CN107148537B - 在聚积式太阳能电站的塔中用于外部太阳能接收器的密封结构 - Google Patents

在聚积式太阳能电站的塔中用于外部太阳能接收器的密封结构 Download PDF

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Abstract

用于具有塔和追日场的聚积式热动力太阳能电站的塔的外部太阳能接收器，所述塔包括一个又叫做“外壳”的对风密封的模块化的内部结构、和多个热交换管(20)式接收板(25)，热交换管固定至该内部结构，每个热交换管式接收板(25)包括多个金属箱体(1)，这些金属箱体支撑热交换管(20)并通过能够拆卸的组装部件互相组装，每个金属箱体(1)通过锚固部件(5)覆以热绝缘体(4)，其特征在于，热交换管(20)通过可拆卸的和浮动的连接部件与金属箱体(1)固连。

Description

在聚积式太阳能电站的塔中用于外部太阳能接收器的密封 结构
技术领域
本发明涉及聚积式热动力太阳能电站(英语为CSP，Concentrating Solar PowerPlant)领域，特别是塔式太阳能电站，并更特别涉及带有外部太阳能接收器的太阳能电站。
背景技术
在“塔式”聚积式太阳能电站中，通过一系列追日镜向位于塔上的中心太阳能接收器反射太阳辐射，接收器将太阳辐射的能量转移给载热流体，载热流体被加热，并能用于产生电能。
追日镜设有两个能够跟随太阳并且无论时间和季节始终向一给定点传送太阳能流的转动机构。
太阳能接收器安装在塔顶，以便接受所有追日镜的太阳辐射，没有一个给定的追日镜妨碍相邻追日镜产生的太阳能流的反射。
太阳能接收器中产生的热流可以是从供水产生的高温和高压蒸汽。则蒸汽可以直接用于产生电能的蒸汽涡轮机中。
热流体也可以是作为载热流体的盐的混合物，该载热流体可能大量储存在地下，并同时用于产生蒸汽并产生电能。因此可以将俘获太阳能与产生电能分开。
安装在塔顶的太阳能接收器可以是空腔型或外部型。在前者的情况下，空腔内衬有俘获太阳光线的管板，并且空腔的作用是减少辐射损失。在外部类型的情况下，俘获太阳辐射的管板安装在外部，并围绕塔。损失略大于空腔***，但是更容易使太阳辐射集中到管板上，对于相同功率，平均热流明显更高，并且板子的面积大大减小。
在外部方法中，平面板子并列，以便形成以规则多边形为底的直棱镜。根据安装的功率，以多边形为底的棱镜可以有数量可变的表面，例如4-32个。
符合现有技术的通常做法是将上述板子固定在一固定结构上。则这些管子中的每一个可以在俘获太阳能引起的温度增加的作用下自由膨胀。
为了可以很容易地维修并且例如提供更换板子的单一管子的可能性，管子不是互相焊接，而是简单的并列，互相之间有很小的间隙。则每个管子应单独保持，以便必要时抵抗风力和来自地震的力。但是没有焊接的管子能使风通过，因此需要后面密封隔板，以防止被热管加热的入射风深入到用于维修、检测和作业的通过地点的塔体中。另外，塔内包括一些可能一般不能承受高温的电力和敏感的电子设备。在下面的陈述中，该密封隔板将也叫做“外壳(casing)”。作为示例，塔内太阳能板支撑结构后的温度可能为40-50℃，而在板子和它们的直接支撑结构处的外部温度可能为500-850℃。
