專利名稱：管腔一體化碟式太陽能熱接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明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器。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)及環(huán)境污染問題日益嚴(yán)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(fā)電技術(shù)被認(rèn)為是最具有潛力的清潔能源技術(shù)。碟 式-斯特林太陽能熱發(fā)電是太陽能熱發(fā)電技術(shù)中光電轉(zhuǎn)換效率最高的一種方式，它通過旋 轉(zhuǎn)拋物面碟形聚光器將太陽輻射聚集到熱接收器中，接收器將能量吸收后由斯特林熱發(fā)動(dòng) 機(jī)實(shí)現(xiàn)太陽能到電能的轉(zhuǎn)換。一般太陽能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的功率都相對(duì)較小，適合于分布式 能源利用，也具備大規(guī)模聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電的潛力。此外，它們還可以設(shè)計(jì)成燃料和太陽能聚光 器的混合熱源系統(tǒng)，在沒有陽光時(shí)可用礦物燃料或生物質(zhì)燃料代替太陽光持續(xù)發(fā)電。碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)包括聚光器、接收器、熱機(jī)、支架、跟蹤控制系統(tǒng)等主要部 件。系統(tǒng)工作時(shí)，聚光器將太陽輻射反射聚焦在熱接收器上并轉(zhuǎn)化為熱能，熱機(jī)的工作介質(zhì) 流經(jīng)接收器的同時(shí)吸收太陽光轉(zhuǎn)化而來的熱能，使介質(zhì)溫度升高，即可推動(dòng)熱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng) 發(fā)電機(jī)發(fā)電。接受器是光熱轉(zhuǎn)換的核心部件，碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)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，采用液態(tài)堿金屬作為中間傳熱 媒介來傳遞高密度熱流，目前尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段，有許多問題尚待解決；而現(xiàn)有碟式-斯 特林熱發(fā)電系統(tǒng)普遍采用的是直接接受器，由于現(xiàn)代高效斯特林發(fā)動(dòng)普遍循環(huán)壓力都很 高(約20MPa)，工質(zhì)在換熱管內(nèi)的流速也非常快，故能夠?qū)崿F(xiàn)很高的接收熱流密度(約75W/ cm2)。直接接收器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，但是由于太陽輻射存在非常明顯的不穩(wěn)定性，再加上聚光 鏡本身的聚光精度問題，往往導(dǎo)致直接接收換熱管存在嚴(yán)重的溫度不均現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致了 諸如熱疲勞、氧化、使用壽命等一系列問題。一個(gè)性能優(yōu)良的熱接收器應(yīng)該具有熱流分布均勻，傳輸效率高，使用壽命長等特 點(diǎn)。熱接收器性能的優(yōu)劣，是決定整個(gè)系統(tǒng)能否優(yōu)良運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)的直接接 收器往往采用加熱管彎曲構(gòu)成吸熱面或者腔體，很容易出現(xiàn)局部破損或漏氣，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì) 材料要求極高，成本大大升高。國內(nèi)外也嘗試開發(fā)了少量其他類型的直接接收器，改進(jìn)了接 收器的可靠性，但是相比傳統(tǒng)的管式直接加熱器其氣阻變大，氣密性也很難保證，對(duì)斯特林 機(jī)的運(yùn)行效率有很大的影響，因此設(shè)計(jì)一種熱流分布相對(duì)均勻且氣阻較小、同時(shí)能夠保障 氣密性的熱接收器對(duì)于碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)而言具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種管腔一體化碟式太陽能熱接收
ο管腔一體化碟式太陽能熱接收器包括內(nèi)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(huán)形漫反射體、耐高溫石英玻璃、圓柱腔體、螺釘、連通孔、內(nèi)環(huán)流道、外環(huán)流道、吸熱腔和漫反射錐體；環(huán)形漫反射體與圓柱 腔體頂部緊扣相連，圓柱腔體的底部設(shè)有一個(gè)漫反射錐體，漫反射錐體通過螺釘固定在四 個(gè)連接固定板上，四個(gè)連接固定板沿圓周向均勻焊接于圓柱腔體內(nèi)壁，環(huán)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(nèi)設(shè)有內(nèi)環(huán)流道和外環(huán)流道，內(nèi)環(huán)流道和外環(huán)流道沿軸向分別布置若干組，在內(nèi) 環(huán)流道和外環(huán)流道底部設(shè)有連通孔，連通孔上端通過加裝螺釘和密封圈進(jìn)行密封，內(nèi)環(huán)流 道通過圓柱腔體底部的內(nèi)通氣管與第一配氣/集氣蓋相連，外環(huán)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(nèi)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(jī)膨脹腔相連，第二配氣/集氣蓋與斯特林機(jī) 回?zé)崞飨噙B。