一種管腔一體化碟式太陽能熱接收器的製作方法

2023-05-26 23:41:16

專利名稱：一種管腔一體化碟式太陽能熱接收器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能熱接收器，尤其涉及一種管腔一體化碟式太陽能熱接收
O
背景技術：
隨著能源危機及環境汙染問題日益嚴重，人們迫切需要尋找清潔的替代能源，太陽能在地球上分布廣泛，而太陽能熱發電技術被認為是最具有潛力的清潔能源技術。碟式-斯特林太陽能熱發電是太陽能熱發電技術中光電轉換效率最高的一種方式，它通過旋轉拋物面碟形聚光器將太陽輻射聚集到熱接收器中，接收器將能量吸收後由斯特林熱發動機實現太陽能到電能的轉換。一般太陽能斯特林發動機的功率都相對較小，適合於分布式能源利用，也具備大規模聯合併網發電的潛力。此外，它們還可以設計成燃料和太陽能聚光器的混合熱源系統，在沒有陽光時可用礦物燃料或生物質燃料代替太陽光持續發電。碟式太陽能熱發電系統包括聚光器、接收器、熱機、支架、跟蹤控制系統等主要部件。系統工作時，聚光器將太陽輻射反射聚焦在熱接收器上並轉化為熱能，熱機的工作介質流經接收器的同時吸收太陽光轉化而來的熱能，使介質溫度升高，即可推動熱機運轉，帶動發電機發電。接受器是光熱轉換的核心部件，碟式太陽能熱發電系統的接收器有兩種類型直接接收型和間接接收型。間接接收器一般指熱管式接收器，採用液態鹼金屬作為中間傳熱媒介來傳遞高密度熱流，目前尚處於實驗研究階段，有許多問題尚待解決；而現有碟式-斯特林熱發電系統普遍採用的是直接接受器，由於現代高效斯特林發動普遍循環壓力都很高(約20MPa)，工質在換熱管內的流速也非常快，故能夠實現很高的接收熱流密度(約75W/ cm2)。直接接收器結構相對簡單，但是由於太陽輻射存在非常明顯的不穩定性，再加上聚光鏡本身的聚光精度問題，往往導致直接接收換熱管存在嚴重的溫度不均現象，進而導致了諸如熱疲勞、氧化、使用壽命等一系列問題。一個性能優良的熱接收器應該具有熱流分布均勻，傳輸效率高，使用壽命長等特點。熱接收器性能的優劣，是決定整個系統能否優良運行的關鍵因素之一。傳統的直接接收器往往採用加熱管彎曲構成吸熱面或者腔體，很容易出現局部破損或漏氣，導致系統對材料要求極高，成本大大升高。國內外也嘗試開發了少量其他類型的直接接收器，改進了接收器的可靠性，但是相比傳統的管式直接加熱器其氣阻變大，氣密性也很難保證，對斯特林機的運行效率有很大的影響，因此設計一種熱流分布相對均勻且氣阻較小、同時能夠保障氣密性的熱接收器對於碟式太陽能熱發電系統而言具有十分重要的意義。
發明內容本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種管腔一體化碟式太陽能熱接收器。管腔一體化碟式太陽能熱接收器包括內通氣管、第一配氣/集氣蓋、外通氣管、第二配氣集氣蓋、鋁合金外殼、連接固定板、耐高溫保溫層、環形漫反射體、耐高溫石英玻璃、 圓柱腔體、螺釘、連通孔、內環流道、外環流道、吸熱腔和漫反射錐體；環形漫反射體與圓柱腔體頂部緊扣相連，圓柱腔體的底部設有一個漫反射錐體，漫反射錐體通過螺釘固定在四個連接固定板上，四個連接固定板沿圓周向均勻焊接於圓柱腔體內壁，環形漫反射體、圓柱腔體和漫反射錐體外均覆有耐高溫保溫層，耐高溫保溫層外再包覆鋁合金外殼加以固定， 圓柱腔體內設有內環流道和外環流道，內環流道和外環流道沿軸向分別布置若干組，在內環流道和外環流道底部設有連通孔，連通孔上端通過加裝螺釘和密封圈進行密封，內環流道通過圓柱腔體底部的內通氣管與第一配氣/集氣蓋相連，外環流道通過圓柱腔體底部的外通氣管與第二配氣/集氣蓋相連，外通氣管與第二配氣/集氣蓋相連，內通氣管與第一配氣/集氣蓋相連，第一配氣/集氣蓋與斯特林機膨脹腔相連，第二配氣/集氣蓋與斯特林機回熱器相連。