文件WO 2010/048578提出带有组装为箱体的太阳能接收器的热交换器，接收器具有热传导表面，和垂直汽/水分离器，分离器结构互连，并且在分离器的流体处。设有用于支撑垂直分离器和热传递表面的垂直支撑结构。垂直支撑结构从下面支撑，而热交换器的垂直汽/水分离器和热传递表面从垂直支撑结构出发从上支撑。垂直支撑结构为热交换器提供结构支撑和坚固性，并提供可以抓住并抬高热交换器以便将其置于所需地点的方式。
在该设备中，一些水平加固肋条或梁附着在太阳能管的板子上。所有板子都从上保持，并悬挂在接收器内的支撑结构上。每个管板包括一些互相连接板。每个连接板通过两个连杆或杆连接，连杆或杆在它们的端部通过附着在一弯曲支座上的带爪销转动，弯曲支座本身通过结构钢附着在包括接收器垂直支撑结构的柱子上。转动杆可以使太阳能板有一定的转动，因此可以承受被支撑板子的平均热膨胀。该***使管板具有水平稳定性，同时又可使管子自由并独立垂向延伸，减小管子上的张力。相反，该***可以使管子无应力地垂直膨胀，而不是水平膨胀。
文件US 5,482,233提出对太阳能接收器板的管子的可拆卸支撑夹。管子的支撑夹滑动安装在引导杆上，夹子包括带有插在导杆沟槽中的加固件，和两个锁紧导杆的叶片。该设计的关键点是容易组装和拆卸，无需进入板子的后侧。该夹子***也可使管子无应力地垂直膨胀，但不能水平膨胀。
文件US 2013/0118482 A1提出包括多面中心组件的太阳能接收器，并带有一些从中心组件的角落延伸的叶片组。中心组件包括具有一面吸热板，而叶片组件使用两面吸热板。加固结构穿过不同吸热板的暴露面。
文件US 2010/0199980 A1提出对太阳能接收器的锅炉，接收器包括第一和第二接收板，每个板具有多个基本平行的锅炉管，这些锅炉管以流体方式使各自板子的输入收集器与各自管子的输出收集器连接。第二接收板的锅炉管与第一接收板的锅炉管基本平行。第一和第二接收板通过间距分开。板子的膨胀接头穿过间距连接第一和第二接收板。板子的膨胀接头用于允许接收板沿锅炉管纵向热膨胀和收缩，并且允许接收板的侧向热膨胀和收缩，分别互相靠近和分离，并阻止穿过间距的太阳辐射。
文件EP 0 106 687 A2提出包括蒸汽生成管和加热管的管板。至少两个平行的蒸汽生成管隔开，它们之间形成间距。一过热管与两个蒸汽生成管中的每一个相邻，并位于间距后，以便充填间距，并通过间距前接收辐射能，以保证入射在蒸汽生成管和过热管之间的热流的适当分配，同时消除对蒸汽发生管的复杂和昂贵振动支撑结构需要。一支撑板在过热管后部附近，并相对它们的纵向横向延伸。通过各自的蒸汽生成管与各自的支撑板之间的连接骨架支撑蒸汽发生管，以有效支撑蒸汽发生管与支撑板之间的过热管。另外，过热管的支撑板通过带有I形内结构梁的条形件穿过绝缘连接。这些条形件包括可以在管子纵向膨胀作用下在I型梁的底板上移动的滚轴。因此管子在膨胀作用下的运动穿过热绝缘体反应到内结构上。
发明内容
本发明的目的是提供太阳能塔的外接收器的外壳的设计方法，使其能够保证以下不同功能：
－对风的密封，以及有效的热屏障；
－太热的“管子”一侧与“塔”的内侧之间的绝缘，使“塔”的内侧应保持在对人员和特殊设备可接受的温度；以及
－最大程度地减少热损失，以便不降低效率。
外壳还应能够承受施加在太阳能管的接收板上和外壳的壁上的风力或地震力。
外壳还应用于安装易于维修和更换的管子。
最后，外壳应允许管式太阳能接收板的竖直和水平膨胀，并避免支撑零件的穿过绝缘体的机械运动。
本发明的主要特征零件
