到世界多國的關(guān)注。

塔式熱發(fā)電技術(shù)在國外已經(jīng)處于商業(yè)化運營的初期階段，已建或在建的大規(guī)模商業(yè)化項目幾乎遍布了各大洲，該技術(shù)路線已展示出強大的市場及生命力。尤其是帶有儲熱的太陽能熱發(fā)電技術(shù)，由于具有更長的發(fā)電時長及更穩(wěn)定的電能輸出，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。我國的塔式熱發(fā)電事業(yè)目前還處于示范化運營階段，近年來先后建成的一批示范電站有力促進了太陽能熱發(fā)電事業(yè)在我國的開展，一旦獲得國家政策的穩(wěn)定支持，我國的太陽能熱發(fā)電事業(yè)將迎來一個快速發(fā)展期。

吸熱器是塔式太陽能熱電站的核心設(shè)備之一，它將定日鏡捕捉、反射、聚焦的太陽光接收并轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的內(nèi)能，為發(fā)電機組提供所需的能量，進而實現(xiàn)太陽能熱發(fā)電的過程。

對于塔式太陽能熱發(fā)電吸熱器，不論是外表面受熱型、還是腔體式內(nèi)表面受熱型，其受熱面通常采用管壁式結(jié)構(gòu)，即吸熱介質(zhì)在管子內(nèi)流動，管子排列成平面或圓弧面。根據(jù)塔式太陽能電站聚光比高的特點，吸熱器受熱管的向光面需要承受較高的熱負荷，而背部通常是絕熱保溫結(jié)構(gòu)。例如，對于吸熱工質(zhì)為熔鹽的情況，局部熱流密度能達到 1000kW/m²以上。因此，單側(cè)受熱的吸熱管內(nèi)外側(cè)存在較大溫差。在熱流密度高的區(qū)域，吸熱管的內(nèi)外側(cè)溫差會超過200℃，由此導致吸熱器受熱面管屏的嚴重變形。在吸熱器結(jié)構(gòu)的約束下，吸熱器吸熱管需要承受很高的應(yīng)力。再加上太陽能間歇性、多變性（云量等因素的影響等）等固有特點，容易造成吸熱器管屏的破裂及失效，從而影響到整個塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的安全運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種塔式太陽能吸熱器受熱面模塊，用以減輕吸熱器受熱面因管子向光側(cè)和背光側(cè)受熱條件差別過大而引起的嚴重變形和承受應(yīng)力過高的問題，進而增加吸熱器的安全裕度。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種管子背面聚光塔式太陽能吸熱器受熱面模塊，包括下集箱、下連接管排、上連接管排、上集箱、和吸熱管屏。所述吸熱管屏下端與下集箱通過下連接管排連接。所述吸熱管屏中相鄰管子之間留有一定間隙。所述吸熱管屏的每根管子的背光面設(shè)有各自的對來光具有反射功能的內(nèi)凹曲面。

作為優(yōu)選，所述吸熱管屏的管子以一定間隔平行并排布置。

作為優(yōu)選，所述內(nèi)凹曲面沿著管子軸線方向延伸充滿吸熱管屏部分整個長度。

作為優(yōu)選，所述內(nèi)凹曲面的頂點至相鄰管子內(nèi)切面（相鄰管子背光側(cè)頂點的連線直線在沿管子中心線方向構(gòu)成的平面）的距離不超過管子外半徑。

作為優(yōu)選，所述內(nèi)凹曲面的最凹點至相鄰管子內(nèi)切面的距離不超過管子外半徑。

與現(xiàn)有塔式太陽能吸熱器受熱面結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明由于在吸熱管屏各個管子背光側(cè)設(shè)置了相應(yīng)的對來光具有反射功能的內(nèi)凹曲面，使得原本通過管間部分從管子左（右）側(cè)端部傳導的能量通過合理的引導投射到管子的背光側(cè)，增加了管子沿周向的實際受熱面積，減小了管子的受熱集中度，從而減小了管子向光側(cè)和背光側(cè)受熱的差別，緩解了因管子向光側(cè)和背光側(cè)受熱不均勻引起的嚴重變形和承受應(yīng)力過高的問題。同時，由于一部分能量從管子背光側(cè)傳遞，而背光側(cè)受熱面對管子正面點附近區(qū)域的影響較管子左（右）側(cè)端部弱不少，因此本發(fā)明還能夠降低管子正面點區(qū)域的管壁溫度，從而增加了受熱面運行的安全裕度。

同時，通過合理設(shè)計內(nèi)凹曲面的形狀，可以將來光通過曲面的反射以一定集中度投射到管子的背光側(cè)表面，除了上述能夠緩解因管子向光側(cè)和背光側(cè)的受熱不均勻所引起的問題外，還能夠減少熱損失以及避免來光反射的逃逸。

