[发明专利]具有双重暴露吸热屏的太阳能接收器

说明书

相关文件的交叉引用

本申请要求于2011年11月16日提交的、申请号为61/560,512的美国专利临时申请的优先权。在此，该申请的全部内容通过参见的方式合并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于产生电能的太阳能发电领域。更具体地，本发明涉及双重曝露或两侧吸热的板和具有一个或多个所述板的太阳能接收器。这些太阳能接收器设计可以用于集中式太阳能塔技术(也称为集中式太阳能发电技术，CSP)以利用太阳能来产生“绿色”电能。

背景技术

太阳能接收器是太阳能发电系统的主要部件，通过太阳能接收器，阳光被用作热源以最终产生过热的高质量蒸汽，此蒸汽被用以驱动汽轮发电机，并使用兰金循环最终产生电能，或者为其它热过程提供蒸汽。

一般地，太阳能接收器被定位在高于地平面的高架支承塔的顶部。太阳能接收器被战略性地定位在一组反光表面即定日镜(或镜子)的场地中，这些反光表面收集太阳光线，然后将这些光线反射回来并集中到该太阳能接收器的吸热表面。然后，太阳能由流过太阳能接收器的工作传热流体(HTF)吸收。这些反光表面可以在整个白天于不同位置定向以跟踪太阳并最大化反射到该接收器吸热表面上的阳光。

太阳能接收器是管的组件，水、蒸汽、熔盐或其它传热流体(HTF)在这些管中流动。在太阳能接收器的这些管中的传热流体吸收被集中的太阳能，使传热流体温度上升并且/或者发生相变，使得传热流体获得太阳能。然后，被加热的传热流体被直接运送到汽轮发电机以产生电能或者被间接运送到储存罐中以备日后使用。

太阳能接收器设计通常包括具有竖直定向管的屏，即管屏(或管板)，以及用于将管屏维持在合适位置的支承结构和其它关联设备(泵、管线、储存容器、热罩等)。在常规设计中，太阳能接收器具有正方形、长方形或圆形横截面(从上向下看的俯视图中)。这些管屏布置在该横截面的外部上，使得来自镜场的太阳能被导向(或被吸收)到管屏的仅一个面。在例如名称为“工厂组装的太阳能接收器热交换器(Shop-Assembled Solar Receiver Heat Exchanger)”并授予巴布考克和威尔克斯发电集团公司(Babcock&Wilcox Power Generation Group,Inc.)的美国专利第12/605,241号中描述了上述管屏，在此，该申请的全部内容通过参见的方式合并入本文。

在此方面，图1是上述一个太阳能接收器设计100的俯视图(即从上方看)，该太阳能接收器具有四个被设置成正方形的管屏110、120、130、140。各管屏具有一个接收来自镜场的太阳能的外表面112、122、132、142以及一个不接收该太阳能的内表面114、124、134、144。

管屏的不接收太阳能的内表面一般具有加固梁系统，该加固梁系统支承所述屏以承受强风、地震力以及热感应力。典型地，该加固梁系统包括“工”字型横梁或其它的结构钢形状，横梁或结构钢以使得该管屏可以独立于支承结构本身并独立于其它管和屏膨胀的方式被夹在管屏上。一般地，将夹具焊接到管上，使得当将热施加于该管时，管屏可以相对于固定支承结构移动，而该支承结构仍可为该管屏提供刚性。在太阳能接收器上，管屏中的管并未如同在矿石燃料燃烧锅炉中一样沿它们的轴线(即膜式构造)焊接在一起，而是未加束缚的构造。此允许管在当加热时独立于彼此进行膨胀。由此，各管必须具有夹具以附连到处于一定支承高度上的加固梁。

由于管只有一面暴露于太阳能而导致的一个问题是暴露的热表面和非暴露的冷表面之间会产生温差。这导致管的热表面和冷表面之间不同的膨胀，由此使管弯曲。管弯曲的严重性取决于温差的大小和管屏的刚度。由于将管连接到加固梁的夹具在支承高度将管保持在位，所以在各支承高度之间会发生弯曲。此会在各支承高度处的管的加热侧上产生很高的压应力。

由于每天在启动、关闭和云层经过期间会加热和冷却这些管，所以这样的压应力是循环的，最终将会导致疲劳失效。对于使用熔盐作为传热流体的接收器，熔盐中的杂质也可能导致腐蚀，在压应力所在之处，此现象更严重。

发明内容