專利名稱：高溫太陽(yáng)能熱管接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱管接收器，特別涉及一種高溫太陽(yáng)能接收器。
背景技術(shù)：
碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)是通過(guò)一拋物面碟形聚光器將太陽(yáng)輻射聚集到一接 收器當(dāng)中，接收器將能量吸收后傳遞到熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能到電能 的轉(zhuǎn)換。碟式系統(tǒng)由于效率高，且適于建立分布式能源系統(tǒng)，得到了一定的發(fā)展。 接收器是碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，直接決定著整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠 性，因此受到了人們的重視。
碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的接收器有兩種類型直接照射式和間接受熱式。前 者是將太陽(yáng)光聚集后直接照在熱機(jī)的換熱管上，后者則通過(guò)某種中間媒介將太陽(yáng) 能傳遞到熱機(jī)。直接照射是碟式系統(tǒng)最早使用的接收太陽(yáng)能的方式，因?yàn)樗恍?將熱機(jī)(主要為斯特林發(fā)動(dòng)機(jī))的換熱管進(jìn)行改造以利于接收直接的太陽(yáng)輻射即 可實(shí)現(xiàn)吸熱傳熱功能。由于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度存在非常明顯的不穩(wěn)定性，聚光鏡本身 也可能存在一定的加工精度問(wèn)題，會(huì)使換熱管上的熱流密度呈現(xiàn)非常明顯的不均 勻與不穩(wěn)定現(xiàn)象。這樣，在多缸斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中各氣缸的溫度和熱量供給的平衡 就成了 一個(gè)難以解決的問(wèn)題。
針對(duì)直接照射式接收器存在的問(wèn)題，研究者們提出了將液態(tài)金屬相變換熱應(yīng) 用于接收器的設(shè)計(jì)當(dāng)中，利用液態(tài)金屬的蒸發(fā)和冷凝將熱量傳遞至斯特林熱機(jī)的 換熱管。這種接收器具有較好的等溫性，從而延長(zhǎng)了熱機(jī)加熱頭的壽命，同時(shí)提 高了熱機(jī)的效率。在對(duì)接收器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以對(duì)每個(gè)換熱面進(jìn)行單獨(dú)的優(yōu)化。 這類接收器的設(shè)計(jì)工作溫度一般為650。C~ 850'C,而工作介質(zhì)主要為液態(tài)堿金 屬鈉、鉀、或鈉鉀合金，這主要是因?yàn)樗鼈冊(cè)诟邷貤l件下具有很低的飽和蒸汽壓 力和較高的汽化潛熱。
這種類型的接收器又包括池沸騰接收器，熱管式接收器等。
美國(guó)專利US4335578、 US6487859B2等分別涉及了上述池沸騰接收器和熱管 式接收器。它們?cè)趯?shí)現(xiàn)高效傳熱的同時(shí)，又分別有著各自的缺點(diǎn)。池沸騰式接收
器要求充液量較大，大量的液態(tài)金屬增加了接收器的重量和造價(jià)，同時(shí)也使得操 作時(shí)的安全性得不到較好保障。熱管式接收器減小了熱管的充液量，但是由于涉
及到大面積的吸液芯分布，以;o卩工難度較大，在實(shí)際應(yīng)用中仍存在諸多問(wèn)題。 上述幾項(xiàng)專利中涉及到的接收器由于吸熱面就是單個(gè)熱管的加熱端， 一旦出現(xiàn)泄 漏整個(gè)接收器將失效。
基于以上原因，上述接收器在實(shí)際應(yīng)用中都存在著不容忽視的安全性和可靠 性等問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)行。
美國(guó)專利US5113659涉及了一種可蓄熱的高溫?zé)峁芙邮掌?。該接收器是由?根圓柱狀高溫?zé)峁芙M合而成，提高了接收器的可靠性。但存在如下缺點(diǎn)
1. 由于采用普通圓柱狀高溫?zé)峁?，吸熱段為圓柱狀，其接收太陽(yáng)光的表面法線 方向與入射光有著;f艮大的夾角，影響了吸熱的效率；
2. 由于吸熱段每根熱管之間有著較大空隙，致使陽(yáng)光又很大一部分并未直接照 射到熱管壁面，進(jìn)一步降低了接收器的熱效率；
3. 該專利涉及的接收器主要考慮蓄熱功能，這就限制了接收器對(duì)不同功率發(fā)電
系統(tǒng)的適應(yīng)性，因?yàn)槿绻麩峁軘?shù)量較少，所蓄熱量將不足以維持接收器的工
