專利名稱：一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，屬于太陽能高溫?zé)崂眉夹g(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著全球工業(yè)化的迅速發(fā)展，煤、石油、天然氣等能源消耗量不斷增長(zhǎng)，全球性的能源危機(jī)日益嚴(yán)重。自從20世紀(jì)70年代產(chǎn)生能源危機(jī)以來，全球環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，加上各個(gè)領(lǐng)域新型技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)可再生能源的需求度日益高漲。在可再生能源中，太陽能具有取之不盡、用之不竭、綠色環(huán)保的優(yōu)越性，合理而有效地開發(fā)利用太陽能有著重大的意義。太陽能熱接收器吸收聚焦的太陽光線，將能量以熱能形式傳遞給工作介質(zhì)，驅(qū)動(dòng)熱機(jī)做功，可廣泛應(yīng)用于碟式、塔式太陽能高溫?zé)岚l(fā)電或光氣互補(bǔ)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)新能源的開發(fā)和利用具有十分重要的應(yīng)用意義。電廠可以采用太陽能熱接收器和燃燒室并聯(lián)或串聯(lián)的混合方式發(fā)電，當(dāng)陽光充足時(shí)，系統(tǒng)直接使用太陽能作為系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)能量，天然氣用來當(dāng)陽光不足時(shí)進(jìn)行補(bǔ)燃，這種方式可以使二氧化碳排量比傳統(tǒng)電廠降低一半，氮化物和硫化物的排量也明顯降低。而現(xiàn)代大多數(shù)熱電轉(zhuǎn)化效率能夠達(dá)50%的高效動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，諸如蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)，都需要10-30bar和1000-1500°C (目前燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度最高已達(dá)1600°C)，在減小二次輻射損失的情況下，將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為這種高溫下的熱能，接收器光口的聚光比必須達(dá)到5000-10000，能量密度4-8MW/m2，這種高聚光水平可以在拋物碟式聚光器或帶二次聚光系統(tǒng)的定日鏡場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)。但是在現(xiàn)有技術(shù)中，太陽能熱接收器還不能在這種工作條件下運(yùn)行，使系統(tǒng)只能在低聚光比水平運(yùn)行，限制了整個(gè)系統(tǒng)的效率。因而，為提高太陽能高溫?zé)崂孟到y(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力，研發(fā)太陽能熱接收器，向高溫高效發(fā)展，具有十分重要的意義?？諝鈱?duì)熱輻射來說可以看成是透明介質(zhì)，匯聚的太陽能不可能被空氣直接吸收，需要中間換熱物體。太陽光線通過聚光系統(tǒng)集聚后并照射到中間換熱物體時(shí)，只具有表面特性，由于光線聚集的焦斑很小，直接受熱的固體表面積也很小，無法滿足與空氣換熱的面積要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)高溫高效太陽能集熱，提出了一種新型腔式太陽能接收器，設(shè)計(jì)了劈尖型吸收體結(jié)構(gòu)，能夠運(yùn)行在聚光比達(dá)10000的碟式拋物鏡太陽能系統(tǒng)中，在有限的換熱空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)66kw的換熱量，加熱工質(zhì)氣體達(dá)到出口溫度1100°c，具有緊湊、高效、低流阻的技術(shù)特點(diǎn)?！N劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，包括腔體外壁、吸收體、集氣腔和反射器；腔體外壁(I)上部為開口圓錐形，下部為圓筒形，圓錐形頂端設(shè)有進(jìn)氣口，進(jìn)氣口連接進(jìn)氣管路，圓筒形底端設(shè)有環(huán)形集氣腔，集氣腔上設(shè)有出氣口，出氣口連接出氣管路，環(huán)形集氣腔還設(shè)有環(huán)形底部，用于固定連接吸收體；