圓柱腔體的寬度為13-40mm，內(nèi)環(huán)流道軸線距圓柱腔體底面距離為3_8mm，外環(huán)流 道與內(nèi)環(huán)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采用耐高溫合金材料lCrl8Ni9Ti，環(huán)形漫反射 體和漫反射錐體均采用陶瓷材料，其靠近吸熱腔的一側(cè)為高漫反射率表面，耐高溫石英玻 璃采用高光線穿透率材料，圓柱腔體內(nèi)壁面涂覆耐高溫輻射吸收涂層。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(huán)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(gè)作用(1)聚焦光線進(jìn)口 ；(2)限制腔體與外界環(huán)境的 對(duì)流換熱，減少熱量損失。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果
(1)采用在吸熱腔體上鉆孔的方法來構(gòu)成斯特林工質(zhì)的流通管道，實(shí)現(xiàn)吸熱腔體與工 質(zhì)流通管道的一體化，結(jié)構(gòu)非常緊湊；兩個(gè)配氣/集氣蓋上通氣管借口均勻布置，可以實(shí)現(xiàn) 均勻配氣，使圓柱腔體工作時(shí)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(tǒng)壽命更長。(2)工質(zhì)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(shí)的壓力損失，增強(qiáng)了斯特林機(jī)的內(nèi)效率。內(nèi)環(huán)流道加外環(huán)流道的布置可以有效增加 氣體的換熱面積，內(nèi)環(huán)流道底面距離圓柱腔體內(nèi)壁面僅3mm，熱阻很小，可以實(shí)現(xiàn)高效換熱， 使氣體被加熱到較高溫度。(3)腔體前后兩個(gè)漫反射體的設(shè)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(duì)流熱損失，系統(tǒng)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(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是管腔一體化碟式太陽能熱接收器的左視圖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(huán)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(nèi)環(huán)流道13、外環(huán)流道14、吸熱腔15、漫反射錐體16。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，管腔一體化碟式太陽能熱接收器包括內(nèi)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(huán)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(nèi)環(huán)流道13、外環(huán)流道14、吸熱 腔15和漫反射錐體16 ；環(huán)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(shè)有一個(gè)漫反射錐體16，漫反射錐體16通過螺釘固定在四個(gè)連接固定板6上，四個(gè)連接固 定板6沿圓周向均勻焊接于圓柱腔體10內(nèi)壁，環(huán)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(nèi)設(shè)有內(nèi)環(huán)流道13和外環(huán)流道14，內(nèi)環(huán)流道13和外環(huán)流道14沿軸向分別布置若干組，在 內(nèi)環(huán)流道13和外環(huán)流道14底部設(shè)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(nèi)環(huán)流道13通過圓柱腔體10底部的內(nèi)通氣管1與第一配氣/集氣蓋2相連，外環(huán)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(nèi)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(jī)膨脹腔相連，第二配氣/集氣蓋4與斯特林機(jī)回?zé)崞飨噙B。所述的圓柱腔體10的寬度為13_40mm，內(nèi)環(huán)流道13軸線距圓柱腔體10底面距離 為3-8mm，外環(huán)流道14與內(nèi)環(huán)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均采用耐高溫合金材料lCrl8Ni9Ti，環(huán)形 漫反射體8和漫反射錐體16均采用陶瓷材料，耐高溫石英玻璃9采用高光線穿透率材料， 圓柱腔體10內(nèi)壁面涂覆耐高溫輻射吸收涂層。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(huán)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(gè)作用1聚焦光線進(jìn)口 ；2限制腔體與外界環(huán)境的對(duì) 流換熱，減少熱量損失。本發(fā)明的工作過程如下
