在聚積式太陽能電站的塔中用於外部太陽能接收器的密封結構的製作方法

2024-02-07 21:01:15 1

本發明涉及聚積式熱動力太陽能電站(英語為csp，concentratingsolarpowerplant)領域，特別是塔式太陽能電站，並更特別涉及帶有外部太陽能接收器的太陽能電站。

背景技術：

在「塔式」聚積式太陽能電站中，通過一系列追日鏡向位於塔上的中心太陽能接收器反射太陽輻射，接收器將太陽輻射的能量轉移給載熱流體，載熱流體被加熱，並能用於產生電能。

追日鏡設有兩個能夠跟隨太陽並且無論時間和季節始終向一給定點傳送太陽能流的轉動機構。

太陽能接收器安裝在塔頂，以便接受所有追日鏡的太陽輻射，沒有一個給定的追日鏡妨礙相鄰追日鏡產生的太陽能流的反射。

太陽能接收器中產生的熱流可以是從供水產生的高溫和高壓蒸汽。則蒸汽可以直接用於產生電能的蒸汽渦輪機中。

熱流體也可以是作為載熱流體的鹽的混合物，該載熱流體可能大量儲存在地下，並同時用於產生蒸汽並產生電能。因此可以將俘獲太陽能與產生電能分開。

安裝在塔頂的太陽能接收器可以是空腔型或外部型。在前者的情況下，空腔內襯有俘獲太陽光線的管板，並且空腔的作用是減少輻射損失。在外部類型的情況下，俘獲太陽輻射的管板安裝在外部，並圍繞塔。損失略大於空腔系統，但是更容易使太陽輻射集中到管板上，對於相同功率，平均熱流明顯更高，並且板子的面積大大減小。

在外部方法中，平面板子並列，以便形成以規則多邊形為底的直稜鏡。根據安裝的功率，以多邊形為底的稜鏡可以有數量可變的表面，例如4-32個。

符合現有技術的通常做法是將上述板子固定在一固定結構上。則這些管子中的每一個可以在俘獲太陽能引起的溫度增加的作用下自由膨脹。

為了可以很容易地維修並且例如提供更換板子的單一管子的可能性，管子不是互相焊接，而是簡單的並列，互相之間有很小的間隙。則每個管子應單獨保持，以便必要時抵抗風力和來自地震的力。但是沒有焊接的管子能使風通過，因此需要後面密封隔板，以防止被熱管加熱的入射風深入到用於維修、檢測和作業的通過地點的塔體中。另外，塔內包括一些可能一般不能承受高溫的電力和敏感的電子設備。在下面的陳述中，該密封隔板將也叫做「外殼(casing)」。作為示例，塔內太陽能板支撐結構後的溫度可能為40-50℃，而在板子和它們的直接支撐結構處的外部溫度可能為500-850℃。

文件wo2010/048578提出帶有組裝為箱體的太陽能接收器的熱交換器，接收器具有熱傳導表面，和垂直汽/水分離器，分離器結構互連，並且在分離器的流體處。設有用於支撐垂直分離器和熱傳遞表面的垂直支撐結構。垂直支撐結構從下面支撐，而熱交換器的垂直汽/水分離器和熱傳遞表面從垂直支撐結構出發從上支撐。垂直支撐結構為熱交換器提供結構支撐和堅固性，並提供可以抓住並抬高熱交換器以便將其置於所需地點的方式。

在該設備中，一些水平加固肋條或梁附著在太陽能管的板子上。所有板子都從上保持，並懸掛在接收器內的支撐結構上。每個管板包括一些互相連接板。每個連接板通過兩個連杆或杆連接，連杆或杆在它們的端部通過附著在一彎曲支座上的帶爪銷轉動，彎曲支座本身通過結構鋼附著在包括接收器垂直支撐結構的柱子上。轉動杆可以使太陽能板有一定的轉動，因此可以承受被支撐板子的平均熱膨脹。該系統使管板具有水平穩定性，同時又可使管子自由並獨立垂向延伸，減小管子上的張力。相反，該系統可以使管子無應力地垂直膨脹，而不是水平膨脹。

