專利名稱：可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及發(fā)電和工業(yè)鍋爐設(shè)計領(lǐng)域，包括用于生產(chǎn)蒸汽諸如用于發(fā)電的蒸 汽或用于工業(yè)用途的蒸汽的各種鍋爐、蒸汽發(fā)生器和熱交換器，更具體地說，本發(fā)明涉及一 種具有構(gòu)成一體的支承結(jié)構(gòu)的、可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器。
背景技術(shù)：
太陽能吸收器是用太陽光作為熱源來生產(chǎn)用于驅(qū)動汽輪發(fā)電機并最終發(fā)出電的 高質(zhì)量蒸汽的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的首要設(shè)備。這種吸收器永久性地安裝在架高的支承塔的頂 上，而支承塔恰當(dāng)?shù)匕惭b在能夠收集太陽光射線并能把那些射線反射到吸收器上的目標(biāo)壁 面的日光反射裝置或鏡子場內(nèi)?？捎糜谶@種系統(tǒng)的一種設(shè)計簡單、結(jié)構(gòu)結(jié)實耐用、造價便 宜、有效而緊湊的太陽能吸收器將會受到這一行業(yè)的歡迎。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面是提供一種用于把太陽光的熱能傳遞給諸如水的工作流體的 可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器。這種熱交換器用于把至少一部分水從液相轉(zhuǎn)變 成飽和蒸汽或過熱蒸汽。具體地說，本發(fā)明的一個方面提供一種可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換 器，其包括傳熱表面裝置、在結(jié)構(gòu)上且流體地連接于傳熱表面裝置的立式蒸汽/水分離 器、以及支承著立式蒸汽/水分離器和傳熱表面的頂端的垂向支承結(jié)構(gòu)。這種可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器可安放在塔形建筑物的頂上，利用 太陽能來加熱工作流體。安裝在地面上的日光反射鏡裝置可自動地跟蹤太陽并把太陽光的 能量集中地反射給這種可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器。太陽投射的暴曬可加熱 工作流體，典型的是水，而產(chǎn)生飽和蒸汽或過熱蒸汽，這些蒸汽可用于驅(qū)動汽輪發(fā)電機來發(fā) H1^ οWiener等人的美國專利號6，336，429中公開的立式蒸汽/水分離裝置可用于從蒸 汽_水混合物分離出蒸汽。那種立式蒸汽/水分離器可在結(jié)構(gòu)上且流體地連接于這種可由 銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器的加熱表面而作為本文所述的可由銷售店組裝的設(shè) 計結(jié)構(gòu)的一部分。垂向支承結(jié)構(gòu)的底端支承在固定在塔形建筑物上的底座上。垂向支承結(jié)構(gòu)上設(shè)有 橫向撐柱，用以給傳熱表面裝置提供橫向支撐，有利的是，傳熱表面裝置包括互相不固定的 相切管子構(gòu)成的管板，同時允許管板在水平方向和垂向的不受約束的熱膨脹，從而消除管 子的附加應(yīng)力。
垂向支承結(jié)構(gòu)以及底座、橫向撐柱和其它結(jié)構(gòu)件不僅為這種可由銷售店組裝的太 陽能吸收器熱交換器提供結(jié)構(gòu)支承和剛度，而且還提供一種結(jié)構(gòu)措施，利用這種結(jié)構(gòu)措施 可將這種熱交換器豎立起來并吊起而便于安放到所選定的地方。這種結(jié)構(gòu)允許熱交換器的 整個組件、立式蒸汽/水分離器和加熱表面的相切管子管板可由銷售店組裝、運輸、并隨后 在安裝過程中作為一個單元吊起而安放在塔形建筑物上。垂向支承結(jié)構(gòu)仍保持與太陽能吸 收器熱交換器在一起，這便于在有必要時從塔形建筑物上拆下太陽能吸收器熱交換器。本發(fā)明的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器有利地包括傳熱表面裝置和 以特定方式布置的流體輸送管道而能夠把所期望的熱能傳遞給水。有利的是，傳熱表面是 由許多排列成相切管子管板的管子構(gòu)成，并可根據(jù)需要設(shè)置進口聯(lián)管箱和出口聯(lián)管箱。熟 悉本技術(shù)領(lǐng)域的人都知道，輸送蒸汽-水混合物的傳熱表面通常被稱為蒸發(fā)表面或鍋爐表 面；內(nèi)部輸送蒸汽的傳熱表面通常被稱為過熱表面(或再加熱表面，這取決于相關(guān)的蒸汽 輪機的構(gòu)造)。按照有關(guān)的鍋爐設(shè)計規(guī)范，諸如美國機械工程師協(xié)會(ASME)的鍋爐和壓力 容器規(guī)范的第一章，或法規(guī)所要求的其它同等規(guī)范，不管加熱表面是那一種，管子的尺寸、 材料、直徑、壁厚、數(shù)目和排列都應(yīng)基于使用溫度和壓力來選擇。所要求的傳熱特性、壓力 降、循環(huán)比、現(xiàn)場吸收率、管子內(nèi)工作流體的質(zhì)量流量等等也都是必須考慮的重要參數(shù)。根 據(jù)要安裝這種熱交換器的地點的地理位置，還應(yīng)考慮有關(guān)的地震載荷和當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計規(guī)范。
本發(fā)明的另一方面，提供一種便于銷售店進行組裝、運輸和現(xiàn)場豎立安裝的裝配/ 運輸/吊裝夾具，這種夾具便于這種熱交換器從銷售店到安裝現(xiàn)場的裝配、組裝、運輸和豎 立安裝。這種夾具可支承固定在這種太陽能吸收器的垂向支承結(jié)構(gòu)上的兩個耳軸。支承結(jié) 構(gòu)的頂端設(shè)有吊耳。在這種太陽能吸收器運到安裝現(xiàn)場的安裝場地之后，用吊車吊著它把 它在耳軸上樞轉(zhuǎn)到豎直位置，然后把它吊起隨后安放在選定的地方。更具體地說，本發(fā)明的另一方面提供一種用來便于進行一種可由銷售店組裝的太 陽能吸收器熱交換器的裝配、組裝、運輸和豎立安裝的夾具，其包括底座和支柱，支柱設(shè)置 在底座的每一端用于配合這種可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器上的耳軸，支柱允 許在這種可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器的現(xiàn)場豎立安裝過程的一部分中把支 承在支柱上的這種可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器繞耳軸從運輸位置樞轉(zhuǎn)到大 致豎直的位置。表明本發(fā)明的特征的各個新穎的特色結(jié)構(gòu)詳細(xì)指出于權(quán)利要求書中并構(gòu)成本發(fā) 明的一部分。從以下的說明，特別是參照附圖來閱讀說明，將能更好地理解本發(fā)明的這些和 其它特色結(jié)構(gòu)，并且更容易地鑒賞它們的優(yōu)點。因此，為了更好地理解本發(fā)明以及應(yīng)用本發(fā) 明能夠得到的好處，請參閱構(gòu)成本發(fā)明的一部分并圖示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的各附圖和 文字描述。