本发明涉及用于具有塔和追日场的聚积式热动力太阳能电站的塔的外部太阳能接收器，所述塔包括一个又叫做“外壳”的对风密封的模块化的内部结构、和多个热交换管式接收板，热交换管固定至该内部结构，每个热交换管式接收板包括多个金属箱体，这些金属箱体支撑热交换管并通过能够拆卸的组装部件互相组装，每个金属箱体通过锚固部件覆以热绝缘体，热交换管通过能拆卸的和浮动的连接部件与金属箱体固连，即允许热交换管和热交换管的支撑件的承受高温的部分在热交换管的不论纵向方向还是横向方向的热膨胀，其特征在于，每个热交换管设有分布在热交换管高度上的多个焊接凸耳，这些焊接凸耳能够在热交换管的轴向热膨胀的作用下在钥匙件中滑动，钥匙件本身通过支撑拉杆穿过热绝缘体固定至金属箱体，使得热交换管在热膨胀的作用下的运动主要沿热交换管的纵向方向和沿热交换管式接收板的平面，即在热绝缘体以外实现。因此，支撑结构可以允许接收板膨胀，而没有任何穿过或在绝缘体中的运动。
根据本发明的推荐实施例，太阳能接收器另外包括至少一个以下特征，或这些特征的适当组合：
－金属箱体是单体的并由每边折叠成U形的矩形金属板构成，每个金属箱体的角经过焊接；
－热绝缘体是矩形截面的块，其矩形截面与金属箱体的截面相对应并且每一边上包括阳性或阴性的挡板，以便能够与相邻的在其边上包括互补的挡板的绝缘块组装；
－带热绝缘体的不同的金属箱体具有轻微间隙地组装，轻微间隙便于金属箱体的拆卸，金属箱体之间设有能拆卸的密封部件，以保证对风的密封性；
－能拆卸的密封部件包括密封垫，密封垫通过螺栓被挤压安装一方面在由两个相邻的金属箱体的U形端部构成的法兰之间和另一方面在伴随法兰或H型件处；
－钥匙件带有两个沿直径相对的并能够与每个拉杆中形成的两个凹陷配合的凸销，以便能够通过转动四分之一圈锁定钥匙件，设有折叠薄板，用于阻止钥匙件围绕自身转动；
－设有能够安装在两个相邻的钥匙件上的轻微折叠的骑马钉，以保证锁定所述两个相邻的钥匙件；
－热交换管上的焊接凸耳具有马鞍形的底座；
－热交换管之间经由它们对应的钥匙件通过保证拉杆与热交换管之间联合的中间支撑侧板进行连接；
－拉杆通过插在拉杆的椭圆孔中的轴与中间支撑侧板连接。
附图说明
图1表示符合本发明的模块外壳的单个构成箱体的示意剖视图。
图2表示多个(例如三个)图1箱体以及箱体之间保证对风密封的连接部件的示意剖视图，箱体之间互相组装并有轻微间隙。
图3以示意剖视图表示图1箱体的多个实施例，实施例带有锚固在金属板的一边或另一边(图中为上边和下边)的热绝缘体的阳性或阴性的挡板。
图4表示符合本发明一实施例的带有箱体的单个管子的固定装置的立面图，装置包括拉杆和钥匙件，以及焊接在管子上的凸耳。
图5表示图4钥匙件的细节图和钥匙件锁定在拉杆处的第一方法。
图6表示图4钥匙件的细节图和钥匙件锁定在拉杆处的第二方法。
图7表示图4管子上的焊接凸耳的特殊实施例的平面图。
图8表示包括多个符合本发明的模块箱体的太阳能接收板组件的后视即冷侧的透视图。
图9表示符合本发明的太阳能管的支撑机械***的细节图，该***保证管子的维修和引导，以及承受风力。
具体实施方式
本发明提出的特殊技术方法不仅实现本发明的目的中要求的功能，并且还在容易从后面即从维修人员可进入的塔内进行拆卸的形态中和通过维修人员容易操作的模块化零件实现这些功能。然后，在很容易到达管子之后，因此可以构成太阳能接收器最脆弱部分的管子进行检查和维修。
图1表示模块外壳的一个箱体1，模块外壳被分成尺寸优选约为1至2m2的多个箱体1。每个箱体1由钢板2构成，钢板2的四个边中的每一个折叠成U形3。每个箱体的角经过焊接，形成刚性组装件(未出示)。
