一种太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器

摘要

本发明公开了一种太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器，包括吸热载体、保温体和金属容器；其特征在于：保温体设在金属容器的外侧，金属容器的前端开口，且前端设有太阳能聚集部，金属容器上设有进气管、出气管及吸光腔体，进气管与金属容器的内腔连通；吸光腔体设在金属容器的内腔内，与太阳能聚集部连通，吸光腔体朝向太阳光能投射的开口方向；所述的吸热载体设在金属容器内；金属容器内腔与吸热载体形成一密闭的吸热器腔体，出气管与吸热器腔体连通。本发明的太阳热能接收表面布置了若干带有凹腔表面的吸光腔体，能够增加多孔介质的泡沫陶瓷吸热载体与吸光腔体的接触面积，提升了导热性能；同时可以减少吸热器的辐射热损失。

权利要求

1.一种太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器，包括吸热载体（5）、保温体（1）和金属容器（3）；其特征在于：保温体（1）设在金属容器（3）的外侧，金属容器（3）的前端开口，且前端设有太阳能聚集部，金属容器（3）上设有进气管（2）、出气管（6）及吸光腔体（9），进气管（2）与金属容器的内腔连通；吸光腔体（9）设在金属容器（3）的内腔内，与太阳能聚集部连通，吸光腔体（9）朝向太阳光能投射的开口方向；所述的吸热载体（5）设在金属容器（3）内；金属容器（3）内腔与吸热载体（5）形成一密闭的吸热器腔体（7），出气管（6）与吸热器腔体（7）连通。

2.根据权利要求1所述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器，其特征是：所述的太阳能聚集部为二次聚光器（10），二次聚光器（10）安装在金属容器的前端，二次聚光器（10）的外侧设有保温体。

3.根据权利要求1所述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器，其特征是：所述的金属容器（3）的前端面为吸收太阳光能的复合腔体（15），在复合腔体（15）的曲面上均匀的或根据太阳光分布情况来布置若干吸光腔体（9）。

4.根据权利要求2所述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器，其特征是：二次聚光器（10）的前端设有石英窗（11）。

5.根据权利要求1所述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器，其特征是：所述的吸光腔体（9）是由进光段（12）和导光段（13）组合构成的凹腔结构。

6.根据权利要求1所述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器，其特征是：所述的金属容器（3）采用耐高温的金属材料制成。

7.根据权利要求1所述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器，其特征是：所述的吸热载体（5）为多孔介质的碳化硅泡沫陶瓷，所述的吸热载体（5）布置在金属容器（3） 的内腔前端，吸热载体（5）与金属容器（3）的吸光腔体（9）表面紧密贴合；所述的吸光腔体（9）前端与前端封板（14）焊接。

8.根据权利要求1所述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器，其特征是：所述的吸光腔体（9）的几何形状可以为圆柱腔、倒锥腔或组合腔，所述的组合腔是由倒锥结构和圆柱腔组合而成。

9.根据权利要求2所述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器，其特征是：所述的金属容器（3）的前端表面与二次聚光器（10）的尾部留有间隙。

10.根据权利要求1所述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器，其特征是：所述的金属容器（3）内的吸热载体（5）由多段组成，相邻的两段之间设置有栅格板（4），所述的栅格板（4）上设置有若干圆孔。

说明书

一种太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器

技术领域

[0001] 本发明属于太阳能光热发电用高温空气吸热器技术领域，具体是涉及一种太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器。

背景技术

[0002] 太阳能光热发电技术领域，由于太阳光能的辐射资源的能流密度低，不能进行直接的采集利用，往往须将大面积的太阳光能聚集到吸热器内进行光热转换，使吸热器内流动的工质获得热能，由高温高压工质推动热电转换装置工作，继而实现将太阳光能转换为电能输出。

[0003] 吸热器是太阳光能—工质热能转换的核心装置，对整个太阳能光热电站的运行效率影响显著。为了有效的提升太阳能光热发电的效率，一般是通过提高空气工质的压力和温度，这就需要配置的吸热器能够承受高温高压。在高温太阳能空气吸热器中，应用较多的是容积式空气吸热器，他是利用三维多孔介质材料构成吸热器结构的基体，通过多孔介质材料吸收太阳光热能，而流动的空气工质与基体直接进行对流换热，进而使空气工质获得热能，此容积式吸热器在高压运行时对吸热器结构的密封性能要求高。此外，由于聚光器供给的太阳光能密度是巨大的，且能流分布不均匀，容易在吸热器的接收面上或吸热器内部多孔介质基体形成高温差，容易导致吸热器的损坏。

