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用于太阳能发电厂的产生蒸汽的热交换器

阅读：930发布：2021-02-23

IPRDB可以提供用于太阳能发电厂的产生蒸汽的热交换器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于太阳能发电厂的产生蒸汽的热交换器，该热交换器包括：用于散热介质的具有入口和出口的外缸；用于吸热介质(优选水)的入口集管和出口集管，所述出口集管和入口集管基本上设置在外缸内；以及设置在外缸内的管束，该管束包括多个具有连续管道的管层，连续管道以使得散热介质能够完全围绕管道流动的方式设置，并设计成供吸热介质从入口集管流至出口集管的流动路径。管束设计成迂回方式，其中，产生蒸汽的热交换器根据强制流动原理进行设计，使供应给入口集管的吸热介质在流动路径中先后进行预热、蒸发以及过度加热，使过热蒸汽从出口集管排出。预热、蒸发以及过度加热所需的能量基本上全都取自外缸内从散热介质到吸热介质的热传递。，下面是用于太阳能发电厂的产生蒸汽的热交换器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于太阳能发电厂的产生蒸汽的热交换器(1)，包括：外缸(2)，所述外缸(2)具有用于散热介质的入口喷嘴(4)和出口喷嘴(5)；

用于吸热介质的入口集管(6)和出口集管(7)，所述入口集管(6)和所述出口集管(7)基本上设置在所述外缸(2)内，所述吸热介质优选为水；

管束(11)，所述管束(11)设置在所述外缸(2)内，包括多个具有连续管道(21、22、23、

24、33、34)的管层(20、30)，所述连续管道(21、22、23、24、33、34)以使得所述散热介质能够完全围绕所述管道流动的方式设置，并设置为供所述吸热介质从所述入口集管(6)流至所述出口集管(7)的流动路径；

所述管束(11)以迂回方式设置，所述产生蒸汽的热交换器(1)根据强制流动原理进行设计，使供应给所述入口集管(6)的所述吸热介质在所述流动路径中先后进行预热、蒸发以及过度加热，使过热蒸汽从所述出口集管(7)排出，预热、蒸发以及过度加热所需能量基本上全都取自所述热交换器(1)内从所述散热介质到所述吸热介质的热传递。

2.根据权利要求1所述的热交换器(1)，其特征在于，所述热交换器(1)可水平或垂直安装，所述热交换器(1)优选垂直安装。

3.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，在垂直安装的情况下，所述热交换器(1)包括多个垂直相邻的管层(20、30)，每个管层(20、30)由同等数量的管道(21、22、23、24、33、34)构成，并且所述管层(20、30)以所述各个管层(20、30)的所述管道(21、22、23、24、33、34)在水平方向恰恰彼此对齐的方式进行设置，与垂直设置在所述外缸(2)中心轴(10)的水平邻接管段(15)中吸热介质流动的方向相反。

4.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，所述入口集管(6)和所述出口集管(7)具有圆形截面，并且管层(20)的所述管道(21、22、23、24)与所述入口集管(6)和所述出口集管(7)连接，在所述入口集管(6)和所述出口集管(7)的圆周管线(13)上与另一个管道偏离相同角度(α)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，所述相邻管层(20、

30)的所述管道(21、22、23、24、33、34)与所述入口集管(6)和所述出口集管(7)连接，使得在所述入口集管(6)和所述出口集管(7)的相邻圆周管线(14)上，所述一个管层(30)的所述管道(33、34)设置为相对于所述相邻管层(20)的所述管道(21、22、23、24)偏离角度(β)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，所述管束(1)包括对所述吸热介质进行主要预热的独立段。

7.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，所述管束(11)具有对所述吸热介质进行主要蒸发的独立段。

8.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，所述管束(11)具有对所述吸热介质进行主要过度加热的独立段。

9.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，所述管道(21、22、

23、24、33、34)通过接头(21a、22a、23a、24a、31a、32a、33a、34a)与所述入口集管(6)和所述出口集管(7)连接。

10.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，所述管道(21、22、

23、24、33、34)不用接头直接与所述入口集管(6)和所述出口集管(7)连接。

11.根据权利要求9所述的热交换器(1)，其特征在于，所述接头(21a、22a、23a、24a、

31a、32a、33a、34a)实质上与所述入口集管(6)和所述出口集管(7)连接。

12.根据权利要求9所述的热交换器(1)，其特征在于，所述接头(21a、22a、23a、24a、

31a、32a、33a、34a)由从入口集管(6)和所述出口集管(7)的材料上切割下的金属制成。

13.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，所述管束(11)设置在内壳体(3)中，所述内壳体(3)同心设置在所述外缸(2)内，所述内壳体(3)包括用于所述散热介质的入口和出口。