太陽光線由碟形旋轉(zhuǎn)拋物鏡面進(jìn)行聚焦，聚焦光線穿過耐高溫石英玻璃進(jìn)入吸熱腔， 約25%的輻射能量入射到漫反射錐體上并被其漫反射。由于腔體的輻射及對(duì)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(nèi)壁面吸收聚焦輻射能后將其轉(zhuǎn)化為熱能，熱能通過熱傳導(dǎo)的方式被傳遞到 內(nèi)環(huán)流道和外環(huán)流道壁面，氣體高速流動(dòng)并帶走其熱量。當(dāng)斯特林機(jī)氣體從回?zé)崞鬟M(jìn)入膨 脹腔時(shí)，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(jìn)入外通氣管，隨后依次流經(jīng)外環(huán)流道、連通孔和內(nèi)環(huán)流道，同時(shí)吸收腔體熱量 使氣體溫度升高，高溫高壓氣體再經(jīng)外通氣管進(jìn)入第一配氣/集氣蓋，最后進(jìn)入斯特林發(fā) 動(dòng)機(jī)膨脹腔做功。當(dāng)斯特林機(jī)氣體從膨脹腔流回回?zé)崞鲿r(shí)，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(dòng)過程與前述相反。當(dāng)整體系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，氣體在 流道內(nèi)反復(fù)流動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)聚焦太陽輻射能的高效吸收和利用。
權(quán)利要求
1.一種管腔一體化碟式太陽能熱接收器，其特征在于包括內(nèi)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(huán)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(nèi) 環(huán)流道(13)、外環(huán)流道(14)、吸熱腔(15)和漫反射錐體(16)；環(huán)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(shè)有一個(gè)漫反射錐體(16)，漫反射錐體(16) 通過螺釘固定在四個(gè)連接固定板(6)上，四個(gè)連接固定板(6)沿圓周向均勻焊接于圓柱腔 體(10)內(nèi)壁，環(huán)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(nèi)設(shè)有內(nèi)環(huán)流道 (13)和外環(huán)流道(14)，內(nèi)環(huán)流道(13)和外環(huán)流道(14)沿軸向分別布置若干組，在內(nèi)環(huán)流道 (13)和外環(huán)流道(14)底部設(shè)有連通孔(12)，連通孔(12)上端通過加裝螺釘(11)和密封圈 進(jìn)行密封，內(nèi)環(huán)流道(13)通過圓柱腔體(10)底部的內(nèi)通氣管(1)與第一配氣/集氣蓋(2) 相連，外環(huán)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(nèi)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(jī)膨脹腔連接，第二配氣/集氣蓋(4)與斯特林機(jī)回?zé)?器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管腔一體化碟式太陽能熱接收器，其特征在于所述的圓 柱腔體(10)的寬度為13-40mm，內(nèi)環(huán)流道(13)軸線距圓柱腔體(10)底面距離為3_8mm，外 環(huán)流道(14)與內(nèi)環(huán)流道(13)軸線之間的距離為4-15mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管腔一體化碟式太陽能熱接收器，其特征在于所述的圓 柱腔體(10)、連接固定板(6)和螺釘(11)均采用耐高溫合金材料lCrl8Ni9Ti，環(huán)形漫反射 體(8)和漫反射錐體(16)均采用陶瓷材料，耐高溫石英玻璃(9)采用高光線穿透率材料，圓 柱腔體(10)內(nèi)壁面涂覆耐高溫輻射吸收涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管腔一體化碟式太陽能熱接收器，本發(fā)明采用吸熱腔和換熱管道一體化的結(jié)構(gòu)，在圓柱腔體上開有兩排細(xì)孔以形成氣體的流通管道，換熱氣體在氣道中高速流過并帶走熱量，兩組氣道經(jīng)通氣管分別與兩個(gè)配氣/集氣蓋相連，配氣/集氣蓋在系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)輪流起到配氣和集氣的作用。吸熱腔體進(jìn)口處布置有環(huán)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。本發(fā)明解決了現(xiàn)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，本發(fā)明結(jié)構(gòu)更緊湊，使用壽命更長，同時(shí)系統(tǒng)還具有氣阻小、氣密好和換熱效率較高等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高碟式系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率及穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)F24J2/00GK102141301SQ20111009060
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者俞自濤, 帥鷗, 張良, 洪榮華, 胡亞才, 阮光正, 陳健, 陳歡 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)