作。所以接收器的設(shè)計(jì)功率并不能夠隨意調(diào)節(jié)，而是必須在滿足蓄熱的條件
下調(diào)整熱管根數(shù)，這就給接收器的使用帶來(lái)很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，設(shè)計(jì)、研制一種高溫太陽(yáng)能熱管接收器。 本發(fā)明的技術(shù)方案是
高溫太陽(yáng)能熱管接收器，包括由數(shù)根異型高溫?zé)峁軐?duì)中均布組合而成的吸熱 腔，由套管和高溫?zé)峁芊艧岫螛?gòu)成的工作流體通道，用于漫反射的陶資圓錐體， 工作流體進(jìn)口管、工作流體出口管、以及陶瓷采光孔，其主要技術(shù)特征在于吸熱 腔由每根相鄰異型高溫?zé)峁艿奈鼰岫蝺蓛上噙B接并對(duì)中均布而成，異型高溫?zé)峁?的吸熱段為梭形，套管套在異型高溫?zé)峁艿姆艧岫紊?，套管上設(shè)有工作流體進(jìn)口 、 工作流體出口。
本發(fā)明相較于其他接收器方案，具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明采用了理論研究和加工制造都比較成熟的圓柱狀高溫?zé)峁芨脑斐傻?異型高溫?zé)峁茏鳛槲鼰醾鳠嵩?，給接收器的加工帶來(lái)了很大方便，同時(shí)也使得
接收器的造價(jià)比上述其他熱管式接收器低。
本發(fā)明是一種組合式接收器，采用數(shù)根異型高溫?zé)峁茏鳛槲鼰醾鳠嵩?，?根熱管在吸熱段兩兩相連。每根高溫?zé)峁艿墓ぷ鲄s是相對(duì)獨(dú)立的，這樣即使某處 由于接收到的熱流密度過(guò)高而出現(xiàn)過(guò)熱點(diǎn)，甚至出現(xiàn)熱管泄漏失效，并不會(huì)給其 它熱管的工作帶來(lái)影響，這就很好的保證了接收器的可靠性，可長(zhǎng)期運(yùn)行于高熱 流密度或者熱流密度不均的環(huán)境中。
高溫?zé)峁茉谖鼰崆恢械牟糠直辉O(shè)計(jì)成適宜接收入射光的形狀，如梭形、三角 形、橢圓形等，吸熱表面法線方向與入射光的夾角很小，提高了吸熱效率。
每根高溫?zé)峁茉谖鼰岫蝺蓛上噙B，中間并無(wú)空隙，所有入射光都直接照射到 吸熱表面，這樣就防止了入射光的損失，提高了整個(gè)接收器的效率。
由于本發(fā)明所采用的數(shù)根異型高溫?zé)峁芙M合成吸熱腔，使得接收器可以根據(jù) 選用高溫?zé)峁艿臄?shù)量而調(diào)節(jié)整個(gè)接收器的熱功率，但對(duì)單根高溫?zé)峁艿男阅軈s沒(méi) 有提高要求。


圖1——本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2__圖1中的右^L圖。
圖3——本發(fā)明中的套管結(jié)構(gòu)示意圖。.
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2、圖3所示，用于碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫太陽(yáng)能熱管接收器 結(jié)構(gòu)包括數(shù)根異型高溫?zé)峁?,由高溫?zé)峁?對(duì)中均布而成的吸熱腔2，將高溫 熱管1分隔成吸熱段和放熱段的陶瓷圓錐體3，用于工作流體換熱的套管4，工 作流體進(jìn)口管5以及工作流體出口管6。高溫?zé)峁?在套管4中的部分為圓柱狀， 而在吸熱腔中的部分則被加工成梭形，且兩兩相連。套管4內(nèi)的高溫?zé)峁?的放 熱段外壁加裝螺旋翅片7,用于強(qiáng)化流體的換熱。吸熱腔開(kāi)口處設(shè)有陶資材料制 成的采光孔8。本實(shí)施例的高溫?zé)峁?的管材為耐熱合金鋼，內(nèi)部毛細(xì)結(jié)構(gòu)為絲 網(wǎng)吸液芯(也可為燒結(jié)吸液芯)，采用的工質(zhì)為液態(tài)金屬鈉，套管內(nèi)的工作流體 為氦氣。
本實(shí)施例的用于碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫太陽(yáng)能熱管接收器在工作時(shí)，經(jīng)碟 形聚光器聚集后的太陽(yáng)光從采光孔8入射到吸熱腔內(nèi)，由高溫?zé)峁?的吸熱段吸
收，在此光能轉(zhuǎn)換成熱能。所有的熱能通過(guò)高溫?zé)峁?的管壁傳遞給管內(nèi)的液態(tài) 金屬鈉。金屬鈉通過(guò)蒸發(fā)冷凝的相變換熱將熱量傳遞至高溫?zé)峁?的放熱段的管 壁， 一部分熱量通過(guò)導(dǎo)熱傳遞給管外的螺旋翅片7。同時(shí)，從工作流體進(jìn)口管5 流進(jìn)的高壓的工作流體氦氣，流經(jīng)套管時(shí)將熱管壁及螺旋翅片的熱量帶走，之后 從工作流體出口管6流出，此時(shí)氦氣的溫度達(dá)到700°C。高溫高壓的氦氣流出后 即可進(jìn)入熱積h惟動(dòng)熱才幾運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)電。