14.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，在垂直安装所述热交换器(1)的情况下，用于所述散热介质的所述入口喷嘴(4)和所述出口喷嘴(5)设置在所述外缸(2)的底部。

说明书全文

用于太阳能发电厂的产生蒸汽的热交换器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于太阳能发电厂的产生蒸汽的热交换器。

背景技术

[0002] 根据现有技术水平获知的热交换器是以模块化方式进行设置并根据所谓的循环原理(自然或强制循环)运行。热交换器包括多个热交换模块比如预热模块，一个或几个蒸发器模块以及过热器模块，这些模块通过各自的入口和出口集管、循环管以及外部蒸汽收集汽包一起转换为功能单元。

[0003] 太阳能发电厂的负载和温度频繁发生较大的变化，主要取决于年份、日期以及天气状况，以此证明设计用于太阳能热发电厂的蒸汽发生器是困难的。高温梯度、低空间需求量以及低生产和运行成本的快速启动速度仅是对用于太阳能发电厂的产生蒸汽的热交换器重要需求中的一部分。

[0004] 因此，仍然需要一种更紧凑、更有效的用于太阳能发电厂的热交换器，此外，还能够以更低的成本进行生产并且运行安全。

发明内容

[0005] 因此，本发明的目的在于提供一种允许紧凑配置、经济有效生产、安全运行的热交换器。

[0006] 该目的通过根据独立权利要求的热交换器实现。从属权利要求中提供了优选的进一步发展。

[0007] 根据本发明的用于太阳能发电厂的产生蒸汽的热交换器包括：用于散热介质的具有入口喷嘴和出口喷嘴的外缸。热交换器进一步包括用于吸热介质(优选水)的入口集管和出口集管，入口集管和出口集管基本上设置在外缸内。此外，在外缸内进一步设置有管束，管束包括多个具有连续管的管层，连续管以使得散热介质能够完全围绕管道流动的方式设置，并设计成供吸热介质从入口集管流至出口集管的流动路径。管束以迂回的方式设置。根据本发明产生蒸汽的热交换器是根据强制流动原理进行设计的，使供应给入口集管的吸热介质在流动路径中先后进行预热、蒸发以及过度加热，使过热蒸汽从出口集管排出。预热、蒸发以及过度加热所需能量基本上全都取自外缸内从散热介质到吸热介质的热传递。

[0008] 因此，热交换器组合至少含有三种不同的装置，这三种装置为预热器、蒸发器、过热器。由于管道的迂回设置，根据逆流或错流原理发生热交换。吸热介质，优选水，流过迂回管道。由于管束的迂回设置，整体减小了热交换器的总体规模，提高了从散热介质至吸热介质的热传输，进而提高了配置的热弹性。

[0009] 由于用于太阳能发电厂的产生蒸汽的热交换器根据强制流动原理进行配置，即，供应的吸热介质，优选水，在入口集管至出口集管的“一条通道”中进行预热，随后进行蒸发，最后进行过度加热，实现了非常紧凑且有效的蒸汽发生器。不使用昂贵且复杂的互连的几个独立热交换模块，水在流体状态下经由入口集管进入热交换器，在热交换管内流动时沿朝向出口集管的方向进行预热、蒸发并过度加热，使过热蒸汽通过出口集管排出热交换器，该过热蒸汽可提供给发电的汽轮机。

[0010] 通过节省增设的汽包，独立模块之间的流向线和连接，可省去大部分费力的焊接工作以及随后的检查工作，这不但在很大程度上降低了材料成本，还减少了生成和经营成本。由于避免了设置在外缸外部的组件(比如汽包和各种管线)，根据本发明允许进行紧凑配置，同时，因为蒸汽产生的热传递基本上只发生在热交换器的外缸内，因此不会由于设置在热交换器外缸外部的组件而发生额外的热损失，实现了交换器的更高效率。

[0011] “连续管道”是指在该连接中分别限定吸热介质的流动路径的每个管道，在入口集管和出口集管之间不具有任何分支或混合点。管道进一步在整个“外缸内”延伸，是指管束的任何部分都不设置在外缸外部，且散热介质完全围绕管道流动。因此不需要外部能量来促进预热、蒸发或过度加热。因此连续管道先后沿预热区、蒸发区和过热区的方向形成受热区域。因为仅有一个管束设置在入口集管和出口集管之间，且该管束随重复迂回的模式不断前进，所以从外部不能识别这些独立“区域”。

[0012] 根据本发明的优选实施例，热交换器可水平或垂直安装。优选进行垂直安装，因为其允许更好地利用表面积。根据本发明的几个热交换器可以在相对较小的表面积上彼此平行地运行。因为抛物面槽式聚热器需要大量空间，所以在太阳热发电厂内的可用空间非常有限。根据本发明的热交换器节省空间的配置允许几近远程安装，以便适当缩短加热介质至热交换器的流动路径。散热介质的温度在进入热交换器时较高，这样将提高产热量。