[0004] 在容积式空气吸热器的高压运行方面，有通过在吸热器的开口面安装石英窗进而形成密闭空间，虽能一定程度的提高运行压力，但石英窗在高温和压力的作用下，容易损坏，且密封效果有限。还有通过将致密多孔介质材料形成密闭结构的，如现有技术(CN 101307956 A)中提出以致密碳化硅陶瓷作为承压空气腔，此种空气吸热器的工作压力能达到1Mpa以上，但对于高压的8 10 Mpa的运行情况，可能较难适应。在吸热器的传热过程中，~
是由吸热器内部的接收面接收太阳光能，而后依靠多孔介质载体进行导热传递，以及空气工质流动过程的热能传递，多孔介质载体的温度分布是不均匀的，一般是靠近接收面的温度高，而空气工质出口位置的温度低。吸热器内部的温度分布不均匀，容易导致多孔介质材料的热烧蚀，且对内部空气工质的换热效率存在一定影响。为了有效的提高温度分布的均匀性、吸热器的空气工质运行压力及温度，需要提出新结构的容积式空气吸热器。

发明内容

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够使得空气吸热器的换热能力更强，且能够产出高温高压气体的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器；该吸热器由于布置了若干吸光腔体，可以使其内部的多孔介质吸热载体的温度分布更均匀，且能够有效的提高运行可靠性和热力性能。

[0006] 本发明采用的技术方案是：一种太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器，包括吸热载体、保温体和金属容器；其特征在于：保温体设在金属容器的外侧，金属容器的前端开口，且前端设有太阳能聚集部，金属容器上设有进气管、出气管及吸光腔体，进气管与金属容器的内腔连通；吸光腔体设在金属容器的内腔内，与太阳能聚集部连通，吸光腔体朝向太阳光能投射的开口方向；所述的吸热载体设在金属容器内；金属容器内腔与吸热载体形成一密闭的吸热器腔体，出气管与吸热器腔体连通。

[0007] 上述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器中，所述的太阳能聚集部为二次聚光器，二次聚光器安装在金属容器的前端，二次聚光器的外侧设有保温体。

[0008] 上述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器中，所述的金属容器的前端面为吸收太阳光能的复合腔体，在复合腔体的曲面上均匀的或根据太阳光分布情况来布置若干吸光腔体。

[0009] 上述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器中，二次聚光器的前端设有石英窗。

[0010] 上述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器中，所述的吸光腔体是由进光段和导光段组合构成的凹腔结构。

[0011] 上述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器中，所述的金属容器采用耐高温的金属材料制成。

[0012] 上述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器中，所述的吸热载体为多孔介质的碳化硅泡沫陶瓷，所述的吸热载体布置在金属容器的内腔前端，吸热载体与金属容器的吸光腔体表面紧密贴合；所述的吸光腔体前端与前端封板焊接。

[0013] 上述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器中，所述的吸光腔体的几何形状可以为圆柱腔、倒锥腔或组合腔，所述的组合腔是由倒锥结构和圆柱腔组合而成。

[0014] 上述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器中，所述的金属容器的前端表面与二次聚光器的尾部留有间隙。

[0015] 上述的太阳能热发电用多凹腔表面的容积式空气吸热器中，所述的金属容器内的吸热载体由多段组成，相邻的两段之间设置有栅格板，所述的栅格板上设置有若干圆孔。

[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0017] 1、本发明采用了耐高温的金属容器，使得内部的空气工质可以工作在较高的压力和高温条件下，有效的提升了工质的后续做功能力。

[0018] 2、本发明的太阳热能接收表面布置了若干带有凹腔表面的吸光腔体，能够使聚集的太阳光能沿着凹腔表面进行传递，可以增加多孔介质的泡沫陶瓷吸热载体与吸光腔体的接触面积，有助于提升导热性能。且吸光腔体的凹腔表面容易形成黑腔辐射，有助于减少吸热器的辐射热损失。

[0019] 3、本发明可结合聚集的太阳光能分布情况，优化布置吸光腔体的位置，可以使得吸热器内部的温度分布均匀；由于吸光腔体插入在吸热载体的内部，有效的提升了吸热载体的热响应效果，同时也提升了吸热载体的温度均匀性，有效提升内部空气工质的换热性能。

