旗形熱交換器的製作方法

2023-07-28 20:49:31 1

專利名稱：旗形熱交換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及特別適用於包括在太陽能發電站中的蒸汽發生器的熱交換器。特別是，本發明涉及與蒸汽過熱器有關的熱交換器。
背景技術：
在目前對可以大大減少CO2排放的可再生能源關注的範圍內，特別開發了熱力集中式太陽能電站。在此類電站中，一系列鏡子反射太陽輻射，從而使太陽輻射集中到確定的狹小區域，以便加熱載熱流體。特別是，在該區域中安裝有產生高壓和高溫蒸汽的鍋爐。因而該蒸汽用於供給蒸汽渦輪以發電。已知幾種類型的集中聚熱太陽能電站塔式電站、柱形-拋物面傳感器電站 (centrales capteurs cylindro-paraboliques)、 Μ · 0 " 專胃 i 電立佔(centrales capteurs paraboliques)0特別是已經存在或正在規劃中的塔式電站允許獲得大功率(在10-500麗之間)。 它們由允許把空氣或其它載熱流體加熱到高於1200°C的溫度的稱為追日鏡的太陽傳感器場構成。尤其在以下文獻中可找到這些太陽能發電站的例子DE 102 46 721A、DE 102 48 068 B,EP-A-106 687、ΕΡ_Α_106 688、FR_A_2 438 804、W0-A-2008/12390 等。鍋爐的簡要描述在集中式太陽能電站的背景下，鍋爐包括把水轉換為飽和蒸汽的蒸發器和把蒸汽溫度帶到需要水平的過熱器。蒸發器與允許水/蒸汽分離的球體自然循環工作。所有的熱交換器都通過純輻射捕獲太陽能。因此沒有任何對流交換。考慮到希望的總功率，入射在交換器上的輻射流(用kW/m2表示)是交換器和交換器尺寸的計算中的決定因素。可容許的最大熱流的計算基於可容許的金屬溫度和基於穿過管向載熱流體的熱交換的計算。因此，在蒸發器的情況下，雙相流體的內部流動的概念影響可容許的最大熱流 (臨界熱流，其特徵在於偏離泡核沸騰即DNB(D印arture from Nucleated Boiling)的結束，液體消失或乾燥)的限制。不均勻膨脹效應由於遇到的流體高壓(例如120bar)，交換器必須由單獨就能夠承受該壓力的一些管構成。表面暴露於集中太陽輻射的管一側被加熱，而它們的背面不接受任何熱流。因此在暴露於輻射的管前表面與不接受輻射的管後表面之間產生溫度差。在蒸發器(因此容納有雙相流體)的情況下，在雙相混合物與管金屬之間的非常好的管內交換係數有助於使表面溫度和背面溫度均勻化。相反，在過熱器(因此含有幹蒸汽)的情況下，蒸汽與金屬之間的內交換係數明顯較低，因此管的前表面與後表面之間的溫度差可能達到非常高的數值。因此產生迫使管呈弧形的「熱控開關雙金屬片(bilame)」效應。如果通過機械方式使管保持筆直，因而被阻止的自然彎曲轉換為金屬中的應力 管前部將受壓縮，而管後部將受拉伸。在法蘭結構的情況下，該現象極大地限制了可容許的熱流。文獻EP-A-O 106 687描述了包括蒸汽發生管(蒸發器)和過熱器管的板。蒸發器管間隔開，以便為入射輻射提供在兩個相鄰管之間的通過間隙。一個過熱器管位於兩個相鄰的蒸發器管之間，在這些蒸發器管後面，該過熱器管因此也接收所述入射輻射的一部分。換句話說，熱蒸發器的管和過熱器的管相對於入射日光流「交錯」地布置，這允許使熱流分布在兩個交換器之間。過熱器管卡固在支座與蒸發器管之間，蒸發器管通過連接元件與該支座連接。該構形可以避免昂貴的用於蒸發器管的防振支撐元件。每個蒸發器管在其長度上的幾個點予以連接。因此，即使它們可以縱向膨脹，過熱器管也在它們的整個長度上機械地被保持筆直，這就導致上面提到的應力。另外，過熱器管上的入射流通過設計受到限制。