對于工質(zhì)為水/水蒸氣的塔式太陽能吸熱器，其受熱面通常分為蒸發(fā)段和過熱段兩個部分。

蒸發(fā)段受熱面通常采用帶有鰭片的膜式管壁。當本發(fā)明專利應(yīng)用到蒸發(fā)段受熱面時，實際上是用管子背光側(cè)的內(nèi)凹曲面替了管間的鰭片。這一改變的效果是由原來通過鰭片吸收的熱量通過管子左（右）側(cè)端部傳遞給管子變?yōu)榻?jīng)過反射塊將這部分熱量通過管子背光側(cè)受熱面?zhèn)鬟f給管子。這一改變減小了管子的受熱集中度，緩解了因管子受熱不均勻引起的變形和應(yīng)力問題。而采用管子背光側(cè)的內(nèi)凹曲面來代替管間的鰭片也避免了因鰭片所產(chǎn)生的溫差問題和應(yīng)力問題。

當本發(fā)明專利應(yīng)用到過熱段受熱面時，將原有的密排管（管間無間隙）結(jié)構(gòu)變?yōu)榫哂幸欢ü荛g間隔的管排結(jié)構(gòu)。這一改變將一部分能量通過管子背光側(cè)受熱面?zhèn)鬟f給管子，緩解了因管子受熱不均勻引起的變形和應(yīng)力問題，同時還降低了管子正面點區(qū)域的管壁溫度，從而增加了受熱面運行的安全裕度。在管屏寬度一定的情況下，將管屏改為具有一定管間間隔的管排結(jié)構(gòu)不可避免地減少管子根數(shù)，單根管子的工質(zhì)流量有所增加，從而增加了工質(zhì)對管子的冷卻能力。這也有利于進一步降低管子壁溫。

無論蒸發(fā)段受熱面還是過熱段受熱面，本發(fā)明專利的應(yīng)用均能夠進一步減少受熱面表面的散熱損失。

對于工質(zhì)為熔鹽的塔式太陽能吸熱器，其受熱面結(jié)構(gòu)通常采用密排管型式，與水/水蒸氣工質(zhì)太陽能吸熱器的過熱段受熱面類似。因此，本發(fā)明專利的應(yīng)用效果與上述水/水蒸氣工質(zhì)太陽能吸熱器的過熱段受熱面的效果類似。

附圖說明

圖1為本發(fā)明專利的吸熱器受熱面模塊示意圖

圖2為本發(fā)明專利的吸熱管屏結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。

圖中：O-管子中心；R-管子外半徑；D1-內(nèi)凹曲面的頂點至相鄰管子內(nèi)切面的距離；D2-內(nèi)凹曲面的最凹點至相鄰管子內(nèi)切面的距離。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明專利作進一步的說明，但并不作為對本發(fā)明專利限制的依據(jù)。

本發(fā)明專利的實施例：

一種塔式太陽能吸熱器蒸發(fā)模塊，包括下集箱、下連接管排、上連接管排、上集箱、和吸熱管屏（如圖1所示）。所述吸熱管屏下端與下集箱通過下連接管排連接。所述吸熱管屏上端與上集箱通過上連接管排連接。所述吸熱管屏中相鄰管子中心線的距離為3.2R（R為管子外半徑）。所述吸熱管屏的每根管子的背光面設(shè)有各自的對來光具有反射功能的如圖2所示的內(nèi)凹曲面。所述吸熱管屏結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖如圖2所示。

所述吸熱管屏的管子以一定間隔平行并排布置。

所述內(nèi)凹曲面表面沿著管子軸線方向延伸充滿吸熱管屏部分整個長度。

所述內(nèi)凹曲面的頂點至相鄰管子內(nèi)切面（相鄰管子背光側(cè)頂點的直線連線在沿管子中心線方向構(gòu)成的平面）的距離為R。

所述內(nèi)凹曲面的最凹點至相鄰管子內(nèi)切面的距離為0.25R。

所述內(nèi)凹曲面內(nèi)部設(shè)為保溫層。

該實施例應(yīng)用于工質(zhì)為水/蒸汽的塔式太陽能吸熱器的蒸發(fā)段受熱面。與傳統(tǒng)的帶鰭片的膜式壁相比，該實施例所述的管屏結(jié)構(gòu)減小了管子的受熱集中度，緩解了因管子向光側(cè)和背光側(cè)受熱不均勻引起的引起的嚴重變形和承受應(yīng)力過高的問題。同時，實施例還降低了管子正面點區(qū)域的管壁溫度，從而增加了受熱面運行的安全裕度。在管屏寬度一定的情況下，將管屏改為具有一定管間間隔的管排結(jié)構(gòu)不可避免地減少管子根數(shù)，單根管子的工質(zhì)流量有所增加，從而增加了工質(zhì)對管子的冷卻能力。這也有利于進一步降低管子壁溫。合理的內(nèi)凹表面可以將來光通過反射以合理的集中度投射到管子的背光側(cè)表面，除了能夠緩解因管子向光側(cè)和背光側(cè)的受熱不均勻所引起的問題外，還能夠減少熱損失以及徹底避免來光反射的逃逸。

由于太陽能吸熱器受熱管屏所接收到的太陽光來自不同角度鏡面對太陽光的反射，因此在同一時刻吸熱器管屏的管子及其間隔所接受的太陽光來自各個不同的角度，并不是原始的平行太陽光。因此，此處不同方向的光線示意是恰當?shù)?，符合吸熱器的實際工作條件。