專利名稱：太陽能傳熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳熱裝置，特別涉及用于太陽能聚集設(shè)備的太陽能傳熱裝置。
背景技術(shù)：
太陽能作為一種潔凈、環(huán)保的能源，長(zhǎng)期以來人們一直致力于對(duì)其的開發(fā)和利用。 特別是近年來，由于油價(jià)的不斷攀升和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的提高，以及大氣二氧化碳排放量的限制，各國(guó)更加努力地開展了太陽能利用方面的研究。國(guó)內(nèi)對(duì)太陽能熱利用做了不少工作，居民用太陽能熱水器技術(shù)已經(jīng)很成熟，但熱水器屬于低溫太陽能熱利用范疇；目前國(guó)內(nèi)少數(shù)研究者開始了對(duì)太陽能高溫?zé)崂玫难芯?，使用太陽能獲得高溫蒸汽，進(jìn)行太陽能光熱發(fā)電的研究，所得傳熱介質(zhì)的溫度越高，熱機(jī)就具有更高效率；如何將接受器接收到的巨大太陽能熱量傳出系統(tǒng)外，成為技術(shù)的重點(diǎn)。使用太陽能發(fā)電所需要的蒸汽溫度達(dá)500°C 600°C，這與以往的傳熱有著很大的不同，對(duì)傳熱介質(zhì)提出了更高的挑戰(zhàn)；普通的導(dǎo)熱油超過400°C就超過了其溫度使用極限；使用蒸汽直接導(dǎo)熱，受其壓力的限制，且需要大量的蒸汽經(jīng)過吸收管，對(duì)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性提出很高的要求；使用金屬鈉或熔融鹽作為傳導(dǎo)介質(zhì)，其具有良好的傳熱性能，但其安全性很難保證，且具有昂貴的價(jià)格，使系統(tǒng)成本較高，實(shí)際操作更是很不容易；且以上提到的一些傳熱的方式都同時(shí)存在運(yùn)行穩(wěn)定性的問題，儲(chǔ)熱油高溫起燃，蒸汽腐蝕，高溫鈉泄漏等等一些不穩(wěn)定因素。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種傳熱裝置，其特點(diǎn)為傳熱高效，成本低廉，性能安全穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，無污染。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種太陽能傳熱裝置。該太陽能傳熱裝置包括受熱區(qū)、放熱區(qū)、固定外形傳熱介質(zhì)及驅(qū)動(dòng)裝置；其中，在所述受熱區(qū)、放熱區(qū)內(nèi)設(shè)置有內(nèi)層金屬管，所述固定外形傳熱介質(zhì)貫穿于所述內(nèi)層金屬管內(nèi)；所述受熱區(qū)位于太陽能光線接受位置，所述內(nèi)層金屬管在受熱區(qū)的部分的外表面涂有高吸收率低發(fā)射率的涂層；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述固定外形傳熱介質(zhì)在太陽能傳熱裝置內(nèi)運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，所述受熱區(qū)位于太陽能拋物反射槽或菲涅爾反射鏡陣列的長(zhǎng)焦線上。在一個(gè)實(shí)施例中，所述受熱區(qū)包括外層玻璃管，線性的內(nèi)層金屬管在受熱區(qū)的部分呈線性，外表面涂有高吸收率低發(fā)射率的涂層，以增強(qiáng)太陽能熱量的吸收，減少熱量輻射的損失。優(yōu)選地，太陽能傳熱裝置包括轉(zhuǎn)向區(qū)，所述內(nèi)層金屬管貫穿于轉(zhuǎn)向區(qū)內(nèi)。所述轉(zhuǎn)向區(qū)位于所述受熱區(qū)與放熱區(qū)之間。優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)向區(qū)包括弧形外層波紋管和弧形的內(nèi)層金屬管，弧形外層波紋管與弧形的內(nèi)層金屬管之間為保溫層。