圓柱腔體的寬度為13-40mm，內環流道軸線距圓柱腔體底面距離為3_8mm，外環流道與內環流道軸線之間的距離為4-15mm ；所述的圓柱腔體、連接固定板和螺釘均採用耐高溫合金材料lCrl8Ni9Ti，環形漫反射體和漫反射錐體均採用陶瓷材料，其靠近吸熱腔的一側為高漫反射率表面，耐高溫石英玻璃採用高光線穿透率材料，圓柱腔體內壁面塗覆耐高溫輻射吸收塗層。所述的漫反射錐體的主要作用是將入射到腔體中央的聚焦光線通過漫反射的方式傳遞到圓柱腔體，環形漫反射體的主要作用是減少腔體的輻射損失。耐高溫石英玻璃主要有兩個作用(1)聚焦光線進口 ；(2)限制腔體與外界環境的對流換熱，減少熱量損失。本實用新型與現有技術相比，具有如下有益效果(1)採用在吸熱腔體上鑽孔的方法來構成斯特林工質的流通管道，實現吸熱腔體與工質流通管道的一體化，結構非常緊湊；兩個配氣/集氣蓋上通氣管藉口均勻布置，可以實現均勻配氣，使圓柱腔體工作時周向溫度更均勻，能夠有效地解決以往接收器的熱疲勞問題，系統壽命更長。(2)工質流道截面面積相等，氣體流通氣阻小，整體無益容積小，有效地減少氣體加熱時的壓力損失，增強了斯特林機的內效率。內環流道加外環流道的布置可以有效增加氣體的換熱面積，內環流道底面距離圓柱腔體內壁面僅3mm，熱阻很小，可以實現高效換熱， 使氣體被加熱到較高溫度。(3)腔體前後兩個漫反射體的設置可以有效地減少腔體的輻射熱損失，全封閉的吸熱腔體可以有效地減少對流熱損失，系統的整體太陽能熱吸收率較高。

圖1是管腔一體化碟式太陽能熱接收器的結構示意圖；圖2是管腔一體化碟式太陽能熱接收器的左視圖；圖3是圖1中第一配氣/集氣蓋和第二配氣/集氣蓋的右視放大圖(3 1)；圖中通氣管1、第一配氣/集氣蓋2、外通氣管3、第二配氣集氣蓋4、鋁合金外殼 5、連接固定板6、耐高溫保溫層7、環形漫反射體8、耐高溫石英玻璃9、圓柱腔體10、螺釘 11、連通孔12、內環流道13、外環流道14、吸熱腔15、漫反射錐體16。
具體實施方式
如圖1所示，管腔一體化碟式太陽能熱接收器包括內通氣管1、第一配氣/集氣蓋 2、外通氣管3、第二配氣集氣蓋4、鋁合金外殼5、連接固定板6、耐高溫保溫層7、環形漫反射體8、耐高溫石英玻璃9、圓柱腔體10、螺釘11、連通孔12、內環流道13、外環流道14、吸熱腔15和漫反射錐體16 ；環形漫反射體8與圓柱腔體10頂部緊扣相連，圓柱腔體10的底部設有一個漫反射錐體16，漫反射錐體16通過螺釘固定在四個連接固定板6上，四個連接固定板6沿圓周向均勻焊接於圓柱腔體10內壁，環形漫反射體8、圓柱腔體10和漫反射錐體 16外均覆有耐高溫保溫層7，耐高溫保溫層7外再包覆鋁合金外殼5加以固定，圓柱腔體10 內設有內環流道13和外環流道14，內環流道13和外環流道14沿軸向分別布置若干組，在內環流道13和外環流道14底部設有連通孔12，連通孔12上端通過加裝螺釘11和密封圈密封，內環流道13通過圓柱腔體10底部的內通氣管1與第一配氣/集氣蓋2相連，外環流道14通過圓柱腔體10底部的外通氣管3與第二配氣/集氣蓋4相連，外通氣管3與第二配氣/集氣蓋4連接，內通氣管1與第一配氣/集氣蓋2相連，第一配氣/集氣蓋2與斯特林機膨脹腔相連，第二配氣/集氣蓋4與斯特林機回熱器相連。所述的圓柱腔體10的寬度為13_40mm，內環流道13軸線距圓柱腔體10底面距離為3-8mm，外環流道14與內環流道13軸線之間的距離為4_15mm ；所述的圓柱腔體10、連接固定板6和螺釘11均採用耐高溫合金材料lCrl8Ni9Ti， 環形漫反射體8和漫反射錐體16均採用陶瓷材料，耐高溫石英玻璃9採用高光線穿透率材料，圓柱腔體10內壁面塗覆耐高溫輻射吸收塗層。漫反射錐體16的主要作用是將入射到腔體中央的聚焦光線通過漫反射的方式傳遞到圓柱腔體10，環形漫反射體8的主要作用是減少腔體的輻射損失。耐高溫石英玻璃9主要有兩個作用1聚焦光線進口 ；2限制腔體與外界環境的對流換熱，減少熱量損失。本實用新型的工作過程如下太陽光線由碟形旋轉拋物鏡面進行聚焦，聚焦光線穿過耐高溫石英玻璃進入吸熱腔，約25%的輻射能量入射到漫反射錐體上並被其漫反射。由於腔體的輻射及對流損失都很小，聚焦光線的能量絕大部分被圓柱腔體直接吸收或者通過漫反射體的漫反射再被二次吸收。