圖1是本發(fā)明的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器的等角投影分解立體 圖，示出傳熱表面、在結(jié)構(gòu)上且流體地連接于傳熱表面的立式蒸汽/水分離器、以及設(shè)置成 支承著立式分離器和傳熱表面的垂向支承結(jié)構(gòu)的布置；圖2是圖1所示的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器的再一個立體圖，為 了清晰，省略了某些部件，示出本發(fā)明的熱交換器管板、垂向支承結(jié)構(gòu)、以及用于通過垂向支承結(jié)構(gòu)給那些管板提供支承的各橫向撐柱；圖2A是圖1和2所示的本發(fā)明的蒸發(fā)器管板之一的立體圖；圖2B是圖1和2所示的本發(fā)明的蒸汽多次通過式主過熱器管板之一的立體圖；圖3是圖1所示的本發(fā)明的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器的垂向內(nèi)部 支 承結(jié)構(gòu)的立體圖，為了清晰，其中立式分離器、蒸汽上升管和供水管、蒸汽管路、以及隔熱 屏都省略了；圖4是圖1所示的本發(fā)明的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器的立式蒸汽 /水分離器的立體圖；圖5是本發(fā)明的可將水_蒸汽混合物輸送到立式分離器的蒸汽上升管的立體圖；圖6是本發(fā)明的用于將蒸汽輸送到過熱器管板的飽和蒸汽連接管路、以及用于蒸 汽溫度控制的溫度調(diào)節(jié)器和相關(guān)管路的立體圖；圖7是本發(fā)明的用于把水輸送到蒸發(fā)器管板的供水管的立體圖；圖8和9是本發(fā)明的用于保護蒸發(fā)器的上和下聯(lián)管箱和管子以及過熱器管板的隔 熱屏的立體圖；圖10是一種典型的帶有光線遮擋層和隔熱層的蒸發(fā)表面管板或過熱表面管板的 一個視圖；圖11是本發(fā)明的立式蒸汽/水分離器的另一視圖，圖示出至它的各種連接以及這 種立式蒸汽/水分離器的低、正常和高水位；圖12是本發(fā)明的用于通過垂向的支承結(jié)構(gòu)給蒸發(fā)器管板和過熱器管板提供支承 的撐柱布置的一個實施例的立體圖；圖13和圖14是本發(fā)明的裝配/運輸/吊裝夾具的兩個立體圖，這種夾具便于這 種可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器從銷售店到安裝現(xiàn)場的裝配、組裝、運輸和豎 立安裝，圖13圖示出這種可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器處于組裝起來而便于 運輸?shù)臓顟B(tài)，圖14圖示出這種可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器處于豎立過程中 的部分豎直狀態(tài)；圖15、16和17分別是本發(fā)明的一種拼合式隔膜板的頂視圖、端視圖和切開視圖， 這種隔膜板用在過熱器進口聯(lián)管箱和出口聯(lián)管箱里，用于在采用相切管子時建立過熱器管 板內(nèi)的多個蒸汽路徑；圖18是本發(fā)明的相切管子支承系統(tǒng)的撐柱布置的一個替換實施例的立體圖；圖19和20是圖18的兩個部分的放大視圖，為了清晰，在圖20中，圖18的相切管 子支承系統(tǒng)的某些部分被省略了；圖21是沿著熱交換器壁面的一個平面觀看的圖19的相切管子支承系統(tǒng)的側(cè)視 圖；以及圖22是圖21的俯視圖。
具體實施例方式下面參照各附圖，在各附圖中，類似的附圖標(biāo)記標(biāo)示相同的或在功能上類似的零 件。本發(fā)明采用Wiener等人的美國專利號6，336，429所述的立式蒸汽/水分離裝置而從由本發(fā)明的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器產(chǎn)生的蒸汽-水混合物分離出蒸汽。上述Wiener等人的美國專利號6，336，429的文本以完全闡述于本文中的方式包含 于此。那種立式蒸汽/水分離器在結(jié)構(gòu)上且流體地連接于這種可由銷售店組裝的太陽能吸 收器熱交換器的加熱表面，作為本文所述的可由銷售店組裝的設(shè)計的一部分。為了理解本發(fā)明，可能需要對熱交換器、鍋爐和/或蒸汽發(fā)生器技術(shù)的某些術(shù)語 和原理有一定程度的了解，為此，讀者可參閱Steam/its generation anduse，第40編， Stultz 和 Kitto 編著，版權(quán) 1992，The Babcock & Wilcox Company (巴布科克和威爾科 克其j 公司)，以及參閱 Steam/its generation and use,第 41 編，Kitto 禾口 Stultz 編著，版 權(quán) 2005，The Babcock & Wilcox Company (巴布科克和威爾科克斯公司)，它們的文本以 充分闡述于本文中的形式包含于此。參照圖1到11，其表示出本發(fā)明的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器10， 這種熱交換器由下列主要部件構(gòu)成蒸發(fā)器管板或稱鍋爐管板12 ；主過熱器(PSH)管板和次過熱器(SSH)管板14 ；立式蒸汽/水分離器16 ；垂向的內(nèi)部支承結(jié)構(gòu)18、橫向撐柱20和對塔形建筑物的連接結(jié)構(gòu)22 ；供水管24、上升管26和飽和蒸汽連接管路28 ；噴水溫度調(diào)節(jié)器30和管路32 ；聯(lián)管箱隔熱屏34 ；光線遮擋層36和隔熱層38 ；指示儀表40 ；以及平臺42和便于上下的梯子。更具體地說，并總地依序參照圖1至11，可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換 器10具有包括蒸發(fā)器傳熱表面12和過熱器傳熱表面14以及在結(jié)構(gòu)上且流體地連接于它 們的立式蒸汽/水分離器的結(jié)構(gòu)布置；還具有設(shè)置成支承立式蒸汽/水分離器16和傳熱表 面12和14的頂端的垂向內(nèi)部支承結(jié)構(gòu)18。垂向支承結(jié)構(gòu)18是設(shè)置在立式蒸汽/水分離 器16和傳熱表面裝置12和14之間?？捎射N售店組裝的太陽能吸收器熱交換器10是可由 銷售店進行充分地組裝的，只是聯(lián)管箱隔熱屏34、安全閥、通氣管、消音器和其它專用儀表 (未示)除外?？捎射N售店組裝的太陽能吸收器熱交換器10是可充分泄放的?？捎射N售店組裝的太陽能吸收器熱交換器10的每一側(cè)包括蒸發(fā)器管板12和過熱 器管板14。兩個主過熱器(PSH)管板14構(gòu)成太陽能吸收器10的角部，以及兩個次過熱器 (SSH)管板14構(gòu)成吸收器10的相反的角部(未示)。蒸發(fā)器管板12和過熱器管板14是 由許多間距緊密而相切但互相之間不固定(不形成膜壁)的管子構(gòu)成的，為使管子有附加 的柔性，在靠近聯(lián)管箱處管子做成彎的。