優(yōu)選地，所述內(nèi)層金屬管與外層玻璃管形成的空間處于真空狀態(tài)。優(yōu)選地，所述內(nèi)層金屬管的內(nèi)部空間處于密閉狀態(tài)，密閉空間內(nèi)為常壓氣體或加壓氣體。優(yōu)選地，所述內(nèi)層金屬管的內(nèi)部空間內(nèi)填充的氣體為非氧化、高傳熱氣體，比如惰性氣體或加壓惰性氣體。優(yōu)選地，所述惰性氣體或加壓惰性氣體為氦氣或加壓氦氣，氮?dú)饣蚣訅旱獨(dú)猓瑲錃饣蚣訅簹錃?，以改善?duì)流換熱條件及減少固定外形傳熱介質(zhì)的高溫氧化損傷。優(yōu)選地，所述內(nèi)層金屬管在受熱區(qū)的部分的內(nèi)表面具有高發(fā)射率形貌或覆蓋層及其組合，例如內(nèi)層金屬管內(nèi)表面的氧化覆蓋層，或粗糙表面及重復(fù)加熱冷卻后獲得的形貌或粗糙表面覆蓋一層高發(fā)射率層，以增強(qiáng)所述內(nèi)層金屬管向固定外形傳熱介質(zhì)輻射熱量。在一個(gè)實(shí)施例中，所述放熱區(qū)位于所述轉(zhuǎn)向區(qū)與受熱區(qū)之間，用以將固定外形傳熱介質(zhì)所接受的熱量轉(zhuǎn)換至太陽能傳熱裝置外部，例如太陽能儲(chǔ)熱裝置或熱利用裝置。優(yōu)選地，所述的固定外形傳熱介質(zhì)在內(nèi)層金屬管內(nèi)為滾動(dòng)行進(jìn)，以減少驅(qū)動(dòng)所需功耗及磨損。所述的固定外形傳熱介質(zhì)的每個(gè)單體優(yōu)選為帶槽等具有大表面積的球狀體或圓柱狀體。在一個(gè)實(shí)施例子中，所述球狀體或圓柱狀體由若干直徑不同或相同的圓片材料組合疊加而成。所述的固定外形傳熱介質(zhì)材質(zhì)優(yōu)選為金屬或石墨或金屬合金或陶瓷中的一種，亦或是它們的不同種類組合。所述的固體外形傳熱介質(zhì)優(yōu)選為球狀金屬。所述的固體外形傳熱介質(zhì)優(yōu)選為球狀陶瓷。優(yōu)選地，所述球狀金屬或球狀陶瓷的內(nèi)部制成中心穿孔而其外部制成為多槽結(jié)構(gòu)，以利于單個(gè)球狀金屬或球狀陶瓷在受熱區(qū)接受更多的熱量和在放熱區(qū)釋放更多的熱量。優(yōu)選地，所述球狀金屬或球狀陶瓷的槽結(jié)構(gòu)的槽型為凸型結(jié)構(gòu)，以增加單個(gè)鋼球體的體積和表面積，且利于輻射和對(duì)流。優(yōu)選地，所述固定外形傳熱介質(zhì)的外表面具有高吸收高發(fā)射率形貌或覆蓋層或涂層及其組合，例如固定外形傳熱介質(zhì)的表面的氧化覆蓋層，或粗糙表面及重復(fù)加熱冷卻后獲得的形貌，微弧氧化陶瓷涂層或粗糙表面覆蓋一層高發(fā)射率層，以增加鋼球在受熱區(qū)的吸收能力，在放熱區(qū)的熱輻射能力。優(yōu)選地，所述內(nèi)層金屬管在放熱區(qū)的部分內(nèi)表面涂有高吸收率涂層，部分的外表面具有高發(fā)射率形貌或覆蓋層及其組合，例如內(nèi)層金屬管內(nèi)表面的氧化覆蓋層，或粗糙表面及重復(fù)加熱冷卻后獲得的形貌或粗糙表面覆蓋一層高發(fā)射率層；以增加放熱區(qū)內(nèi)層金屬管的內(nèi)壁的熱量的吸收能力和外壁的熱量釋放能力，整體增強(qiáng)放熱效率。所述的固定外形傳熱介質(zhì)優(yōu)選為中空的球狀金屬或球狀陶瓷內(nèi)部為中空的密閉空間，其內(nèi)布置有250 550°C范圍內(nèi)具有低熔點(diǎn)和體積比熱容高的填充物質(zhì)，例如金屬材質(zhì)錫、鈉、鉀、鋅及合金等；或無機(jī)鹽類及混合物如硝酸鹽或碳酸鹽等。優(yōu)選地，所述中空密閉空間內(nèi)壁進(jìn)行噴涂、真空鍍膜等表面處理，提高腐蝕保護(hù)能力。優(yōu)選地，所述球狀金屬或球狀陶瓷之間通過鏈結(jié)構(gòu)相互連接，布置于所述內(nèi)層金屬管和放熱區(qū)空間內(nèi)，貫穿于整個(gè)太陽能傳熱裝置中。在一個(gè)實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)裝置布置于固定外形傳熱介質(zhì)所經(jīng)過的特定位置，用以驅(qū)動(dòng)固定外形傳熱介質(zhì)在內(nèi)層金屬管內(nèi)的滾動(dòng)行進(jìn)。