文件us5,482,233提出對太陽能接收器板的管子的可拆卸支撐夾。管子的支撐夾滑動安裝在引導杆上，夾子包括帶有插在導杆溝槽中的加固件，和兩個鎖緊導杆的葉片。該設計的關鍵點是容易組裝和拆卸，無需進入板子的後側。該夾子系統也可使管子無應力地垂直膨脹，但不能水平膨脹。

文件us2013/0118482a1提出包括多面中心組件的太陽能接收器，並帶有一些從中心組件的角落延伸的葉片組。中心組件包括具有一面吸熱板，而葉片組件使用兩面吸熱板。加固結構穿過不同吸熱板的暴露面。

文件us2010/0199980a1提出對太陽能接收器的鍋爐，接收器包括第一和第二接收板，每個板具有多個基本平行的鍋爐管，這些鍋爐管以流體方式使各自板子的輸入收集器與各自管子的輸出收集器連接。第二接收板的鍋爐管與第一接收板的鍋爐管基本平行。第一和第二接收板通過間距分開。板子的膨脹接頭穿過間距連接第一和第二接收板。板子的膨脹接頭用於允許接收板沿鍋爐管縱向熱膨脹和收縮，並且允許接收板的側向熱膨脹和收縮，分別互相靠近和分離，並阻止穿過間距的太陽輻射。

文件ep0106687a2提出包括蒸汽生成管和加熱管的管板。至少兩個平行的蒸汽生成管隔開，它們之間形成間距。一過熱管與兩個蒸汽生成管中的每一個相鄰，並位於間距後，以便充填間距，並通過間距前接收輻射能，以保證入射在蒸汽生成管和過熱管之間的熱流的適當分配，同時消除對蒸汽發生管的複雜和昂貴振動支撐結構需要。一支撐板在過熱管後部附近，並相對它們的縱向橫向延伸。通過各自的蒸汽生成管與各自的支撐板之間的連接骨架支撐蒸汽發生管，以有效支撐蒸汽發生管與支撐板之間的過熱管。另外，過熱管的支撐板通過帶有i形內結構梁的條形件穿過絕緣連接。這些條形件包括可以在管子縱向膨脹作用下在i型梁的底板上移動的滾軸。因此管子在膨脹作用下的運動穿過熱絕緣體反應到內結構上。

技術實現要素：

本發明的目的是提供太陽能塔的外接收器的外殼的設計方法，使其能夠保證以下不同功能：

－對風的密封，以及有效的熱屏障；

－太熱的「管子」一側與「塔」的內側之間的絕緣，使「塔」的內側應保持在對人員和特殊設備可接受的溫度；以及

－最大程度地減少熱損失，以便不降低效率。

外殼還應能夠承受施加在太陽能管的接收板上和外殼的壁上的風力或地震力。

外殼還應用於安裝易於維修和更換的管子。

最後，外殼應允許管式太陽能接收板的豎直和水平膨脹，並避免支撐零件的穿過絕緣體的機械運動。

本發明的主要特徵零件

本發明涉及用於具有塔和追日場的聚積式熱動力太陽能電站的塔的外部太陽能接收器，所述塔包括一個又叫做「外殼」的對風密封的模塊化的內部結構、和多個熱交換管式接收板，熱交換管固定至該內部結構，每個熱交換管式接收板包括多個金屬箱體，這些金屬箱體支撐熱交換管並通過能夠拆卸的組裝部件互相組裝，每個金屬箱體通過錨固部件覆以熱絕緣體，熱交換管通過能拆卸的和浮動的連接部件與金屬箱體固連，即允許熱交換管和熱交換管的支撐件的承受高溫的部分在熱交換管的不論縱向方向還是橫向方向的熱膨脹，其特徵在於，每個熱交換管設有分布在熱交換管高度上的多個焊接凸耳，這些焊接凸耳能夠在熱交換管的軸向熱膨脹的作用下在鑰匙件中滑動，鑰匙件本身通過支撐拉杆穿過熱絕緣體固定至金屬箱體，使得熱交換管在熱膨脹的作用下的運動主要沿熱交換管的縱向方向和沿熱交換管式接收板的平面，即在熱絕緣體以外實現。因此，支撐結構可以允許接收板膨脹，而沒有任何穿過或在絕緣體中的運動。