[0013] 本发明的另一个优选实施例提出，在垂直安装的情况下，管束包括多个垂直管层，每个管层由同等数量的管道构成，管层以各管层的管道在水平方向恰恰彼此对齐的方式进行设置，水平邻接管段垂直设置在外缸的中心轴上，这样水平邻接管段中热介质流动的方向与水平轴方向相反。各管层中管束允许进行极其紧凑的配置。由于管道可精确地彼此水平设置，因此管道间可使用传统的垫片。横向设置在外缸中心轴的水平邻接管段中的对流促使热交换器相对于中心轴的温度对称分布。同样还应用于热交换器的水平安装。在这种情况下，管层水平设置在彼此上方，与垂直安装相比扭曲90°。

[0014] 优选地，入口集管和出口集管具有圆形截面。入口集管和出口集管的圆周管线上的一个管层的管道与入口集管和出口集管连接，并与另一个管道偏离相同角度。这种方式有助于进行生产过程，因为为焊接工作，金属切割生产或集管上的其他工作提供了足够空间。

[0015] 优选地，相邻管层的管道进一步与入口集管和出口集管以这种方式连接，使得一个管层的管道相对于相邻管层的管道设置，在入口集管和出口集管的圆周管线上偏离一个角度。因此，可以优化地利用入口和出口集管的圆周面积，使管层的设置具有紧凑配置。这就仍然具有足够空间用于焊接工作，金属切割生产或集管上的其他工作。

[0016] 根据本发明的另一个实施例，管束包括对吸热介质进行主要预热的独立段。独立预热段可通过例如在外缸内局部分离实现。还可通过控制散热介质的流动，并因此控制热交换器中的温度分布的方式，使得对吸热介质的预热主要发生在预热段。或者，预热还可完全发生在外缸外部，即一个独立预热器中。在这种情况下，根据本发明的热交换器主要设置用于吸热介质的蒸发和过度加热。

[0017] 根据本发明的另一个实施例，管束包括对吸热介质进行主要蒸发的独立段。独立蒸发段可通过例如在外部护套内部局部分离实现。还可通过控制散热介质的流动，并因此控制热交换器中的温度分布的方式，使得吸热介质的蒸发主要发生在蒸发段。或者，蒸发还可完全发生在外缸外部，即一个独立蒸发器中。在这种情况下，根据本发明的热交换器主要设置用于对吸热介质的预热和过度加热。

[0018] 根据本发明的另一实施例，管束包括对吸热介质进行主要过度加热的独立段。独立过热段可通过例如在外部护套内部局部分离实现。还可通过控制散热介质的流动，因此控制热交换器中的温度分布的方式，使得吸热介质的过度加热主要发生在过热段。或者，过度加热还可完全发生在外缸外部，即一个独立的过热器中。在这种情况下，根据本发明的热交换器主要设置用于对吸热介质的预热和蒸发。

[0019] 优选地，管道通过接头与入口集管和出口集管连接。这就简化了管束在入口集管和出口集管处的紧凑连接。接头和独立管道之间的连接优选通过材料连接，例如焊接。焊接过程还可以自动方式发生。随后例如利用X射线分别检查焊缝。

[0020] 在本发明的一个优选实施例中，管道不用接头直接与入口和出口集管连接。同样在这种情况下，集管和独立管道之间的连接优选通过材料连接，例如焊接。焊接过程还可以自动方式发生。随后例如利用X射线分别检查焊缝。

[0021] 优选地，接头实质上通过例如焊接的方式与入口集管和出口集管连接。在这种情况下，焊接过程也可自动进行。

[0022] 根据本发明的另一实施例，接头直接由从入口集管和出口集管的材料金属切割而成。例如，接头可以由入口和出口集管的初始管材碾压而成。由此减少焊接工作造成的潜在损坏。此外，可避免检查接头和各个集管之间的独立焊缝。

[0023] 根据本发明的优选的进一步发展，管束的管道设置在内壳体中，内壳体同心设置在外缸内，包括用于散热介质的入口和出口。内壳体的横截面形状优选为矩形，以便通过所述内壳体尽可能紧地封闭该管束。由于热交换组件附加的外缸，热交换模块和周围环境之间实现了进一步的绝热。内壳体的入口和出口可与相对应的入口和出口喷嘴连接，在这种方式下，使得在外缸和内壳体之间构成独立空间。或者，可允许散热介质沿外缸的内壁流动。

