Review of heat transfer fluids for tube-receivers in concentrating solar thermal systems : properties and heat transfer coefficients

The heat transfer fluid (HTF) is a key component of solar thermal power plants because it impacts greatly the receiver efficiency, determines the type of thermodynamic cycle and the performance it can achieve, imposes the thermal energy storage technology that must be used. This paper reviews current and future liquid, gas, supercritical, two-phase and particulate HTFs. Thermophysical properties are presented as well as correlations to determine the receiver tube-HTF heat transfer coefficients. Variations of convective heat transfer coefficients as a function of temperature are illustrated for all selected HTFs in their stable operation temperature ranges. Finally, recent developments on new HTFs working at 700°C and more are discussed.

La scelta del fluido di scambio termico è un passaggio fondamentale per gli impianti solari termodinamici in quanto ha un notevole impatto sull’efficienza del ricevitore solare, determina il tipo di ciclo termodinamico e le prestazioni che esso può raggiungere, ed impone il tipo di accumulo termico che deve essere adottato. La suddetta tesi esamina i vari fluidi di scambio termico in circolazione e non : liquidi, gassosi, supercritici, bifase e di nuova generazione. Le proprietà termofisiche di ogni fluido di lavoro sono elencate ed analizzate, così come le correlazioni necessarie per determinare il coefficiente di scambio termico per un ricevitore solare tubolare. L’andamento dei coefficienti di scambio termico sono rappresentati graficamente considerando l’intervallo di temperatura in cui ogni HTF generalmente opera. Infine, vengono presentati fluidi di lavoro nuovi ed innovativi.