圓柱腔體內壁面吸收聚焦輻射能後將其轉化為熱能，熱能通過熱傳導的方式被傳遞到內環流道和外環流道壁面，氣體高速流動並帶走其熱量。當斯特林機氣體從回熱器進入膨脹腔時，第一配氣/集氣蓋起集氣作用，第二配氣/集氣蓋起配氣作用，氣體從第二配氣/ 集氣蓋均勻進入外通氣管，隨後依次流經外環流道、連通孔和內環流道，同時吸收腔體熱量使氣體溫度升高，高溫高壓氣體再經外通氣管進入第一配氣/集氣蓋，最後進入斯特林發動機膨脹腔做功。當斯特林機氣體從膨脹腔流回回熱器時，第一配氣/集氣蓋起配氣作用， 第二配氣/集氣蓋起集氣作用，氣體流動過程與前述相反。當整體系統連續運行時，氣體在流道內反覆流動，即可實現聚焦太陽輻射能的高效吸收和利用。
權利要求1.一種管腔一體化碟式太陽能熱接收器，其特徵在於包括內通氣管(1)、第一配氣/集氣蓋(2)、外通氣管(3)、第二配氣集氣蓋(4)、鋁合金外殼(5)、連接固定板(6)、耐高溫保溫層(7)、環形漫反射體(8)、耐高溫石英玻璃(9)、圓柱腔體(10)、螺釘(11)、連通孔(12)、內環流道(13)、外環流道(14)、吸熱腔(15)和漫反射錐體(16)；環形漫反射體(8)與圓柱腔體(10)頂部緊扣相連，圓柱腔體(10)的底部設有一個漫反射錐體(16)，漫反射錐體(16) 通過螺釘固定在四個連接固定板(6)上，四個連接固定板(6)沿圓周向均勻焊接於圓柱腔體(10)內壁，環形漫反射體(8)、圓柱腔體(10)和漫反射錐體(16)外均覆有耐高溫保溫層 (7)，耐高溫保溫層(7)外再包覆鋁合金外殼(5)加以固定，圓柱腔體(10)內設有內環流道 (13)和外環流道(14)，內環流道(13)和外環流道(14)沿軸向分別布置若干組，在內環流道 (13)和外環流道(14)底部設有連通孔(12)，連通孔(12)上端通過加裝螺釘(11)和密封圈進行密封，內環流道(13)通過圓柱腔體(10)底部的內通氣管(1)與第一配氣/集氣蓋(2) 相連，外環流道(14)通過圓柱腔體(10)底部的外通氣管(3)與第二配氣/集氣蓋(4)相連，外通氣管(3)與第二配氣/集氣蓋(4)相連，內通氣管(1)與第一配氣/集氣蓋(2)相連，第一配氣/集氣蓋(2)與斯特林機膨脹腔連接，第二配氣/集氣蓋(4)與斯特林機回熱器相連。
2.根據權利要求1所述的一種管腔一體化碟式太陽能熱接收器，其特徵在於所述的圓柱腔體(10)的寬度為13-40mm，內環流道(13)軸線距圓柱腔體(10)底面距離為3_8mm，外環流道(14)與內環流道(13)軸線之間的距離為4-15mm。
3.根據權利要求1所述的一種管腔一體化碟式太陽能熱接收器，其特徵在於所述的圓柱腔體(10)、連接固定板(6)和螺釘(11)均採用耐高溫合金材料lCrl8Ni9Ti，環形漫反射體(8)和漫反射錐體(16)均採用陶瓷材料，耐高溫石英玻璃(9)採用高光線穿透率材料，圓柱腔體(10)內壁面塗覆耐高溫輻射吸收塗層。
專利摘要本實用新型涉及一種管腔一體化碟式太陽能熱接收器，本實用新型採用吸熱腔和換熱管道一體化的結構，在圓柱腔體上開有兩排細孔以形成氣體的流通管道，換熱氣體在氣道中高速流過並帶走熱量，兩組氣道經通氣管分別與兩個配氣/集氣蓋相連，配氣/集氣蓋在系統連續運行時輪流起到配氣和集氣的作用。吸熱腔體進口處布置有環形漫反射體，底部布置有漫反射錐體，以減少吸熱腔體的輻射熱損失。本實用新型解決了現有直接接收器普遍存在的熱疲勞問題，相比以往的直接太陽能熱接收器，本實用新型結構更緊湊，使用壽命更長，同時系統還具有氣阻小、氣密好和換熱效率較高等優點，有利於提高碟式系統的整體運行效率及穩定性。
文檔編號F24J2/00GK201973900SQ20112010524
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月12日 優先權日2011年4月12日
發明者俞自濤, 帥鷗, 張良, 洪榮華, 胡亞才, 阮光正, 陳健, 陳歡 申請人:浙江大學