發明內容
本發明的目的是提供一種不具有現有技術缺點的方案。特別是，本發明旨在一種熱交換器的設計，熱交換器尤其是過熱器類型，在與冷凝太陽能電站相關的鍋爐的情況下，用於容納幹蒸汽，所述熱交換器不具有由於交換器管中的不均勻膨脹效應所產生的機械應力。本發明的主要特徵元素本發明的首要目標涉及構造成通過輻射捕獲能量的熱交換裝置，該裝置包括至少一基本旗形交換器，該旗形交換器包括a) 一輸入收集器和一輸出收集器；b)分別與所述輸入收集器和所述輸出收集器連接的多個交換管，並且所述多個交換管疊置以截止入射輻射，每個管呈一髮夾的形式，具有一髮夾頭彎曲部分和兩個在它們的最大長度部分上基本垂向毗鄰的分支，所述管在所述髮夾頭處的端部是自由的並且所述管在連接於所述收集器的其端部是自支撐的。根據本發明的一些特殊實施方式，上述熱交換裝置另外包括以下一個或幾個特徵或這些特徵的組合-所述髮夾頭包括環，所述環通過設計位於傾斜平面內並具有彎曲半徑，所述彎曲半徑適當地被選擇，以限制壓力損失；-所述熱交換裝置包括多個旗形交換器，所述多個旗形交換器布置成一給定交換器的旗形體遮掩相鄰交換器的收集器；-所述交換管布置成每個交換管具有兩個相對的髮夾狀的彎曲部分，使得所述收集器位於這兩個彎曲部分之間，並且所述交換管懸伸在所述收集器兩側並被構造成使所述收集器被相應形成的旗形體遮掩；-設置中心陶瓷遮擋件，以相對於入射輻射完全遮掩位於所述熱交換裝置後的元件；-輻射捕獲能量為太陽能；
-所述裝置為蒸汽發生器用的過熱器；-管與收集器連接，以相對於水平位形成朝向收集器的介於1-5度之間的傾斜度。本發明的第二目標涉及包括鍋爐的熱力集中式太陽能電站，鍋爐配有上述熱交換裝置。


圖1表示符合本發明的交換器管的第一實施方式的平面圖，該交換器管呈髮夾形式，並且分別與輸入收集器和輸出收集器連接。圖2表示根據圖1的管的正視圖。圖3表示根據圖1的管的透視圖。圖4表示根據圖1的管的另一正視圖。圖5和6分別表示符合本發明的交換器的第一實施方式的正視圖和透視圖。圖7表示分別與輸入收集器和輸出收集器連接的根據本發明的交換器管的第二實施方式的平面圖。圖8表示根據圖7的管的透視圖。圖9表示根據本發明的交換器的第二實施方式的透視圖。圖10A-10C表示根據一有利實施方式的交換器的不同視圖，其中管具有朝向收集器的輕微傾斜度。
具體實施例方式根據本發明，對上述技術問題提出的解決方案是設計一種旗形交換器。根據第一實施方式，交換器10的每個管1呈簡單的髮夾的形式設置，其兩個分支 2、3垂向上疊置(圖1-4)。髮夾頭包括通過設計時就位於傾斜平面中的環4，並且適當選擇其彎曲半徑，以限制蒸汽側的壓力損失。管1的端部然後例如通過焊接，分別被連接至每個輸入收集器5和輸出收集器6。因此，髮夾形體的疊置構成呈旗形式的交換器10。根據本發明，啦鄰管2、3截止太陽能集中器的光線(圖5、6)。每個管1為自支撐式的，並且這些管自由地進行它們自身的熱膨脹，因此擺脫「熱控開關雙金屬片」效應。與現有技術的情況相反地，不再因在管上的熱效應而導致任何應力。一個完整的交換器可由多個旗形交換器組成，這些旗形交換器布置成一給定的旗形體遮掩另一交換器的收集器，以避免輻射對收集器的任何影響，因此避免收集器中的任何熱應力。作為本發明第二實施方式目標的等效形式在於把收集器5、6安裝在「環」中間， 因而管1懸伸在收集器5、6的兩側(圖7-9)。在這種情況下，在中心的小區域沒有完全被管1遮蓋，有利地，陶瓷遮擋件保證板10 (未示出)的完全遮掩。