借助本领域技术人员公知的锚固***5，特殊热绝缘体材料4被锚固在钢板2上的高温一侧。特殊热绝缘体材料4中设有挡板6，以保证相邻箱体1之间的良好热障，避免太阳辐射穿过太阳能接收板泄漏。根据箱体1在太阳能接收器的组装件中的位置，挡板6将在一侧或另一侧为阳性和/或阴性的，如图3所示。
如图2所示，箱体1以轻微的间隙7互相组装在一起，并且要么通过密封垫8和伴随法兰9，要么通过密封垫8和H型件10，来保证对风的密封。在后者的情况下，H型件10将承受风和地震的负荷，并将这些力传输给主构架(例如如图8所示)。伴随法兰9或H型件10通过能拆卸的组装部件，优选借助螺栓11，被组装在箱体的预先钻孔的相应法兰上，并挤压密封垫8。另外，箱体之间的安装间隙7允许简单拆卸。
如图4所示，通过焊接在管子20上并沿钥匙件12滑动的凸耳21实现将作用在管子20上的风和地震力向箱体1的板2以及H型件10的传递，允许管子20的轴向热膨胀，但同时限制它的侧向移动。所有管子20都被单独支撑。
如图4所示，每个钥匙件12通过形状优选呈偏平件形式的两个拉杆13保持在箱体1、2上。通过设在钥匙件12上的两个凸销14、和在拉杆13中形成的两个凹陷(未出示)，通过将钥匙件转动四分之一圈，使得甚至在向上竖直力的情况下，钥匙件12都被保持就位。折叠薄板15将阻止钥匙件12转动，以便使凸销不面对安装凹陷(见图5)。其它连接细节示于图9(见后面)。
如图6所示，钥匙件12的另一锁定方法在于使用骑马钉17，骑马钉安装在相邻或相继的两个钥匙件上并轻微折叠以便使骑马钉保持就位。
如图7所示，焊接在管子20上的凸耳11还最好具有马鞍形的底座18的特别形状，允许很容易焊接在管子上，同时使力更好地分布在管子上，因此使应力减到最小。
图8示出从后看的太阳能接收板25的外壳整体的一写实性实施例，尤其是带有通过对风密封的水平H型件组装的两组水平的箱体1、以及保证承受风力的梁19。图8还出示角落箱体23。和太阳能接收板一样，角落箱体23被螺栓固定在防风梁19上。热绝缘体没有被出示。
如图4和9所示，偏平件13本身被箱体1、2支撑，形成浮动组件，允许偏平件13在它们的长度上膨胀，偏平件还承受外侧的高温。图9还示出，所有管子20并因此相关钥匙件12通过金属支撑板16侧向连接，支撑板16保证管子20与支撑的偏平件13之间的连接。另外，两个偏平件13通过插在偏平件13的椭圆孔眼27中的轴26与两个支撑板16连接，这样可以允许太阳能接收板25的水平膨胀。
发明的优点
根据本发明，管式太阳能接收板可以在热膨胀的作用下竖直移动，也可水平移动。因此，支撑板16可以承受管子的水平膨胀，同时与管子一起膨胀，因为这些支撑板16还承受高温。另外，通过偏平件13的杆和椭圆形孔眼以及支撑板16的连接还便于太阳能接收板的水平膨胀。
***的设计允许管子的独立安装，这便于管子的维修和/或更换。管子通过马鞍形焊接在凸耳上可以使力分布在管子上，马鞍形边缘的厚度最好与管子厚度为同一量级。
本发明的另一优点为，管子和它们的直接支撑结构的膨胀以及由其导致的运动大部分在绝缘体之外进行(与例如WO 2010/048578中描述的连杆***相反)。
最后，不同模块箱体可以或者在工厂、或者在安装地点覆以它们的绝缘体。箱体的尺寸确定为可以通过两个人操纵，必要时配备适当的搬运工具(最大重量约为150kg)。
参考符号
1.箱体
2.钢板
3.钢板的U形折叠(凸缘)
4.热绝缘体
5.锚固
6.挡板
7.相邻箱体之间的间隙
8.密封垫
9.伴随法兰
10.H型件
11.螺栓