本實(shí)施例考慮了整個(gè)接收器的保溫性，在接收器外部覆以耐高溫的保溫層9, 保溫層9外則覆有鋁合金的外殼10。這樣就最大P艮度的減小了接收器的熱損失， 保證了接收器的熱效率。
除以上實(shí)施例之外，本發(fā)明可有多種實(shí)施方式，凡在本發(fā)明基礎(chǔ)上實(shí)施的等 效替換或類似組合變換均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.高溫太陽(yáng)能熱管接收器，包括由數(shù)根異型高溫?zé)峁軐?duì)中均布組合而成的吸熱腔，由套管和高溫?zé)峁芊艧岫螛?gòu)成的工作流體通道，用于漫反射的陶瓷圓錐體，工作流體進(jìn)口管、工作流體出口管、以及陶瓷采光孔，其特征在于吸熱腔由每根相鄰異型高溫?zé)峁艿奈鼰岫蝺蓛上噙B接并對(duì)中均布而成，異型高溫?zé)峁艿奈鼰岫螢樗笮危坠芴自诋愋透邷責(zé)峁艿姆艧岫紊?，套管上設(shè)有工作流體進(jìn)口、工作流體出口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫太陽(yáng)能熱管接收器，其特征在于異型高溫?zé)峁?吸熱段的橫截面形狀也可為橢圓形或三角形或圓形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫太陽(yáng)能熱管接收器，其特征在于異型高溫?zé)峁?放熱段的橫截面形狀為圓型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫太陽(yáng)能熱管接收器，其特征在于所述吸熱腔為 圓筒狀腔體。
5. 根據(jù)如權(quán)利要求1所述的高溫太陽(yáng)能熱管接收器，其特征在于所述高溫?zé)?管放熱段、吸熱段由陶瓷圓錐體隔開(kāi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫太陽(yáng)能熱管接收器，其特征在于套管內(nèi)高溫?zé)?管的放熱段可加裝翅片或?qū)峁芡獗谶M(jìn)行擴(kuò)展表面加工。
7. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高溫太陽(yáng)能熱管接收器，其特征在于套管內(nèi)的翅片 可為軸向直翅片或螺旋翅片。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫太陽(yáng)能熱管接收器，其特征在于所述高溫?zé)峁?內(nèi)設(shè)有吸液芯，所述吸液芯的型式可為絲網(wǎng)吸液芯或金屬粉末燒結(jié)吸液芯或絲網(wǎng) 溝槽復(fù)合吸液芯。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫太陽(yáng)能熱管接收器，其特征在于所述吸熱腔開(kāi) 口處設(shè)有環(huán)形的陶瓷采光孔。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高溫太陽(yáng)能熱管接受器，其特征在于所述高溫?zé)峁?內(nèi)的工作介質(zhì)為液態(tài)金屬鈉、鉀或者鈉鉀合金。全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫太陽(yáng)能接收器。本發(fā)明結(jié)構(gòu)是吸熱腔由每根相鄰異型高溫?zé)峁艿奈鼰岫蝺蓛上噙B接并對(duì)中均布而成，異型高溫?zé)峁艿奈鼰岫螢樗笮?，套管套在異型高溫?zé)峁艿姆艧岫紊希坠苌显O(shè)有工作流體進(jìn)口、工作流體出口。本發(fā)明解決了吸熱效率低下、使用受到局限等缺陷。本發(fā)明具有圓柱狀高溫?zé)峁芨脑斐傻漠愋透邷責(zé)峁茏鳛槲鼰醾鳠嵩?，加工容易，成本低，每根熱管在吸熱段兩兩相連，但其工作卻是相對(duì)獨(dú)立的，局部故障不影響整個(gè)接收器，可靠性強(qiáng)，吸熱腔中部分具適宜接收入射光的梭形、三角形、橢圓形等，提高了吸熱效率，且在吸熱段兩兩相連的高溫?zé)峁苤虚g無(wú)空隙，就防止了入射光的損失，提高了整個(gè)接收器的效率。
文檔編號(hào)F24J2/32GK101178265SQ20071019114
公開(kāi)日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者莉 丁, 駿 莊, 紅 張, 穜 白, 輝 許, 陳興元, 陶漢中 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)