根據本發明的推薦實施例，太陽能接收器另外包括至少一個以下特徵，或這些特徵的適當組合：

－金屬箱體是單體的並由每邊摺疊成u形的矩形金屬板構成，每個金屬箱體的角經過焊接；

－熱絕緣體是矩形截面的塊，其矩形截面與金屬箱體的截面相對應並且每一邊上包括陽性或陰性的擋板，以便能夠與相鄰的在其邊上包括互補的擋板的絕緣塊組裝；

－帶熱絕緣體的不同的金屬箱體具有輕微間隙地組裝，輕微間隙便於金屬箱體的拆卸，金屬箱體之間設有能拆卸的密封部件，以保證對風的密封性；

－能拆卸的密封部件包括密封墊，密封墊通過螺栓被擠壓安裝一方面在由兩個相鄰的金屬箱體的u形端部構成的法蘭之間和另一方面在伴隨法蘭或h型件處；

－鑰匙件帶有兩個沿直徑相對的並能夠與每個拉杆中形成的兩個凹陷配合的凸銷，以便能夠通過轉動四分之一圈鎖定鑰匙件，設有摺疊薄板，用於阻止鑰匙件圍繞自身轉動；

－設有能夠安裝在兩個相鄰的鑰匙件上的輕微摺疊的騎馬釘，以保證鎖定所述兩個相鄰的鑰匙件；

－熱交換管上的焊接凸耳具有馬鞍形的底座；

－熱交換管之間經由它們對應的鑰匙件通過保證拉杆與熱交換管之間聯合的中間支撐側板進行連接；

－拉杆通過插在拉杆的橢圓孔中的軸與中間支撐側板連接。

附圖說明

圖1表示符合本發明的模塊外殼的單個構成箱體的示意剖視圖。

圖2表示多個(例如三個)圖1箱體以及箱體之間保證對風密封的連接部件的示意剖視圖，箱體之間互相組裝並有輕微間隙。

圖3以示意剖視圖表示圖1箱體的多個實施例，實施例帶有錨固在金屬板的一邊或另一邊(圖中為上邊和下邊)的熱絕緣體的陽性或陰性的擋板。

圖4表示符合本發明一實施例的帶有箱體的單個管子的固定裝置的立面圖，裝置包括拉杆和鑰匙件，以及焊接在管子上的凸耳。

圖5表示圖4鑰匙件的細節圖和鑰匙件鎖定在拉杆處的第一方法。

圖6表示圖4鑰匙件的細節圖和鑰匙件鎖定在拉杆處的第二方法。

圖7表示圖4管子上的焊接凸耳的特殊實施例的平面圖。

圖8表示包括多個符合本發明的模塊箱體的太陽能接收板組件的後視即冷側的透視圖。

圖9表示符合本發明的太陽能管的支撐機械系統的細節圖，該系統保證管子的維修和引導，以及承受風力。

具體實施方式

本發明提出的特殊技術方法不僅實現本發明的目的中要求的功能，並且還在容易從後面即從維修人員可進入的塔內進行拆卸的形態中和通過維修人員容易操作的模塊化零件實現這些功能。然後，在很容易到達管子之後，因此可以構成太陽能接收器最脆弱部分的管子進行檢查和維修。

圖1表示模塊外殼的一個箱體1，模塊外殼被分成尺寸優選約為1至2m2的多個箱體1。每個箱體1由鋼板2構成，鋼板2的四個邊中的每一個摺疊成u形3。每個箱體的角經過焊接，形成剛性組裝件(未出示)。

藉助本領域技術人員公知的錨固系統5，特殊熱絕緣體材料4被錨固在鋼板2上的高溫一側。特殊熱絕緣體材料4中設有擋板6，以保證相鄰箱體1之間的良好熱障，避免太陽輻射穿過太陽能接收板洩漏。根據箱體1在太陽能接收器的組裝件中的位置，擋板6將在一側或另一側為陽性和/或陰性的，如圖3所示。