這些管子是小直徑的薄壁管子，以使管子的熱表面 到冷表面的溫度差為最小。管子的這種固定方式允許管板在水平方向和垂向產(chǎn)生不受約束 的熱膨脹，借以消除管子的附加應(yīng)力。這些設(shè)計特點可使管子的柔性為最大而使其熱應(yīng)力 為最小，并使管子有弓彎的可能性。盡管蒸發(fā)器管板12和過熱器管板14的上述布置是一 種優(yōu)選的實施例，但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可以有其它的布置。例如，可以不是在每一側(cè)設(shè) 置蒸發(fā)器管板12和過熱器管板14，或者可讓兩個過熱器管板14不是在角部互相接觸，甚或可以將多個不同構(gòu)形的蒸發(fā)器管板12和過熱器管板14設(shè)置在規(guī)定的一側(cè)。這種太陽能吸收器熱交換器10是由內(nèi)部的垂向支承結(jié)構(gòu)18在頂端支承的。垂向 支承結(jié)構(gòu)18通過與太陽能吸收器10的底部結(jié)構(gòu)為一體的過渡段22用螺栓連接于塔形建 筑物的突緣(未示)。在不同高度上的三個橫向撐柱20可將風(fēng)力和地震載荷從管板12和 14傳遞到支承結(jié)構(gòu)18。各撐柱20的梁固定于垂向內(nèi)部支承結(jié)構(gòu)18的立柱。吸收器10設(shè)計成能夠進行自然循環(huán)而不需要循環(huán)泵。給水在吸收器10的高度中 點附近進入立式蒸汽/水分離器16。過冷的水向下流過在立式蒸汽/水分離器16的底部 的下降管17。供水管24把水輸送到蒸發(fā)器管板12的下聯(lián)管箱。來自反射鏡場的熱量被向 上流過蒸發(fā)器管板12里的管子的水吸收，這些水的密度低于流出立式蒸汽/水分離器16 的水的密度，以致可產(chǎn)生自然的泵打作用。水-蒸汽混合物在立 式分離器16的頂部退出聯(lián) 管箱。上升管26將水-蒸汽混合物輸送到立式蒸汽/水分離器16。上升管接頭27在立式 蒸汽/水分離器16上的進口噴嘴是布置成切向的并向下傾斜而能產(chǎn)生向下的旋流進而能 促使水份去除。濕蒸汽向上流過多孔板、滌氣器和干燥盤，而除去最后的水份。被這樣地除 去的水向下流并與存在于立式蒸汽/水分離器16里的水混合而進行再循環(huán)。盡管各供水 管24和上升管26在各附圖中表示為相當(dāng)直的流體路徑，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人能夠理 解，它們在布置和長度方面的實際設(shè)計將取決于為適應(yīng)由這種太陽能吸收器熱交換器在工 作中的熱脹冷縮引起的預(yù)期運動而要求它們具有的柔性大小。因而，為使它們具有所要求 的柔性，可能需要它們具有附加的彎曲處或長度。干飽和蒸汽從立式蒸汽/水分離器16的頂部流出并流過飽和蒸汽連接管路28而 流向位于過熱器管板14的頂部的主過熱器(PSH)管板14的進口聯(lián)管箱。由于管板是由許 多間距緊密而相切的管子構(gòu)成的(見圖15-17)，以及采用特殊設(shè)計的隔膜聯(lián)管箱58，兩個 主過熱器管板14具有一個或多個(在一個實施例中，是5個)蒸汽流過次數(shù)，蒸汽每流過 一次流經(jīng)多個管子(在一個實施例中，是9個)。蒸汽并行地流過兩個主過熱器管板14，從 鄰接于蒸發(fā)器管板12的端頭開始流向中央。這種布置可使最冷的蒸汽緊鄰蒸發(fā)器管板12， 因而可在起動過程中保護主過熱器管板14免于發(fā)生能量散失。隨后蒸汽從底部的主過熱 器聯(lián)管箱流出，向上流過溫度調(diào)節(jié)器30和相關(guān)的管路32并混合于用于調(diào)節(jié)溫度的給水，然 后分開并進入頂部的兩個次過熱器管板14的聯(lián)管箱。兩個次過熱器管板14的布置與兩個 主過熱器管板14的布置相同，但它們是位于太陽能吸收器10的相反的角部。蒸汽經(jīng)設(shè)在 吸收器10的底部的主蒸汽管道(未示)流出吸收器10。上和下聯(lián)管箱以及蒸發(fā)器管板12和主過熱器、次過熱器管板14上的管子彎曲處 都可由如圖所示的延伸于吸收器10的外周的隔熱屏34提供保護而免于發(fā)生能量散失并免 受雜散光能的影響。有利的是，隔熱屏34包括由吸收器支承結(jié)構(gòu)18支承著的有加強肋的 鋼板。曝露的那一側(cè)涂成白色以降低工作溫度。背側(cè)不加隔熱層以降低工作溫度。在隔熱 屏34和構(gòu)成管板12和14的那些管子之間還留有空隙，以允許空氣自然流動而進行附加的 冷卻。管板12和14的背面需要有光線遮擋層36，以保護隔熱層38和內(nèi)部結(jié)構(gòu)免于曝露 于可能通過各相切管子之間的縫隙進來的雨水和光熱。有利的是，遮擋層36可包括由管子 固定結(jié)構(gòu)支承的金屬薄板陣列。遮擋層36的面朝管子那一側(cè)可涂成白色的，以使反射性為 最大并降低工作溫度。遮擋層36也將支承管板的隔熱層38和相關(guān)的外層包覆。
太陽能熱交換器10應(yīng)包括按照需要配備的儀表40，用于測量管子熱表面和流體 的溫度、管板的熱通量和太陽能吸收器的各個部件可能發(fā)生的應(yīng)變、變形和熱膨脹。在所有 各附圖中，那些儀表40的位置都是示意地表示的，而不是特別要求的。設(shè)置有兩個平臺42，以便于進出上和下人孔或進出設(shè)在立式蒸汽/水分離器16上 的門，可借助梯子登上這兩個平臺。雖然太陽能吸收器熱交換器10是可充分泄放的，但是每天進行泄放可能是不經(jīng) 濟的，也是不希望的，因此可能需要用熱跟蹤、保溫罩蓋或某些其它措施進行防凍保護，特 別是對于曝露的管板12。立式蒸汽/水分離器16是Wiener等人的美國專利號6，336，429所揭示的那種型 式的，它以已知的方式工作而從蒸汽-水混合物分離出蒸汽。這種型式的立式蒸汽/水分 離器16特別適用于應(yīng)對熱交換器10的熱量輸入的瞬間劇變，這種瞬間劇變可能引起立式 蒸汽/水分離器16內(nèi)水位的劇烈變化。從蒸汽-水混合物分離出來的水被輸送到分離器 16的下部并與補充的給水相混合，隨后被輸送到蒸發(fā)表面12而再一次開始蒸發(fā)過程。之所以選用立式蒸汽/水分離器16而不選用傳 統(tǒng)的臥式汽鼓，有下列原因1)它 非常適合于裝進這種太陽能吸收器內(nèi)；2)它可消除汽鼓那種發(fā)生隆起變形的可能性；3)可 以用這種立式分離器達到需要的蒸汽分離表面面積；以及4)如果愿意，這種立式分離器可 用于支承這種熱交換器的加熱表面管板并且這種分離器還可在底部被支承。按照本發(fā)明，在太陽能吸收器熱交換器10里采用立式蒸汽/水分離器16，而不采 用傳統(tǒng)的臥式汽鼓，還有其它優(yōu)點，特別是在關(guān)停的狀態(tài)。這些優(yōu)點來自于分離器16的結(jié) 構(gòu)和連接于它的各個連接的組合、以及這些連接的位置和蒸發(fā)器管板12的上聯(lián)管箱的高 度之間的物理關(guān)系。參照圖11，蒸發(fā)器管板12的上聯(lián)管箱的高度相對于立式分離器里的 正常水位(NWL)、高水位(HWL)和上升管接頭或穿透處27的高度是特別設(shè)定為能夠保持立 式分離器16的溫度和壓力，這一特點對于過夜關(guān)停特別有好處。正常工作的HWL是設(shè)定在 與蒸發(fā)器管板12的上聯(lián)管箱的高度相匹配的高度，而正常工作的NWL是在HWL以下的某個 位置(見圖11)。