本發(fā)明較現(xiàn)有的太陽能傳熱裝置有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)1、作為固定外形傳熱介質(zhì)的材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)高，傳熱效率高，系統(tǒng)常壓運(yùn)行，無泄露危險(xiǎn)，對(duì)環(huán)境友好；2、固定外形傳熱介質(zhì)具有強(qiáng)的高溫傳導(dǎo)熱量的能力；3、固定外形傳熱介質(zhì)的驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單；4、傳熱裝置的加工低成本，且易加工；5、傳熱裝置的性能安全穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)；6、包括固定外形傳熱介質(zhì)、外層玻璃管、外層波紋管和內(nèi)層金屬管在內(nèi)的太陽能傳熱裝置可以規(guī)?；a(chǎn)，大尺寸安裝；7、對(duì)于整體系統(tǒng)來說，可以接受大面積的太陽光，完成大量的能量的傳輸和利用， 系統(tǒng)可以規(guī)?；a(chǎn)，大規(guī)模利用。


本申請(qǐng)的示意圖僅僅是用于說明本申請(qǐng)人的太陽能傳熱裝置的思想而不是用于限制本申請(qǐng)的申請(qǐng)內(nèi)容。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在結(jié)合本申請(qǐng)的附圖并閱讀了本申請(qǐng)的說明書后易于理解本申請(qǐng)的內(nèi)容，附圖中圖Ia為本發(fā)明實(shí)施例的傳熱裝置的拋物槽式的整體示意圖；圖Ib為本發(fā)明實(shí)施例的傳熱裝置的菲涅爾陣列式的整體示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的傳熱裝置的受熱區(qū)的示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的傳熱裝置的轉(zhuǎn)向區(qū)的示意圖；圖如是本發(fā)明實(shí)施例的球狀金屬或球狀陶瓷的示意圖；圖4b是本發(fā)明實(shí)施例的球狀金屬或球狀陶瓷具有多槽的示意圖；圖如是本發(fā)明實(shí)施例的球狀金屬或球狀陶瓷具有多凸型槽的示意圖；圖4d是本發(fā)明實(shí)施例的球狀金屬或球狀陶瓷由多片圓片組成的示意圖；圖fe是本發(fā)明實(shí)施例的球狀金屬或球狀陶瓷內(nèi)部密閉空間內(nèi)布置具有相變和體積比熱高的填充物質(zhì)的示意圖；圖恥是本發(fā)明實(shí)施例的球狀金屬或球狀陶瓷由多個(gè)內(nèi)部具有填充物質(zhì)的結(jié)構(gòu)疊加組成的示意圖；以及圖6是本發(fā)明實(shí)施例的傳熱裝置的太陽能塔式聚光發(fā)電的應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式圖Ia和圖Ib為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽能傳熱裝置1的布局示意圖。傳熱裝置 1包括受熱區(qū)2、轉(zhuǎn)向區(qū)3、放熱區(qū)4，其中受熱區(qū)2對(duì)應(yīng)的位置分別為太陽能拋物反射槽或菲涅爾反射鏡陣列的長(zhǎng)焦線位置。該受熱區(qū)2接收來自反射鏡反射的太陽光。太陽能傳熱裝置1整體呈環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中受熱區(qū)2呈長(zhǎng)直線型，其長(zhǎng)度例如為至少10米。圖2為傳熱裝置1中的受熱區(qū)2的示意圖。受熱區(qū)2接收位于太陽能反射槽的長(zhǎng)焦線位置，接收來自太陽的能量，其整體呈線性。該受熱區(qū)2包括外層玻璃管6和線性的內(nèi)層金屬管7。