附图说明

[0020] 图1为本发明的实施例1的结构示意图。

[0021] 图2为本发明的实施例2的结构示意图。

[0022] 图3为本发明的实施例1和实施例2的金属容器结构示意图。

[0023] 图4为本发明的实施例3的结构示意图。

[0024] 图5为本发明的圆柱腔吸光腔体的结构示意图。

[0025] 图6为本发明的倒锥腔吸光腔体的结构示意图。

[0026] 图7为本发明的组合腔吸光腔体的结构示意图。

[0027] 1—保温体，2—进气管，3—金属外壳，4—栅格板，5—进气管，6—出气管，7—吸热器腔体，8—容积吸热器，9—吸光腔体，10—二次聚光器，11—石英窗，12—进光段，13—导光段，14—前端封板，15—复合腔体。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

[0029] 实施例1

[0030] 如图1所示，本发明包括用于聚集太阳光能的二次聚光器10、吸热载体5、保温体1和形成密闭的吸热器腔体7的金属容器3。金属容器3的前端开口，且前端与二次聚光器10的后端连接。金属容器3和二次聚光器10的外侧设有保温体1。金属容器3上设有进气管2、出气管6、吸光腔体9及前端封板14，进气管2与金属容器的内腔连通；吸光腔体9设在金属容器3的内腔内，与二次聚光器10连通，吸光腔体9朝向太阳光能投射的开口方向，吸光腔体9的前端与前端封板14焊接。所述的吸热载体5布置在金属容器3的内部，紧贴在金属容器3和吸光腔体9的表面。金属容器3内腔与吸热载体5形成一密闭的吸热器腔体7，出气管6与吸热器腔体7连通。所述的吸光腔体9是由进光段12和导光段13组合构成凹腔结构，所述的吸光腔体9沿金属容器3前端面接收太阳光能的表面均匀布置，用于接收聚集的太阳光能，使太阳光能在吸光腔体9的内部凹腔表面进行反射或漫反射传递。

[0031] 如图1和图3所示，所述的金属容器3采用不锈钢、钨等耐高温的金属或耐高温的金属合金等材料，所述金属容器3的吸光腔体9直接接收抛物面碟式聚光器或二次聚光器10反射聚集的太阳光能，吸光腔体9位于金属容器3前端面，且吸光腔体9朝向太阳光能投射的开口位置。

[0032] 所述的吸热载体5为多孔介质的碳化硅泡沫陶瓷，所述的吸热载体5布置在密闭的吸热器腔体7内，在成型的过程中吸热载体5与金属容器3的吸光腔体9表面紧密贴合，增强导热能力； 所述的吸光腔体9与前端封板14焊接成型，形成密闭容器。

[0033] 所述的二次聚光器10的前端进光口位置安装有石英窗11，降低吸热器的对流热损失；所述的保温体1包裹在金属容器3和二次聚光器10的外部，减少热损失。

[0034] 所述的金属容器3内的吸热载体5由多段组成，相邻的两段之间设置有栅格板4，所述的栅格板4上设置有若干圆孔，圆孔的布置原则是保证空气工质在金属容器3内的流动换热能力增强，使空气工质的温度更高。

[0035] 实施例2

[0036] 如图2所示，其结构与实施例1相似，区别仅在于金属容器3的前端还可以与二次聚光器10的尾部之间留有间隙L，保证了金属容器3的前端表面的能流分布均匀。

[0037] 实施例3

[0038] 如图4所示，其结构与实施例1相似，只是将用于聚集太阳光能的二次聚光器10替换为设置在金属容器3内的复合腔体15，在复合腔体15的曲面几何基础上均匀的或根据太阳光分布情况来布置若干吸光腔体9。

[0039] 如图5-7所示，所述的吸光腔体9的几何形状可以为圆柱腔、倒锥腔和组合腔，所述的组合腔是由倒锥结构和圆柱腔组合而成。

[0040] 本发明采用了耐高温的金属容器3组成封闭容积，使得内部的空气工质可以工作在较高的压力和高温条件下，有效的提升了工质的后续做功能力；本发明在太阳热能接收表面布置了若干带有凹腔表面的吸光腔体9，能够使聚集的太阳光能沿着凹腔表面进行传递，可以增加多孔介质的泡沫陶瓷吸热载体5与吸光腔体9的接触面积，有助于提升导热性能。且吸光腔体9的凹腔表面容易形成黑腔辐射，有助于减少吸热器的辐射热损失；此外，可结合聚集的太阳光能分布情况，优化布置吸光腔体9的位置，可以使得本发明内部的温度分布均匀；由于吸光腔体9插入在吸热载体5的内部，有效的提升了吸热载体5的热响应效果，同时也提升了吸热载体5的温度均匀性，有效提升内部空气工质的换热性能。