12.能拆卸的钥匙件
13.支撑拉杆(偏平)
14.凸销
15.止转折叠板
16.中间侧板
17.骑马钉
18.马鞍形的底座
19.防风梁
20.热交换管
21.管上的焊接凸耳
22.加强筋
23.角落箱体
24.管子通过膨胀的移动
25.热交换管的板
26.连接轴
27.椭圆孔

Claims (10)

1.一种用于具有塔和追日场的聚积式热动力太阳能电站的塔的外部太阳能接收器，所述塔包括一个又叫做“外壳”的对风密封的模块化的内部结构、和多个热交换管(20)式接收板(25)，热交换管固定至该内部结构，每个热交换管式接收板(25)包括多个金属箱体(1)，这些金属箱体支撑热交换管(20)并通过能够拆卸的组装部件互相组装，每个金属箱体(1)通过锚固部件(5)覆以热绝缘体(4)，热交换管(20)通过能拆卸的和浮动的连接部件与金属箱体(1)固连，即允许热交换管(20)和热交换管的支撑件的承受高温的部分在热交换管的不论纵向方向还是横向方向的热膨胀，其特征在于，每个热交换管(20)设有分布在热交换管(20)高度上的多个焊接凸耳(21)，这些焊接凸耳能够在热交换管(20)的轴向热膨胀的作用下在钥匙件(12)中滑动，钥匙件本身通过支撑拉杆(13)穿过热绝缘体(4)固定至金属箱体(1)，使得热交换管(20)在热膨胀的作用下的运动主要沿热交换管的纵向方向和沿热交换管式接收板(25)的平面，即在热绝缘体(4)以外实现。
2.如权利要求1所述的外部太阳能接收器，其特征在于，金属箱体(1)是单体的并由每边折叠成U形(3)的矩形金属板构成，每个金属箱体(1)的角经过焊接。
3.如权利要求1所述的外部太阳能接收器，其特征在于，热绝缘体(4)是矩形截面的块，其矩形截面与金属箱体(1)的截面相对应并且每一边上包括阳性或阴性的挡板(6)，以便能够与相邻的在其边上包括互补的挡板(6)的热绝缘体组装。
4.如权利要求1所述的外部太阳能接收器，其特征在于，带热绝缘体(4)的不同的金属箱体(1)具有轻微间隙(7)地组装，轻微间隙便于金属箱体的拆卸，金属箱体(1)之间设有能拆卸的密封部件，以保证对风的密封性。
5.如权利要求4所述的外部太阳能接收器，其特征在于，能拆卸的密封部件包括密封垫(8)，密封垫通过螺栓(11)被挤压安装在由两个相邻的金属箱体的U形(3)端部构成的法兰和伴随法兰(9)或H型件(10)之间。
6.如权利要求1所述的外部太阳能接收器，其特征在于，钥匙件(12)带有两个沿直径相对的并能够与每个支撑拉杆(13)中形成的两个凹陷配合的凸销(14)，以便能够通过转动四分之一圈锁定钥匙件，折叠薄板(15)被设置用于阻止钥匙件(12)围绕自身转动。
7.如权利要求1所述的外部太阳能接收器，其特征在于，设有能够安装在两个相邻的钥匙件(12)上的轻微折叠的骑马钉(17)，以保证锁定两个相邻的所述钥匙件(12)。
8.如权利要求6所述的外部太阳能接收器，其特征在于，热交换管(20)上的焊接凸耳(21)具有马鞍形的底座(18)。
9.如权利要求1所述的外部太阳能接收器，其特征在于，热交换管(20)之间经由它们对应的钥匙件通过保证支撑拉杆(13)与热交换管(20)之间联合的中间支撑侧板(16)进行连接。
10.如权利要求9所述的外部太阳能接收器，其特征在于，支撑拉杆(13)通过插在支撑拉杆(13)的椭圆孔中的轴(26)与中间支撑侧板(16)连接。
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