在一個(gè)例子中，外層玻璃管6與線性的內(nèi)層金屬管7之間的空間優(yōu)選處于真空狀態(tài)。線性的內(nèi)層金屬管7的外表面涂有吸收太陽能的高吸收率低發(fā)射率的涂層，會(huì)聚的太陽光線在透過外層玻璃管6后，被線性的內(nèi)層金屬管7的外表面高吸收低反射涂層所吸收，內(nèi)層金屬管內(nèi)的球狀金屬或球狀陶瓷5接收來自線性的內(nèi)層金屬管7的接觸傳導(dǎo)、氣體的對(duì)流的熱量及其高溫的輻射，溫度升高。在受熱區(qū)2內(nèi)已受熱的球狀金屬或球狀陶瓷向轉(zhuǎn)向區(qū)3運(yùn)行，經(jīng)過放熱區(qū)4將能量換出，然后進(jìn)入下一個(gè)受熱區(qū)2，將冷卻的球狀金屬或球狀陶瓷5再次受熱，如此完成能量的傳輸。圖2還顯示了球狀金屬或球狀陶瓷5在受熱區(qū)2的內(nèi)部某一瞬間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，球狀金屬或球狀陶瓷5與球狀金屬或球狀陶瓷5之間有一定的間距，用連接裝置連接的球狀金屬或球狀陶瓷5在線性的內(nèi)層金屬管7內(nèi)做相同的運(yùn)動(dòng)，球狀金屬或球狀陶瓷5與線性的內(nèi)層金屬管7之間存在滾動(dòng)摩擦，球狀金屬或球狀陶瓷5沿著拖動(dòng)的方向逐步受熱，在受熱區(qū)2端頭完成加熱步驟，進(jìn)入轉(zhuǎn)向區(qū)3后，進(jìn)入到放熱區(qū)4換出在受熱區(qū)2接受的能量。球狀金屬或球狀陶瓷5有優(yōu)異的綜合性能。以鋼球?yàn)槔?，鋼球具有良好的傳熱能力，其?dǎo)熱系數(shù)大約為70 80W/(m*k)，可以很方便地傳導(dǎo)來自受熱區(qū)2的能量，鋼球的密度很高，為7800kg/m3，且其熱容大約為0. 4 0. 5kJ/ (g*K)，綜合來說，其具有與液態(tài)水相當(dāng)?shù)捏w積儲(chǔ)熱密度，具有優(yōu)良的儲(chǔ)熱能力；鋼球具有很高的熔點(diǎn)，其具有良好的傳導(dǎo)高溫能力，其在高溫例如500 1000°C下，攜帶能量運(yùn)行，性能也異常的穩(wěn)定，具有良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性；鋼球來源廣泛，加工和運(yùn)輸成本都很低廉；整個(gè)鋼球在系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行安全，不易破損，其使用壽命很長(zhǎng)，即使有破損，也不會(huì)對(duì)環(huán)境有絲毫的負(fù)面影響，沒有泄露影響，對(duì)操作人員也無潛在的隱患；如果鋼球的連接因運(yùn)行出現(xiàn)了問題，可以方便的退出運(yùn)行，進(jìn)行檢查、維修或更換。優(yōu)選地，所述球狀金屬或球狀陶瓷5的球體由兩個(gè)半球或近似半球組合而成。優(yōu)選地，所述球狀體或圓柱狀體由若干直徑不同或相同的圓片材料組合疊加而成。內(nèi)層金屬管內(nèi)的球狀金屬或球狀陶瓷5的一種優(yōu)化的例子為球狀金屬或球狀陶瓷5內(nèi)部的密閉空間內(nèi)布置在250 550°C范圍內(nèi)具有相變和高的體積比熱容的物質(zhì)，例如金屬材質(zhì)錫、鈉、鉀、鋅及合金等；或無機(jī)鹽類及混合物如硝酸鹽或碳酸鹽等，以提高載熱能力。需要說明的是，圖2中的球狀金屬或球狀陶瓷5可以由其它形式的固定外形傳熱介質(zhì)(或稱之為載體)，比如鋼柱體，石墨球/柱體，陶瓷球/柱體，或多種材料混合而成的球體/柱體。出于描述的方便，下文僅以球狀金屬或球狀陶瓷5為例，但是顯而易見的是這樣的描述同樣適用于這些所述其它類型的球狀金屬或球狀陶瓷。此外，前文的實(shí)施例中球狀金屬或球狀陶瓷5之間采用連接并且在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11的驅(qū)動(dòng)下完成熱量的傳送。但是，同樣可行的是，球狀金屬或球狀陶瓷或其它的球狀金屬或球狀陶瓷5 (例如制作成球形)之間沒有特定的連接，彼此只有相互依靠，后一個(gè)球狀金屬或球狀陶瓷推動(dòng)前一個(gè)球狀金屬或球狀陶瓷驅(qū)動(dòng)前行，完成運(yùn)行。