立式分離器16上的上升管穿透處27是在正常工作的HWL和蒸發(fā)器管板 12的上聯(lián)管箱以上。在(這種太陽能吸收器)被關(guān)停之后，蒸發(fā)器管板12里的水將逐漸 變冷，其比重將大于立式分離器16里的仍是溫?zé)岬乃谋戎?。由于這一比重之差，蒸發(fā)器 管板12里的水傾向于回流沿著蒸發(fā)器管板12流過供水管24和給水接頭25并向上流過 下降管17而進入立式分離器16 ；如果出現(xiàn)這樣的情況，來自蒸發(fā)器管板12的較冷的水就 將很快使立式分離器16變冷。但是，由于立式分離器16上的上升管穿透處27是在正常工 作的HWL以上，已在立式分離器16里的較溫?zé)岬乃贿B通于上升管26，因而不能流進上升 管26和蒸發(fā)器管板12的上聯(lián)管箱，所以回流不可能發(fā)生。這迫使蒸發(fā)器管板12里的較冷 的水留在蒸發(fā)器管板12內(nèi)，而允許溫?zé)岬乃粼诹⑹椒蛛x器16內(nèi)，這有助于整夜地保持立 式分離器16的溫度和壓力。因此，在隨后的早晨，立式分離器16是處于溫度和壓力都較高 的狀態(tài)，這允許太陽能吸收器熱交換器10較快地起動，若是立式分離器16被完全冷卻到環(huán) 境溫度，其起動就要慢得多。重要的是應(yīng)注意到，這種特定的布置或立式分離器16的HWL、 NWL和LWL的這種設(shè)定將允許這種循環(huán)系統(tǒng)在蒸發(fā)器管板12吸收熱量時以一種令人滿意的 方式進行工作；可使這種循環(huán)系統(tǒng)最佳化而正常地工作于有規(guī)律的蒸汽發(fā)生狀態(tài)，并且還 具有上述特點而能使循環(huán)系統(tǒng)在太陽能吸收器熱交換器10處于不工作狀態(tài)時的溫度下降為最小。與采用傳統(tǒng)的臥式汽鼓的鍋爐相比，用本發(fā)明的立式分離器16實現(xiàn)這一概念容易得多。
太陽能吸收器熱交換器10必須能夠在天空中有云層飄過之后快速起動并快速升 高負(fù)荷，以使可用的熱利用率為最大并能以全負(fù)荷工作，以及使反射鏡指向偏離為最小。如 果負(fù)荷增大或減小得太快，傳統(tǒng)的汽鼓容易出現(xiàn)汽鼓隆起現(xiàn)象(見下述)。在汽輪機的節(jié)汽 閥開得很大時，如果有一大片云飄過來而降低了太陽能吸收器可吸收的熱量，汽鼓壓力將 由于蒸汽產(chǎn)量的降低而降低。這將使汽鼓內(nèi)的蒸汽過熱而使汽鼓的上半部金屬的溫度高于 其下半部金屬的溫度，這進而將引起汽鼓變形或向上隆起。當(dāng)負(fù)荷迅速增大時，由于蒸汽冷 凝而冷卻汽鼓的上半部，將發(fā)生相反的情況。久而久之，這可能導(dǎo)致汽鼓的疲勞損壞。立式蒸汽/水分離器16的內(nèi)徑選擇為能夠給蒸汽分離設(shè)備提供足夠的表面面積 以及提供足夠的存水量，以允許這種鍋爐在萬一斷了給水時能夠以峰值蒸汽流量工作一小 段時間(約1. 5分鐘)，即使在發(fā)生斷水時立式分離器16里是處于低水位(LWL)狀態(tài)，也能 如此。分離器16里的蒸汽分離設(shè)備包括多孔板、滌氣器和干燥盤，它們都安裝成靠近立 式分離器16的頂部，如圖所示。這些部件的用途是在蒸汽流出立式分離器16之前除去蒸 汽中的那些多余的水份。這還可降低把固體顆粒物帶入過熱器14的可能性，那些固體顆粒 物可能是從管子內(nèi)壁析出的并可能引起過熱點。到立式蒸汽/水分離器16的給水連接有隔熱套管。這種噴嘴以一個角度向下，以 致即使水位是在低水位以下，給水也不會對分離器16造成流體撞擊和熱沖擊。上和下人孔或稱進出門(見圖1、4和11)可分別提供維護蒸汽分離設(shè)備和渦流抑 制器的通路。分離器16的外表面有保溫包覆層以降低熱損失?？捎射N售店組裝的太陽能吸收器熱交換器10設(shè)計成具有自然循環(huán)特性因而其工 作不需要循環(huán)泵。這意味著，吸收較多熱輸入的那些回路有較大的蒸汽/水流量，而吸收較 少熱輸入的那些回路將有較小的流量。盡管不是優(yōu)選的，但是如果愿意，為了有利于水和 水-蒸汽混合物在整個熱交換器10內(nèi)的循環(huán)，可以在分離器16的下部在下降管17上有利 地設(shè)置一個或多個循環(huán)泵，用于把水打回到蒸發(fā)表面，以建立泵輔循環(huán)或泵打循環(huán)作用。太陽能吸收器熱交換器10的管板12和14都設(shè)計成具有高度的可靠性，可在高度 頻繁的循環(huán)工作狀態(tài)下達到很長的使用壽命，并能承受日復(fù)一日地起動、關(guān)停和云層造成 的瞬變，而不會發(fā)生低循環(huán)疲勞損壞。蒸發(fā)和過熱傳熱表面12和14是由互相之間不固定的 相切管子管板構(gòu)成，就是說，構(gòu)成管板的那些管子是互相緊密并排的但并不焊接在一起。在 工作過程中，由于各個管子之間有溫差，管板里的每個管子相對于其它管子有不同長度的 熱膨脹，但下聯(lián)管箱在各個管子的平均溫度基礎(chǔ)上還是要向下運動并保持水平，因為它比 管子剛硬得多而不會彎曲。這將使管子內(nèi)特別是過熱器的管子內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，因為蒸汽每一 次通過時各個管子都是工作在不同的平均溫度下。所以管子在進口聯(lián)管箱和出口聯(lián)管箱處 的彎曲可提供某種程度的彈性，就是說，可降低管子的靠近聯(lián)管箱接頭的應(yīng)力，因而可降低 管子弓彎的可能性。頂端支承的管板可產(chǎn)生自由向下的熱膨脹。管子是小直徑的薄壁管， 因而可使熱表面對冷表面的溫度差、熱應(yīng)力、以及管子的弓彎可能性皆為最小。在一個實施 例中，蒸發(fā)器管板12和過熱器管板14分別是用材料為SA210A1和SA213T22的31/32英寸 外徑X0. 095英寸壁厚的管子制造的。根據(jù)溫度、壓力和其它的考慮，可以采用其它的管子材料和厚度。蒸發(fā)器加熱表面12的管板設(shè)有下部進口聯(lián)管箱和上部出口聯(lián)管箱。這有利于太 陽能吸收器熱交換器10的自然循環(huán)設(shè)計。在構(gòu)成蒸發(fā)器加熱表面的管板12的管子里產(chǎn)生 的蒸汽_水混合物被收集在上部出口聯(lián)管箱里，而出口聯(lián)管箱也用作混合點，以校正可能 存在于蒸汽_水混合物里的溫度不平衡。出口聯(lián)管箱上的各短管是通過各上升管26連接 于立式蒸汽/水分離器16的上部的短管或稱上升管接頭27。立式蒸汽/水分離器16以已 知的方式工作(見Wiener等人的美國專利號6，336，429)，把蒸汽從蒸汽-水混合物分離出 來。如果把熱交換器 10簡單地設(shè)計成用于生產(chǎn)飽和蒸汽，而不生產(chǎn)過熱蒸汽，那么所 有的管板都將是蒸發(fā)表面12，并且在分離器16的頂部的飽和蒸汽出口連接處28將把蒸汽 輸送到分離器的下游應(yīng)用處。根據(jù)初始蒸汽溫度和壓力以及所希望的出口過熱蒸汽溫度，為了使過熱器表面的 管子內(nèi)有足夠大的質(zhì)量流量，構(gòu)成過熱器表面14的各管板可以是多次通過的過熱器，這樣 的概念屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這樣的蒸汽多次通過設(shè)計不僅要考慮過熱器14里的管子 的溫度，還應(yīng)考慮毗鄰的結(jié)構(gòu)或蒸發(fā)器管板12里的管子的溫度，以便關(guān)注熱膨脹的差值。 