[0024] 在本发明的一个有利实施例中，在垂直安装热交换器的情况下，用于散热介质的入口喷嘴和出口喷嘴设置在外缸的底部。从而进一步提高了热交换器的紧凑性。此外，因为壳体侧的连接件紧靠底部设置，所以便于进行维护工作。外缸和内壳体之间的空间用作散热介质的一个流道。热的散热介质通过外缸的入口喷嘴和内壳体的入口进入内壳体内部并向上流动。随后，散热介质流过外缸和内壳体同心设置所构成的环形流道，然后经由出口喷嘴从外缸排出时向下回流。从而增加了散热介质在热交换器中的停留时间，使得向吸热介质的热传递普遍提高。

附图说明

[0025] 下面参照附图对本发明进行更详细的阐述，其示意性地显示了：

[0026] 图1示出了根据本发明的热交换器的实施例的侧视图；

[0027] 图2示出了沿图1的线A-A的剖视图；

[0028] 图3示出了图2中“X”的详细视图；

[0029] 图4示出了沿图3的线B-B的剖视图；

[0030] 图5示出了图1和图2的入口集管的详细视图；

[0031] 图6示出了图5的入口集管的俯视图。

具体实施方式

[0032] 图1和图2示出了根据本发明的热交换器1的实施例。热交换器1以节省空间的方式垂直安装。内壳体3设置在外缸2内，该内壳体具有矩形的横截面形状。管束11的迂回管道设置在内壳体3中。吸热介质比如水通过入口集管6进入热交换器1。在流过管束11的管道后，水通过出口集管7从热交换器1中排出。水在从入口集管6至出口集管7的路径上进行预热，随后蒸发，最后过度加热。发电过程中将从热交换器1排出的过热蒸汽引向下游汽轮机(未示出)。独立“区域”，即预热器、蒸发器和过热器，从外面是不可见的。用于产生蒸汽的热交换器1是根据强制流动原理比如Benson原理工作的，在热交换器1内部流动的过程中利用以液体形式进入入口集管的供给水产生过热蒸汽，过热蒸汽可从出口集管7取得。因此，可省去通常使用的汽包、循环管、入口集管和出口集管以及大量焊缝，以便提高紧凑性，节约生产成本。卡爪8用于安装热交换器1。可通过包括透明玻璃窗和/或锁紧装置的检修孔9简单进行维护工作。

[0033] 散热介质优选涉及在抛物面槽式反射器的吸收管中加热至大约400℃的导热油。可使用流体盐或其他合适的热载体介质替代。导热油通过外缸2的入口喷嘴4进入热交换器1。导热油沿出口喷嘴5的方向流出并围绕迂回形状的管束11流动。一旦导热油将其热量的一部分传递给水，就通过出口喷嘴5从热交换器1排出。

[0034] 根据实施例(未示出)，导热油在壳体侧以可引导的方式流动，使导热油进入热交换器1的底部并从底部排出。内壳体3和外缸2之间的空间用作使导热油向下流动的流动路径。在这种情况下，入口喷嘴和出口喷嘴都设置在垂直安装的热交换器1的底部区域。

[0035] 图2中示出了管层的两个管道。根据不同条件调整管束11的管层和管道的数量。图3示出了具有四个管道21、22、23、24的管层20。清楚的示出了管束11的迂回结构。

[0036] 图4示出了彼此相对的独立管层20、30的布置。在垂直于外缸1的中心轴10设置的管段15(图3)中，每个管道的管流在垂直安装的情况下相对于其水平邻接管道的方向相反。意思是说例如，管道21中的流动与水平邻接管道34中的流动相反。另外，各自相邻的管层20、30中的对流确保了热交换器1内部恒定的温度分布。由于管道和管层相对彼此固定紧凑地布置，因此可使用简单的垫片12。

[0037] 图5示出了放大比例的根据本发明的集管。涉及入口集管6。入口集管6和出口集管7略有不同。可清楚识别用于将管道22、33紧固在入口集管6上的接头22a、33a。接头21a、22a、23a、24a以及第一管层20的管道21、22、23、24设置在第一圆周管线13上，并分别通向集管6，偏离相同角度α。同样地，具有相同接头31a、32a、33a、34a的管道31、32、33、34进入相邻圆周管线14上的集管6，偏离相同角度α。

[0038] 图6示出了集管6的俯视图。在这种情况下，一层管道偏离下层管道的角度α为45°。第二层30与第一层20相邻设置成相对第一层20精确至角β＝22.5°的偏离，使图6中第二层30的管道31、32、33、34分别在第一层20的管道21、22、23、24之间的中部可见。由于集管6上的水平和垂直偏离布置的这种接头规则，尽管紧凑程度较高，仍然具有足够距离用于进行焊接工作或其他生产步骤。

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