吸收體包括若干個(gè)劈尖結(jié)構(gòu)，一個(gè)劈尖為兩平板對(duì)焊而組成的三角形結(jié)構(gòu)，將若干個(gè)劈尖結(jié)構(gòu)中三角邊依次相連，組成波折狀的環(huán)筒，各劈尖內(nèi)側(cè)棱線緊貼腔體外壁，吸收體底部與集氣腔的環(huán)形底部固定連接，劈尖面向腔體外壁的一面設(shè)為內(nèi)側(cè)，面向圓筒形中心線的一面設(shè)為外側(cè)，劈尖內(nèi)側(cè)與腔體外壁之間形成通氣管道，吸收體的頂端固定連接反射器；反射器為圓錐形，底圓四周設(shè)有三角形體，數(shù)量與劈尖一致，三角形體與吸收體劈尖的三角形空槽凸凹結(jié)合，固定連接，反射器圓錐頂部面向進(jìn)氣口，劈尖外側(cè)和反射器之間形成腔體，腔體下端為進(jìn)光口。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:(I)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高溫高效太陽能集熱，能夠運(yùn)行在聚光比達(dá)10000的碟式拋物鏡太陽能系統(tǒng)中，在有限的換熱空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)66kw的換熱量；(2)本發(fā)明有效利用了太陽光聚焦后的立體空間，圓筒型接收器形成一個(gè)黑體腔，漏光小，有效提高對(duì)太陽輻射的吸收；(3)本發(fā)明所述的接收器腔體頂部與劈尖相連有圓錐狀反射器，使直射至腔體頂部的太陽光線可反射至氣流主流流經(jīng)的吸收體壁面，有效提高對(duì)太陽輻射的吸收；(4)本發(fā)明所述的接收器加熱工質(zhì)氣體由頂部進(jìn)氣，首先沖擊圓錐反射器的凸面，增強(qiáng)了換熱效果，有效利用了直射至腔體頂部的太陽能能量；同時(shí)圓錐反射器具有導(dǎo)流作用，降低了流阻。(5)本發(fā)明設(shè)計(jì)的劈尖折面結(jié)構(gòu)大大增加了換熱面積，使不到0.1m3的空間內(nèi)布下
14.5m2的換熱面積，在太陽聚焦后有限的空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高能量密度的大功率換熱；(6)本發(fā)明太陽能熱接收器流動(dòng)阻力低，是相同換熱量下，是盤管型換熱器流阻的兩到三千分之一，實(shí)現(xiàn)了緊湊、高效、低流阻的換熱要求。


圖1是本發(fā)明接收器的主視圖；圖2是本發(fā)明圖1的A-A剖面圖；圖3是本發(fā)明接收器的反射器的正視；圖4是本發(fā)明接收器的反射器的俯視圖。圖中:1-腔體外壁2-吸收體 3-集氣腔4-反射器 5-進(jìn)氣口6-出氣口7-腔體8-進(jìn)光口
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，如圖1所示，包括腔體外壁1、吸收體
2、集氣腔3和反射器4。

腔體外壁I上部為開口圓錐形，下部為圓筒形，圓錐形頂端設(shè)有進(jìn)氣口 5，進(jìn)氣口 5連接進(jìn)氣管路，圓筒形底端設(shè)有環(huán)形集氣腔3，環(huán)形集氣腔3上設(shè)有出氣口 6，還設(shè)有環(huán)形底部，用于固定連接吸收體2，出氣口 6連接出氣管路，出氣管路將被加熱的空氣導(dǎo)向熱機(jī)做功，腔體外壁I的外側(cè)設(shè)有絕熱材料，降低散熱損失，腔體外壁I用于固定和支撐內(nèi)部的吸收體2。如圖2所示，吸收體2包括若干個(gè)劈尖結(jié)構(gòu)，一個(gè)劈尖為將兩平板對(duì)焊而組成的三角形結(jié)構(gòu)，將若干個(gè)劈尖結(jié)構(gòu)中三角邊依次相連，組成波折狀的環(huán)筒，各劈尖內(nèi)側(cè)棱線(兩個(gè)平板對(duì)焊處即“尖”)緊貼腔體外壁1，吸收體2底部與集氣腔3的環(huán)形底部緊緊相連，接觸處選用焊接，劈尖面向腔體外壁I的一面設(shè)為內(nèi)側(cè)，面向圓筒形中心線的一面設(shè)為外側(cè)，劈尖內(nèi)側(cè)與腔體外壁I之間形成通氣管道，吸收體2的頂端固定連接反射器4。如圖3和圖4所示，反射器4為圓錐形，底圓四周設(shè)有三角形體，數(shù)量與劈尖一致，三角形體與吸收體2劈尖的三角形空槽凸凹結(jié)合，接縫處焊接封嚴(yán)，反射器4圓錐頂部面向進(jìn)氣口 8，劈尖外側(cè)和反射器4之間形成腔體7，腔體7下端為進(jìn)光口 8。吸收體2的劈尖可以采用耐高溫合金材料，劈尖外側(cè)設(shè)有太陽光譜吸收涂層。劈尖的數(shù)量與具體尺寸通過所需實(shí)現(xiàn)的換熱量及工質(zhì)進(jìn)出口溫度，根據(jù)能量守恒及換熱公式確定。本發(fā)明中，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，吸收體2由136個(gè)劈尖組成，在筒高約0.6m，直徑0.5m的空間內(nèi)，以空氣為介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)66kw的換熱量。如圖3所示，反射器4為圓錐形反射器，反射器4采用對(duì)太陽光譜具有高反射的材料或者面向進(jìn)光口 8 —面涂有高反射涂層。本發(fā)明接收器工作實(shí)施可以從光側(cè)與氣側(cè)兩方面分別來描述。從光側(cè)方面，聚光鏡接收的太陽能，匯聚成焦斑能量，全部通過進(jìn)光口 8進(jìn)入腔體