本發明解決的技術問題是消除當管利用機械緊固件被保持直線時由「熱控開關雙金屬片」類型的不均勻膨脹所導致的應力，尤其是在(只包含幹蒸汽的)過熱器中。因此，髮夾端部可以自由膨脹。本發明的另一特別有利的實施方式示於圖10A-10C。在該構形中，管以輕微的傾斜度例如2度與收集器連接，以改善將這些管排空的能力。當設備停止時，管因而保持完全乾燥，並且重啟動因而不會有任何的由於水與蒸汽之間混合造成的水錘的危險。現有文獻EP-A-O 106 687沒有公開符合本發明的旗形交換器和它的呈髮夾形式和自支撐的過熱器管。更詳細的說，蒸發器管和過熱器管同樣都沒有呈髮夾狀彎曲，因此不是具有可自由膨脹的端部的自支撐式。它們呈直線形，互相平行，並且在其整個長度上、在共有的輸入收集器和輸出收集器之間於始終機械地被保持筆直。
權利要求
1.熱交換裝置，其構造成通過輻射捕獲能量，所述熱交換裝置包括至少一基本旗形交換器(10)，所述旗形交換器包括a)一輸入收集器( 和一輸出收集器(6)；b)多個交換管(1)，所述多個交換管分別與所述輸入收集器( 和所述輸出收集器(6) 連接的多個交換管(1)，並且所述多個交換管疊置以截止入射輻射，每個管(1)呈一髮夾的形式，具有一髮夾頭(4)彎曲部分和兩個在它們的最大長度部分上基本垂向毗鄰的分支 0、3)，所述管(1)在所述髮夾頭(4)處的端部是自由的並且所述管(1)在連接於所述收集器(5、6)的其端部是自支撐的。
2.如權利要求1所述的熱交換裝置，其特徵在於，所述髮夾頭(4)包括環，所述環通過設計位於傾斜平面內並具有彎曲半徑，所述彎曲半徑適當地被選擇，以限制壓力損失。
3.如權利要求1所述的熱交換裝置，其特徵在於，所述熱交換裝置包括多個旗形交換器(10)，所述多個旗形交換器布置成一給定交換器的旗形體遮掩相鄰交換器的收集器(5、 6)。
4.如權利要求1所述的熱交換裝置，其特徵在於，所述交換管(1)布置成每個交換管具有兩個相對的髮夾狀的彎曲部分(11、12)，使得所述收集器(5、6)位於這兩個彎曲部分之間，並且所述交換管(1)懸伸在所述收集器(5、6)兩側並被構造成使所述收集器(5、6)被相應形成的旗形體遮掩。
5.如權利要求4所述的熱交換裝置，其特徵在於，設置中心陶瓷遮擋件，以相對於入射輻射完全遮掩位於所述熱交換裝置後的元件。
6.如權利要求1所述的熱交換裝置，其特徵在於，通過輻射捕獲的能量為太陽能。
7.如權利要求1所述的熱交換裝置，其特徵在於，所述熱交換裝置為用於蒸汽發生器的過熱器。
8.如權利要求1所述的熱交換裝置，其特徵在於，所述管(1)與所述收集器(5、6)連接，以相對於水平方向形成朝向所述收集器(5、6)的介於1度到5度之間的傾斜度。
9.熱力集中式太陽能電站，其包括配有如權利要求1所述的熱交換裝置的鍋爐。
全文摘要
本發明涉及熱交換裝置，其構造成通過輻射捕獲能量，該熱交換裝置包括至少一基本旗形交換器(10)，所述旗形交換器包括a)輸入收集器(5)和輸出收集器(6)；b)分別與所述輸入收集器(5)和所述輸出收集器(6)連接的多個交換管(1)，所述多個交換管疊置以截止入射輻射，每個管(1)呈髮夾的形式，具有一髮夾頭(4)彎曲部分和兩個在它們的最大長度部分上基本垂向地毗鄰的分支(2、3)，所述管(1)在所述髮夾頭(4)處的端部是自由的並且所述管(1)在連接至所述收集器(5、6)的其端部是自支撐的。
文檔編號F24J2/07GK102292607SQ201080005270
公開日2011年12月21日 申請日期2010年2月11日 優先權日2009年2月17日
發明者A·德蒂耶, E·加西亞拉米雷斯 申請人:考克利爾冶金工程股份有限公司, 阿文戈亞太陽能新技術股份有限公司