如圖2所示，箱體1以輕微的間隙7互相組裝在一起，並且要麼通過密封墊8和伴隨法蘭9，要麼通過密封墊8和h型件10，來保證對風的密封。在後者的情況下，h型件10將承受風和地震的負荷，並將這些力傳輸給主構架(例如如圖8所示)。伴隨法蘭9或h型件10通過能拆卸的組裝部件，優選藉助螺栓11，被組裝在箱體的預先鑽孔的相應法蘭上，並擠壓密封墊8。另外，箱體之間的安裝間隙7允許簡單拆卸。

如圖4所示，通過焊接在管子20上並沿鑰匙件12滑動的凸耳21實現將作用在管子20上的風和地震力向箱體1的板2以及h型件10的傳遞，允許管子20的軸向熱膨脹，但同時限制它的側向移動。所有管子20都被單獨支撐。

如圖4所示，每個鑰匙件12通過形狀優選呈偏平件形式的兩個拉杆13保持在箱體1、2上。通過設在鑰匙件12上的兩個凸銷14、和在拉杆13中形成的兩個凹陷(未出示)，通過將鑰匙件轉動四分之一圈，使得甚至在向上豎直力的情況下，鑰匙件12都被保持就位。摺疊薄板15將阻止鑰匙件12轉動，以便使凸銷不面對安裝凹陷(見圖5)。其它連接細節示於圖9(見後面)。

如圖6所示，鑰匙件12的另一鎖定方法在於使用騎馬釘17，騎馬釘安裝在相鄰或相繼的兩個鑰匙件上並輕微摺疊以便使騎馬釘保持就位。

如圖7所示，焊接在管子20上的凸耳11還最好具有馬鞍形的底座18的特別形狀，允許很容易焊接在管子上，同時使力更好地分布在管子上，因此使應力減到最小。

圖8示出從後看的太陽能接收板25的外殼整體的一寫實性實施例，尤其是帶有通過對風密封的水平h型件組裝的兩組水平的箱體1、以及保證承受風力的梁19。圖8還出示角落箱體23。和太陽能接收板一樣，角落箱體23被螺栓固定在防風梁19上。熱絕緣體沒有被出示。

如圖4和9所示，偏平件13本身被箱體1、2支撐，形成浮動組件，允許偏平件13在它們的長度上膨脹，偏平件還承受外側的高溫。圖9還示出，所有管子20並因此相關鑰匙件12通過金屬支撐板16側向連接，支撐板16保證管子20與支撐的偏平件13之間的連接。另外，兩個偏平件13通過插在偏平件13的橢圓孔眼27中的軸26與兩個支撐板16連接，這樣可以允許太陽能接收板25的水平膨脹。

發明的優點

根據本發明，管式太陽能接收板可以在熱膨脹的作用下豎直移動，也可水平移動。因此，支撐板16可以承受管子的水平膨脹，同時與管子一起膨脹，因為這些支撐板16還承受高溫。另外，通過偏平件13的杆和橢圓形孔眼以及支撐板16的連接還便於太陽能接收板的水平膨脹。

系統的設計允許管子的獨立安裝，這便於管子的維修和/或更換。管子通過馬鞍形焊接在凸耳上可以使力分布在管子上，馬鞍形邊緣的厚度最好與管子厚度為同一量級。

本發明的另一優點為，管子和它們的直接支撐結構的膨脹以及由其導致的運動大部分在絕緣體之外進行(與例如wo2010/048578中描述的連杆系統相反)。

最後，不同模塊箱體可以或者在工廠、或者在安裝地點覆以它們的絕緣體。箱體的尺寸確定為可以通過兩個人操縱，必要時配備適當的搬運工具(最大重量約為150kg)。

參考符號

1.箱體

2.鋼板

3.鋼板的u形摺疊(凸緣)

4.熱絕緣體

5.錨固

6.擋板

7.相鄰箱體之間的間隙

8.密封墊

9.伴隨法蘭

10.h型件

11.螺栓

12.能拆卸的鑰匙件

13.支撐拉杆(偏平)

14.凸銷

15.止轉摺疊板

16.中間側板

17.騎馬釘

18.馬鞍形的底座

19.防風梁

20.熱交換管

21.管上的焊接凸耳

22.加強筋

23.角落箱體

24.管子通過膨脹的移動

25.熱交換管的板

26.連接軸

27.橢圓孔