7,一部分光照射到吸收體2的劈尖結(jié)構(gòu)上，劈尖外側(cè)吸收輻射能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，壁面溫度升高；同時(shí)一部分光直射在反射器4上，小部分光被反射器4吸收，反射器4溫度升高，大部分光經(jīng)由反射器4反射到劈尖的外側(cè)，使劈尖外側(cè)吸收盡可能多的太陽輻射。從氣側(cè)方面，工質(zhì)氣體通過腔體外壁I上的進(jìn)氣管進(jìn)入，首先沖擊反射器4的凸面，帶走反射器4上吸收的熱能，進(jìn)而流向劈尖組成的通氣管道，氣體與劈尖外側(cè)壁面對(duì)流換熱，帶走劈尖外側(cè)壁面的熱量，進(jìn)入腔體外壁I下端的集氣腔3，在集氣腔3匯集成高溫氣體，通過出氣口，排向熱機(jī)驅(qū)動(dòng)做功。本發(fā)明的一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，屬于太陽能高溫?zé)崂眉夹g(shù)領(lǐng)域，能夠運(yùn)行在聚光比達(dá)10000的碟式拋物鏡太陽能系統(tǒng)中，在有限的換熱空間內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)66kw的換熱量，加熱工質(zhì)氣體達(dá)到出口溫度1100°C，具有緊湊、高效、低流阻的技術(shù)特點(diǎn)。本發(fā)明的提出，為提高太陽能高溫?zé)崂孟到y(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力，研發(fā)太陽能熱接收器，向高溫高效發(fā)展，具有十分重要的意義。
權(quán)利要求
1.一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，包括腔體外壁(I)、吸收體(2)、集氣腔(3)和反射器⑷； 腔體外壁(I)上部為開口圓錐形，下部為圓筒形，圓錐形頂端設(shè)有進(jìn)氣口(5)，進(jìn)氣口(5 )連接進(jìn)氣管路，圓筒形底端設(shè)有環(huán)形集氣腔(3 )，集氣腔(3 )上設(shè)有出氣口( 6 )，出氣口(6)連接出氣管路，環(huán)形集氣腔(3)還設(shè)有環(huán)形底部，用于固定連接吸收體(2)； 吸收體(2 )包括若干個(gè)劈尖結(jié)構(gòu)，一個(gè)劈尖為將兩平板對(duì)焊而組成的三角形結(jié)構(gòu)，將若干個(gè)劈尖結(jié)構(gòu)中三角邊依次相連，組成波折狀的環(huán)筒，各劈尖內(nèi)側(cè)棱線緊貼腔體外壁(1)，吸收體(2)底部與集氣腔(3)的環(huán)形底部固定連接，劈尖面向腔體外壁(I)的一面設(shè)為內(nèi)偵牝面向圓筒形中心線的一面設(shè)為外側(cè)，劈尖內(nèi)側(cè)與腔體外壁(I)之間形成通氣管道，吸收體(2)的頂端固定連接反射器(4)； 反射器(4)為圓錐形，底圓四周設(shè)有三角形體，數(shù)量與劈尖一致，三角形體與吸收體(2)劈尖的三角形空槽凸凹結(jié)合，固定連接，反射器(4)圓錐頂部面向進(jìn)氣口(8)，劈尖外側(cè)和反射器(4 )之間形成腔體(7 )，腔體(7 )下端為進(jìn)光口( 8 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，吸收體(2)與反射器(4)之間為密封焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，吸收體(2)底部與集氣腔(3)的環(huán)形底部之間為密封焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，腔體外壁(I)的外側(cè)設(shè)有絕熱材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，吸收體(2)的劈尖采用耐高溫合金材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，吸收體(2)劈尖外側(cè)設(shè)有太陽光譜吸收涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，吸收體(2)由136個(gè)劈尖組成，腔體外壁(I)筒高0.6m，直徑0.5m的空間內(nèi)，以空氣為介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，反射器(4)采用對(duì)太陽光譜具有高反射的材料或者面向進(jìn)光口(8) —面涂有高反射涂層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種劈尖結(jié)構(gòu)腔式太陽能接收器，屬于太陽能高溫?zé)崂眉夹g(shù)領(lǐng)域,它由圓筒形腔，劈尖型吸收體，圓錐形反射器幾項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)綜合而成，能夠運(yùn)行在聚光比達(dá)10000的碟式拋物鏡太陽能系統(tǒng)中，在有限的換熱空間內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)66kw的換熱量，加熱工質(zhì)氣體達(dá)到出口溫度1100℃，具有緊湊、高效、低流阻的技術(shù)特點(diǎn)。該發(fā)明設(shè)計(jì)的提出，為提高太陽能高溫?zé)崂孟到y(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力，研發(fā)太陽能熱接收器，向高溫高效發(fā)展，具有十分重要的意義。
文檔編號(hào)F24J2/04GK103090555SQ201310022620
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者全永凱, 徐國(guó)強(qiáng), 王曄, 李婷婷, 高峰, 李 浩 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)