還有，在整個說明書中，根據(jù)上下文的關(guān)系，過熱器14可能指的是主過熱器(在用于控制 蒸汽溫度的噴水調(diào)溫階段的上游)和次過熱器(在用于控制蒸汽溫度的噴水調(diào)溫階段的下 游)兩者中的任一個或兩者。如圖所示，在三個高度上的各橫向撐柱20可把風(fēng)、地震、運輸和熱膨脹等引起的 來自管板12、14載荷傳遞到支承結(jié)構(gòu)18。各橫向撐柱20的梁固定于內(nèi)部支承結(jié)構(gòu)18的 立柱并且是在交錯的高度上，以允許各橫向撐柱20能夠延伸到拐角處。各橫向撐柱20還 是處于管板隔熱屏的外面，因而被稱為“冷的”撐柱設(shè)計。由邊緣為波浪狀的板條23和銷 子33保持連系條31頂在蒸發(fā)器管板12上，對于過熱器管板14，用圖12中所示的管子卡 板29，這將在下文說明。連系條31、橫向撐柱20、邊緣為波浪狀的板條23、銷子33和管子 卡板29這一系統(tǒng)內(nèi)的間隙，當(dāng)管板在垂向以及在連系條的軸向熱膨脹時，允許管板相對于 固定的連系條31滑動；這允許沿著連系條31的軸向膨脹但不允許沿著垂直于管板平面的 方向膨脹。連系條的各支承腳21被夾固于橫向撐柱20的突緣。這一系統(tǒng)允許管板在垂向 和在連系條31的軸向不受約束的熱膨脹，從而可消除管子的附加應(yīng)力。為了降低成本和增強管板在運輸過程中的剛性，如圖所示，在每個高度上的橫向 撐柱20處用邊緣為波浪狀的板條23、連系條31和銷子33把蒸發(fā)器管板12固定住。用三組 邊緣為波浪狀的板條23橫跨蒸發(fā)器管板12的寬度，而不是用一個連系條31把所有管子都 連系起來，這可降低管子固定焊縫處的應(yīng)力，特別是管子的在各高度上的橫向撐柱20之間 的應(yīng)力，因為在那些地方管子是直的(沒有能夠降低由熱膨脹差值引起的應(yīng)力的彎曲處)。給過熱器管板14提供了一種更加柔性的管子固定設(shè)計，就是為過熱器管板14提 供了獨立于蒸發(fā)器管板12的橫向撐柱系統(tǒng)。如圖所示，過熱器管子是用管子卡板29和連 系條35構(gòu)成的結(jié)構(gòu)固定的。這將允許過熱器管板14的每一根管子單獨地膨脹，因為與蒸 發(fā)器12相比，過熱器14的各個管子特別是蒸汽通過次序不同的各相鄰管子的潛在溫度差 較大。各管板還曾設(shè)計成使設(shè)計結(jié)構(gòu)數(shù)目為最少，以降低成本。關(guān)于管子的彎曲幾何形狀，僅有兩種設(shè)計結(jié)構(gòu)或稱形狀，一種用于蒸發(fā)器12，另一種用于過熱器14，它們的不同僅 在于對管子的哪一側(cè)加以固定。這表示于圖2，從該圖可看出，在太陽能吸收器熱交換器10 的一側(cè)的上和下聯(lián)管箱都是位于相切管壁管板的平面以外，而在太陽能吸收器熱交換器10 的毗鄰側(cè)的上和下聯(lián)管箱是位于相切管壁管板的平面以內(nèi)。如圖1、2和3所示，太陽能吸收器熱交換器10由內(nèi)部支承結(jié)構(gòu)18提供頂端支承。 垂向支承結(jié)構(gòu)18的頂端鋼構(gòu)件支承著管板12和14以及立式蒸汽/水分離器16。背靠背 的槽鋼框架構(gòu)成頂端鋼構(gòu)件的四周，管板12和14由固定于框架的垂向桿件支承著。這種 設(shè)計允許管板和立式分離器自由地向下熱膨脹。這種支承結(jié)構(gòu)可采用材料為典型的碳鋼諸 如A36和A992的標(biāo)準(zhǔn)的鋼結(jié)構(gòu)型材，并且其大部分構(gòu)件可用螺栓連接起來。根據(jù)溫度和其 它的考慮，也可以采用其它的材料。還可以采用管材，但其成本可能較高并且從訂貨到交貨 的時間可能較長，還會使端部連接設(shè)計復(fù)雜化。參照圖1到7，供水管24把水從立式蒸汽/水分離器16的下降管17輸送到蒸發(fā) 器管板12的進口聯(lián)管箱。上升管26把蒸汽-水混合物從蒸發(fā)器管板12的上聯(lián)管箱送回 到立式蒸汽/水分離器16。供水管24和上升管26的數(shù)量和尺寸設(shè)計成能滿足自然循環(huán)要 求。它們還設(shè)計成有一定的柔性，以適應(yīng)管板12的聯(lián)管箱和立式蒸汽/水分離器16的不 同熱膨脹，從而使各接頭處的應(yīng)力為最小。各飽和蒸汽接頭和飽和蒸汽連接管路28可把干飽和蒸汽從立式蒸汽/水分離器 16的 頂部輸送到安裝在管板14頂部的主過熱器(PSH)進口聯(lián)管箱。由于進口聯(lián)管箱窄小， 所以只需要兩個飽和蒸汽連接管，每個聯(lián)管箱一個，如圖所示。這種管路可用碳鋼制造并可 采用標(biāo)準(zhǔn)的管材規(guī)格和壁厚系列。所有管路都應(yīng)有保溫包覆，以降低熱損失?？捎射N售店組裝的太陽能吸收器熱交換器10具有一個用于蒸汽溫度控制的噴射 調(diào)溫階段和管路32，其安裝在主過熱器和次過熱器之間，如圖1和6所示。這樣一個單一的 調(diào)溫階段可降低成本并簡化管路。如圖所示，調(diào)溫器和管路32是安裝在吸收器外殼內(nèi)。調(diào) 溫器用給水進行調(diào)溫。調(diào)溫器和管路是由吸收器的支承結(jié)構(gòu)18和/或管板的聯(lián)管箱來支 承。這些部件也都應(yīng)有保溫包覆，以降低熱損失。對上和下聯(lián)管箱和各管板的管子彎曲處須加以保護，以免能量散失和受雜散光的 影響。這可用延伸于太陽能吸收器10的四周的隔熱屏34來達到，如圖1、8和9所示?？?將隔熱屏34的一端或稱邊緣用螺栓連接于或焊接于支承結(jié)構(gòu)18，而讓其另一端是自由的。 隔熱屏34用薄鋼板制成，其背側(cè)上以及沿著自由邊緣有加強肋，以便能承受風(fēng)力和地震載 荷。也可把隔熱屏34的角部結(jié)合起來，以增大剛性，這樣就不必固定于管子。需要有應(yīng)對 熱膨脹的措施，以降低或防止因膨脹不均而產(chǎn)生扭曲。隔熱屏34的曝露那一側(cè)應(yīng)涂成白色 的，其背側(cè)不要加隔熱屏，以降低工作溫度。應(yīng)在隔熱屏34與管板12和14之間留出空隙， 以允許空氣自然流動而加強冷卻。為了減小尺寸以便于運輸，隔熱屏34應(yīng)到現(xiàn)場再進行安 裝。管板12和14的背側(cè)需要有管板遮擋層36，以保護隔熱層和結(jié)構(gòu)免于曝露于可能 通過各互相不固定的相切管子之間的縫隙進來的雨水和熱量。請看圖10表示的管板遮擋 層系統(tǒng)。管板遮擋層36包括一排由管子固定結(jié)構(gòu)支承著的金屬片。其一端被固定，而另一 端可以有受引導(dǎo)的熱膨脹。對于蒸發(fā)器管板12，管板遮擋層被支承于邊緣為波浪狀的板條， 而對于過熱器管板14，管板遮擋層被支承于連系板。管板遮擋層36的面對管子的那一側(cè)應(yīng)涂成白色的，以使反射率為最大而降低工作溫度。管板遮擋層36還應(yīng)支承管板的保溫包覆層。還應(yīng)設(shè)置用于測量管子熱表面的溫度、流體溫度和管板的熱通量的儀表40。還可 設(shè)置另外一些儀表，諸如用于測量各個部件的變形和熱膨脹的應(yīng)變儀和傳感器。應(yīng)該用焊 接在靠近聯(lián)管箱的管子出口根部的冷(隔熱)側(cè)的墊塊焊接熱電偶測量過熱蒸汽的溫度。如圖13和14所示，本發(fā)明的另一方面是關(guān)于一種裝運夾具或稱裝配/運輸/吊 裝夾具50，其便于這種熱交換器從銷售店到安裝現(xiàn)場的裝配、組裝、運輸和豎立安裝。這種 夾具包括底座52和設(shè)在其一端的兩個支柱54。支柱54支承著固定在太陽能 吸收器10的 垂向支承結(jié)構(gòu)18上的兩個耳軸56。在可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器10的運輸 過程中，為了支承它，耳軸56配合夾具上的支柱54，并用于在可由銷售店組裝的太陽能吸 收器熱交換器10的現(xiàn)場豎立安裝的一部分進程中，允許把在支柱54上的太陽能吸收器熱 交換器10從運輸位置樞轉(zhuǎn)到大致豎直的位置。吊耳是位于支承結(jié)構(gòu)18的頂端。運輸?shù)桨?裝現(xiàn)場的工作場地之后，就用吊車吊著太陽能吸收器熱交換器10并把它在耳軸56上樞轉(zhuǎn) 到豎直狀態(tài)，然后把它吊起，安放到選定的地方，諸如吸收器安放塔(未示)的頂上。圖15到17分別是用在過熱器進口和出口聯(lián)管箱里的拼合式隔膜板58的頂視圖、 端視圖和切開視圖，其用于在采用相切管子時建立過熱器管板14里的多個蒸汽路徑。傳統(tǒng) 的圓形隔膜板是焊接于聯(lián)管箱的內(nèi)側(cè)，用于把聯(lián)管箱沿著其長度分隔成多個獨立的流體隔 室。只要各個管子根部接頭沿著聯(lián)管箱的長度間隔得足夠遠(yuǎn)，這種作法就是可行的。但是， 在本發(fā)明中，構(gòu)成過熱器管板14的那些相切管子是緊密間隔的，進口和出口聯(lián)管箱上的管 子根部接頭是交錯的且緊密于一起。傳統(tǒng)的圓形隔膜板將會與固定于聯(lián)管箱的某些管子根 部發(fā)生干涉。為了避免這一問題，把隔膜板做成為由兩個半圓形隔膜板A和B構(gòu)成的拼合 式隔膜板58，如圖所示，將它們插入聯(lián)管箱并沿著直徑互相焊接起來并在每個板A和B的圓 周處焊接于聯(lián)管箱的內(nèi)表面。參照圖18到22，它們圖示出本發(fā)明的相切管子支承系統(tǒng)的一個替換實施例。包括 撐柱、支承腳、連系條和管子卡板(在考慮用在本發(fā)明的可由銷售店組裝的太陽能吸收器 熱交換器10里的那種型式的過熱器管板14時)的典型的相切管子支承系統(tǒng)不能在聯(lián)管箱 的軸向提供足夠的支承或者說不能有力地加強一種“不透光的”構(gòu)造。由于吸收器10是可 由銷售店組裝的并將是被臥放著運輸?shù)浆F(xiàn)場然后豎起到豎立位置，所以重要的是要在運輸 和豎立過程中以及在這兩種狀態(tài)之間給相切管子管板12和14提供足夠的支承。更具體地 說，需要提供一種非同一般的支承程度，這種支承程度應(yīng)考慮到太陽能吸收器熱交換器10 在地震高發(fā)區(qū)域的運輸和安裝，應(yīng)能適應(yīng)所有預(yù)料的熱膨脹，應(yīng)能增強恰當(dāng)?shù)墓茏娱g距以 確保一種“不透光的”構(gòu)造，應(yīng)能支持可制造性，以及應(yīng)能支持必要時進行現(xiàn)場更換。這種 相切管子支承系統(tǒng)必須能給主和次過熱器管板14和蒸發(fā)器管板12提供足夠的支承。為了解決這些問題，在這一實施例中，管板12和14的每根管子上采用沿著部分圓 周焊接的管子耳板60，并且相鄰各管子上的耳板60定位在錯開的高度上，各耳板之間有空 隙，以適應(yīng)制造上的考慮和預(yù)料的管子對管子的溫差(在考慮過熱器管板14時應(yīng)足夠地重 視這種溫差)。如圖20所示，每個管子耳板60設(shè)有兩個通孔，各可穿過銷子62，集合梁組 件由有銷子62可穿過的對應(yīng)通孔的上和下集合梁64和其間的連接板68構(gòu)成，因此用銷子 62可建立管子耳板60對集合梁組件的兩銷定位連接。這樣，該實施例可通過采用n+1個中間安裝的銷子62支承由η個管子構(gòu)成的管板，其中η是代表管板中的管子數(shù)目的整數(shù)。所以，盡管許多方式有利于單銷(每個耳板)支承定位設(shè)計，但是通過給每個管子采用單個耳 板而近似于給每個管子采用單個銷子(在考慮制造所需要的總數(shù)量時)，仍可類似地達到 這一效果。各管子耳板60和集合梁組件之間的間隙也能適應(yīng)制造上的考慮和預(yù)料的管子 對管子的溫差。每個被支承的管板的兩個中間連接板68通過銷子70和可轉(zhuǎn)動的連接桿72連接 于連接桿支承耳74，而連接桿支承耳74固定于撓性的支承構(gòu)件76，而支承構(gòu)件76又通過 結(jié)構(gòu)鋼78連接于構(gòu)成垂向支承結(jié)構(gòu)18的立柱(圖19、21和22)。通過上述系統(tǒng)，可由結(jié)構(gòu) 鋼78有效地支承在垂直于管板所定義的平面的方向作用在每個管子上的力。此外，可轉(zhuǎn)動 的連接桿72能夠轉(zhuǎn)動，因而適應(yīng)整個被支承的管板的平均熱膨脹；這一實施例中的可轉(zhuǎn)動 連接桿72是典型地預(yù)設(shè)為適應(yīng)1/2英寸的這種熱膨脹。兩個集合梁組件支承耳80按照被 支承的管板定位在恰當(dāng)?shù)奈恢?，使集合梁組件可因管板的平均熱膨脹而走動，同時也為由 結(jié)構(gòu)鋼78有效地支承的這一組件、光線遮擋層、隔熱層、以及包覆層的垂向靜載荷提供載 荷路徑。從圖18和22可清楚地看出，緩沖器導(dǎo)軌82固定于集合梁組件的當(dāng)中(考慮聯(lián)管 箱的軸向)，懸臂緩沖器84固定于撓性支承構(gòu)件76，而撓性支承構(gòu)件76又是通過結(jié)構(gòu)鋼78 固定于垂向支承結(jié)構(gòu)18的柱子。通過上述系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)鋼78可有效地支承沿著聯(lián)管箱的軸 向作用在每個管子上的力，同時允許管板的對應(yīng)熱膨脹。此外，緩沖器系統(tǒng)可為沿著聯(lián)管箱 軸向的熱膨脹提供當(dāng)中定位的固定點。盡管該實施例的主要功能是在所有預(yù)料的載荷狀態(tài) 充分地支承相切管子管板，同時允許對應(yīng)的熱膨脹，但是通過這一作法的應(yīng)用也實現(xiàn)了若 干其它優(yōu)點1.集合梁組件提供了方便的架子，光線遮擋層、隔熱層、以及包覆層都可支承在這 個架子上；2.集合梁組件可降低成本并有利于銷售店的制作。管子耳板60、銷子62、集合梁 64、以及中間連接板68的制造和裝配給出了方便的夾具，其有助于整個制造過程?？蓪⑦@ 個夾具暫時地在合適的高度上固定于管板組件，并把各個管子耳板60點焊定位。在把夾具 拆下之后，進行管子耳板60的最終焊接，而將管板裝配于集合梁組件。銷子70和連接桿72構(gòu)成的系統(tǒng)可支持現(xiàn)場更換。通過拆開有關(guān)的聯(lián)管箱/管路 接頭，解開兩個聯(lián)管箱的垂向支承桿，以及拆下在每個相切管子支承高度上較靠近支承結(jié) 構(gòu)18的兩個銷子70，就可把管板完全拆離于垂向支承結(jié)構(gòu)18 (在考慮單個管板時)。由于 它們是處在光線遮擋層、隔熱層、以及包覆層的外面，所以本發(fā)明可給出一種方便的在現(xiàn)場 拆出管板進行更換的方法。這一實施例的與上述設(shè)計無關(guān)的要素是在部分圓周上焊接的管子耳板60定位在 錯開的高度上的設(shè)計，每個高度上提供兩個由銷子62銷定的支承位置，這允許由η+1個中 間定位的銷子支承由η個相切管子構(gòu)成的管板。如果愿意，可用不同的結(jié)構(gòu)型材構(gòu)成集合梁組件。例如，可以不用成對的長方形板 條來構(gòu)成每個集合梁64，它們可能因自身重力而產(chǎn)生彎曲，而用剛性較好的90度角鋼來構(gòu) 成集合梁64?？勺屧O(shè)置在每個角鋼的兩個臂之一上的那些通孔66更準(zhǔn)確地對準(zhǔn)耳板60上 的通孔，這便于各銷子62的安裝?？蓪⒔卿摰牧硪粋€臂朝向垂向支承結(jié)構(gòu)18?；蛘撸刹捎靡桓有螖嗝娴男弯?，將T形斷面的主干定位在交錯的各管子耳板60之間，并把用于穿 過銷子62的通孔66設(shè)置在主干上，而將T形斷面的橫條朝向垂向支承結(jié)構(gòu)18。如各圖所示的懸臂的空心結(jié)構(gòu)型材(HSS)的緩沖器84和HSS的撓性支承構(gòu)件76， 可用W形斷面的或其它結(jié)構(gòu)型材來類似地制成。這將允許對結(jié)構(gòu)件采用更通用的固定方 式，也更容易把相切管子支承系統(tǒng)的撓性支承構(gòu)件76用于結(jié)構(gòu)鋼中的附加目的。各個部件 可用碳鋼制造，或可用不銹鋼或其它合金鋼之類的其它材料制造。還應(yīng)能理解，盡管上述相切管子支承系統(tǒng)有對太陽能吸收器熱交換器的特定適用 性，但其不限于這一種安裝情況，而是這種系統(tǒng)可用于任何熱交換器，只要其中必須適應(yīng)各 相互不固定的相切管子管板的不同的和平均的熱膨脹，同時要為所有預(yù)料的載荷狀態(tài)提供 足夠的支承。
因此，應(yīng)能理解，本發(fā)明提供一種有以下優(yōu)點的在熱力上和成本上都為高效益的 太陽能吸收器熱交換器設(shè)計。這種設(shè)計是低成本的，并能在批量生產(chǎn)的條件下可由銷售店 進行組裝。其尺寸允許由通?？ㄜ囘\輸限制范圍(卡車寬度< 13英尺，總高度< 12英尺6 英寸，總長度<35英尺)內(nèi)的卡車進行運輸。相當(dāng)輕的重量可降低運輸和豎立安裝費用。 這種太陽能吸收器熱交換器設(shè)計成可在頻繁的循環(huán)工作狀態(tài)下具有高度的可靠性和很長 的壽命，并能經(jīng)受日復(fù)一日的起動、關(guān)停和云層引起的瞬變，而不會發(fā)生低循環(huán)疲勞損壞。 立式蒸汽/水分離器能夠在云層飄過之后快速起動并快速升高負(fù)荷，而能使可用的熱利用 率最大化并全負(fù)荷工作。蒸汽/水的自然循環(huán)設(shè)計是能夠充分泄放的，并可避免需要高成 本的循環(huán)泵，同時能滿足需要的蒸汽產(chǎn)量和性能。盡管以上已經(jīng)結(jié)合特定的結(jié)構(gòu)措施、材料、以及實施例說明了本發(fā)明，但是應(yīng)能理 解，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以采取許多途徑對本發(fā)明進行改變。例如，可根據(jù)所需要 的蒸汽產(chǎn)量，將這種太陽能吸收器熱交換器按比例增大到較大的尺寸；當(dāng)然，為了最大限度 地利用可由銷售店組裝這一優(yōu)點，可能必須考慮具體的裝運或運輸限制。所以，本發(fā)明不限 于以上公開的具體內(nèi)容，而是應(yīng)涵蓋屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有等同的作法。
權(quán)利要求
一種可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，包括傳熱表面裝置、在結(jié)構(gòu)上且流體地連接于所述傳熱表面裝置的立式蒸汽/水分離器、以及支承著所述立式蒸汽/水分離器和所述傳熱表面裝置的頂部的垂向支承結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，所述 傳熱表面裝置包括蒸發(fā)表面和過熱表面。
3.如權(quán)利要求1所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，所述 垂向支承結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述立式蒸汽/水分離器和所述傳熱表面裝置之間。
4.如權(quán)利要求1所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，所述 傳熱表面裝置包括互相不固定的相切的管子構(gòu)成的管板，并且所述垂向支承結(jié)構(gòu)上設(shè)有冷 的橫向撐柱，給所述管板提供橫向支撐，同時允許所述管板在水平方向和垂向的不受約束 的熱膨脹，從而消除管子的附加應(yīng)力。
5.如權(quán)利要求1所述的可由銷售店 組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，所述 傳熱表面裝置包括互相不固定的相切管子構(gòu)成的管板，而且所述管板的上端和下端設(shè)有聯(lián) 管箱。
6.如權(quán)利要求5所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，包括 隔熱屏，所述隔熱屏設(shè)置成為所述互相不固定的相切管子管板的上端和下端以及連接于它 們的所述聯(lián)管箱提供隔熱保溫。
7.如權(quán)利要求1所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，所述 太陽能吸收器熱交換器的每一側(cè)包括至少一個蒸發(fā)器管板和至少一個過熱器管板。
8.如權(quán)利要求7所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，在所 述太陽能吸收器熱交換器的至少兩個側(cè)面的所述過熱器管板相交而形成第一角部。
9.如權(quán)利要求8所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，形成 與所述第一角部相反的第二角部的過熱器管板包括次過熱器管板。
10.如權(quán)利要求2所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，包括 多個蒸發(fā)表面的管板和多個過熱表面的管板，所述蒸發(fā)表面的管板都是第一種構(gòu)造的，而 所述過熱表面的管板都是第二種構(gòu)造的。
11.如權(quán)利要求1所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，所 述立式蒸汽/水分離器包括切向布置的、向下傾斜的進口噴嘴上升管接頭，其可使進來的 蒸汽/水混合物產(chǎn)生向下的旋流而促使水份的去除；以及用于去除最后的水份的內(nèi)部多孔 板、滌氣器和干燥盤。
12.如權(quán)利要求4所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，包括 把所述管板和所述冷的橫向撐柱連接起來的邊緣為波浪狀的板條、銷子和管子卡板，以降 低由不同的熱膨脹引起的應(yīng)力。
13.如權(quán)利要求7所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，至少 一個所述過熱器管板包括上聯(lián)管箱和下聯(lián)管箱，每個聯(lián)管箱有由兩個半圓形隔膜板構(gòu)成的 拼合式隔膜板，以形成蒸汽多次通過的過熱管板。
14.如權(quán)利要求5所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，所述 管板包括設(shè)置在所述管板背后的隔熱層和包覆層、以及設(shè)置在所述管板的背面與所述隔熱 層和包覆層之間的光線遮擋層，以保護所述隔熱層和包覆層以及所述支承結(jié)構(gòu)免于曝露于通過構(gòu)成管板的互相不固定的相切管子之間的縫隙進來的雨水和光線。
15.如權(quán)利要求1所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，所述 太陽能吸收器熱交換器設(shè)計成能夠進行自然循環(huán)而不需要循環(huán)泵。
16.如權(quán)利要求1所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，所述 太陽能吸收器熱交換器設(shè)有至少一個循環(huán)泵，用于建立泵輔循環(huán)或泵打循環(huán)。
17.如權(quán)利要求1所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，包括 固定于所述垂向支承結(jié)構(gòu)的耳軸，所述耳軸用于在所述可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱 交換器的運輸過程中配合夾具上的支柱以支承所述太陽能吸收器熱交換器，以及用于在所 述太陽能吸收器熱交換器的現(xiàn)場豎立安裝過程的一部分中允許把支承在所述支柱上的所 述太陽能吸收器熱交換器從運輸位置樞轉(zhuǎn)到大致豎直的位置。
18.如權(quán)利要求1所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，所述 傳熱表面裝置包括蒸發(fā)表面，以及所述立式蒸汽/水分離器設(shè)有上升管噴嘴接頭，所述上 升管噴嘴接頭定位成能夠在關(guān)停過程中防止水從所述蒸發(fā)表面回流到所述立式蒸汽/水 分罔器。
19.如權(quán)利要求1所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，所述 傳熱表面由連接于所述聯(lián)管箱并由所述垂向支承結(jié)構(gòu)支承的互相不固定的相切管子管板 構(gòu)成，因而能適應(yīng)管子對管子的溫度差以及作為整體的所述各管板的平均熱膨脹。
20.如權(quán)利要求19所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，通 過在沿著所述管子的錯開的高度上在所述管子上設(shè)置在部分圓周上焊接的管子耳板來適 應(yīng)管子對管子的溫度差，每個所述管子耳板上設(shè)置兩個對集合梁組件的銷定支承部位，以 允許由所述垂向支承結(jié)構(gòu)通過n+1個中間定位的銷子來支承有η個管子的相切管子管板。
21.如權(quán)利要求19所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，用 固定于所述集合梁組件且固定于所述垂向支承結(jié)構(gòu)的可轉(zhuǎn)動的連接桿來適應(yīng)所述作為整 體的所述各管板的平均熱膨脹。
22.如權(quán)利要求19所述的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器，其特征在于，包 括固定于所述集合梁組件的當(dāng)中的緩沖器導(dǎo)軌和固定于所述垂向支承結(jié)構(gòu)的懸臂緩沖器， 其給熱膨脹提供當(dāng)中定位的固定點并允許由所述垂向支承結(jié)構(gòu)有效地支承沿著聯(lián)管箱的 軸向作用在每根管子上的力，同時允許管板熱膨脹。
23.一種用于適應(yīng)管子對管子的溫度差以及作為整體的各管板的平均熱膨脹的支承系 統(tǒng)，組合于由連接于聯(lián)管箱并支承于支承結(jié)構(gòu)的互相不固定的相切管子的管板構(gòu)成的熱交 換器，所述支承系統(tǒng)包括在沿著所述管子的錯開的高度上在部分圓周上焊接在所述管子 上的管子耳板，每個所述管子耳板上設(shè)置兩個對集合梁組件的銷定支承部位，以允許由所 述垂向支承結(jié)構(gòu)以及固定于所述集合梁組件且固定于所述垂向支承結(jié)構(gòu)的可轉(zhuǎn)動的連接 桿通過n+1個中間定位的銷子來支承有η個管子的相切管子管板。
24.如權(quán)利要求23所述的支承系統(tǒng)，其特征在于，包括固定于所述集合梁組件的當(dāng)中 的緩沖器導(dǎo)軌和固定于所述垂向支承結(jié)構(gòu)的懸臂緩沖器，其給熱膨脹提供當(dāng)中定位的固定 點并允許由所述垂向支承結(jié)構(gòu)有效地支承沿著聯(lián)管箱的軸向作用在每根管子上的力，同時 允許管板熱膨脹。
25.一種用來便于進行可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器的裝配、組裝、運輸和豎立安裝的夾具，包括底座和支柱，所述支柱設(shè)置在所述底座的 一端用于配合所述可由銷 售店組裝的太陽能吸收器熱交換器上的耳軸，所述支柱允許在所述可由銷售店組裝的太陽 能吸收器熱交換器的現(xiàn)場豎立安裝過程的一部分中把支承在所述支柱上的所述可由銷售 店組裝的太陽能吸收器熱交換器繞所述耳軸從運輸位置樞轉(zhuǎn)到大致豎直的位置。
全文摘要
一種有傳熱表面裝置和在結(jié)構(gòu)上且流體地連接于傳熱表面裝置的立式蒸汽/水分離器的可由銷售店組裝的太陽能吸收器熱交換器。它的垂向支承結(jié)構(gòu)設(shè)置成支承著立式蒸汽/水分離器和傳熱表面。垂向支承結(jié)構(gòu)是底端被支承的，而立式蒸汽/水分離器和熱交換器的傳熱表面是由垂向支承結(jié)構(gòu)提供頂端支承的。垂向支承結(jié)構(gòu)為這種熱交換器提供結(jié)構(gòu)支承和剛度，還提供一種結(jié)構(gòu)措施，利用這種結(jié)構(gòu)措施可將這種熱交換器豎立起來并吊起而便于把它安放到所選定的地方。提供一種便于進行這種熱交換器從銷售店到安裝現(xiàn)場的裝配、組裝、運輸和豎立安裝的裝配/運輸/吊裝夾具。這種夾具可支承固定在這種太陽能吸收器的支承結(jié)構(gòu)上的兩根耳軸，吊耳設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)的頂端。
文檔編號F24J2/04GK101868676SQ200980101086
公開日2010年10月20日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者A·N·德皮佐, D·L·克拉夫特, D·R·舍佛爾, D·T·瓦斯伊盧克, G·格蘭特, J·A·帕爾辛格, J·M·馬歇爾, K·C·亞歷克斯桑德拉, M·J·阿爾布雷克特, R·A·威爾森, S·P·伊艾納齊歐納 申請人:巴布科克和威爾科克斯能量產(chǎn)生集團公司