圖3示意了傳熱裝置1的轉(zhuǎn)向區(qū)3。轉(zhuǎn)向區(qū)3連接所述受熱區(qū)2和放熱區(qū)4。也就是說，所述轉(zhuǎn)向區(qū)3位于所述受熱區(qū)2與放熱區(qū)4之間。在一個(gè)例子中，所述轉(zhuǎn)向區(qū)3包括弧形的外層波紋管8和弧形的內(nèi)層金屬管9。該外層弧形波紋管8用于補(bǔ)償線性的內(nèi)層金屬管7和弧形的內(nèi)層金屬管9與外層玻璃管6的伸縮量的差值。在一個(gè)例子中，整個(gè)傳熱系統(tǒng)中，內(nèi)層金屬管內(nèi)處于封密的空間中，空間內(nèi)添加惰性氣體氦氣(He)或加壓氦氣，因氦氣具有更低的密度，具有優(yōu)于空氣多倍的單位換熱系數(shù)，以改善對(duì)流換熱條件，氦氣加壓后可進(jìn)一步提高換熱能力；且氦氣為惰性保護(hù)氣體，可以減少球狀金屬或球狀陶瓷的高溫環(huán)境中的氧化損傷。優(yōu)選地，內(nèi)層金屬管在受熱區(qū)2的部分的內(nèi)表面具有高發(fā)射率形貌或覆蓋層及其組合，例如內(nèi)層金屬管內(nèi)表面的氧化覆蓋層，或粗糙表面及重復(fù)加熱冷卻后獲得的形貌或粗糙表面覆蓋一層高發(fā)射率層，以增強(qiáng)所述內(nèi)層金屬管向固定外形傳熱介質(zhì)輻射熱量。圖4a_4d示意了球狀金屬或球狀陶瓷5的結(jié)構(gòu)實(shí)施方案。圖如示出球狀金屬或球狀陶瓷5的外部形狀示意圖。球狀金屬或球狀陶瓷5本身呈球形，可以做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。球狀金屬或球狀陶瓷5側(cè)面切平，以便于多個(gè)球狀金屬或球狀陶瓷之間的串接；球狀金屬或球狀陶瓷5在中心穿孔，以便于所述球狀金屬或球狀陶瓷5與球狀金屬或球狀陶瓷5之間通過連接裝置比如鏈?zhǔn)竭B接裝置、螺桿裝置連接在整個(gè)太陽能傳熱裝置1內(nèi)成線性排列。圖4b示出了球狀金屬或球狀陶瓷5的一種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，其外部制成為多槽結(jié)構(gòu)，以在增加其換熱面積，及時(shí)傳導(dǎo)其自身的熱量；例如當(dāng)放熱區(qū)4內(nèi)的冷卻介質(zhì)，穿過多槽結(jié)構(gòu)的球狀金屬或球狀陶瓷5時(shí)，因其具有較大的表面積，增大了其換熱效率，在短時(shí)間內(nèi)能將大量的熱量釋放至冷卻介質(zhì)，從而有利于傳輸熱量。圖如示意圖示出球狀金屬或球狀陶瓷5設(shè)計(jì)成凸型內(nèi)槽結(jié)構(gòu)，如此以增加單個(gè)球狀金屬或球狀陶瓷5的體積和表面積，利于單個(gè)球狀金屬或球狀陶瓷5在受熱區(qū)接受更多的熱量和在放熱區(qū)釋放更多的熱量，同時(shí)凸性槽內(nèi)兩面不平行，夾角開口向外，有利高溫球狀金屬或球狀陶瓷5可以更多地在放熱區(qū)4發(fā)生高溫輻射，以方便釋放熱量。圖4d為球狀金屬或球狀陶瓷5由多片圓片組成的示意圖，圖中示意出球狀金屬或球狀陶瓷5的另一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，球狀金屬或球狀陶瓷5由多片圓片組成，中心穿軸連接成球，散熱面積大，方便傳導(dǎo)熱量；總體制作方便，成本低廉。優(yōu)選地，固定外形傳熱介質(zhì)的外表面具有高吸收高發(fā)射率形貌或覆蓋層或涂層及其組合，例如內(nèi)層金屬管內(nèi)表面的氧化覆蓋層，或粗糙表面及重復(fù)加熱冷卻后獲得的形貌或微弧氧化陶瓷涂層或粗糙表面覆蓋一層高發(fā)射率層，以增加鋼球在受熱區(qū)2的吸收能力，在放熱區(qū)4的熱輻射能力。優(yōu)選地，內(nèi)層金屬管在放熱區(qū)4的部分內(nèi)表面涂有高吸收率涂層，部分的外表面具有高發(fā)射率形貌或覆蓋層及其組合，例如內(nèi)層金屬管內(nèi)表面的氧化覆蓋層，或粗糙表面及重復(fù)加熱冷卻后獲得的形貌或粗糙表面覆蓋一層高發(fā)射率層；以增加放熱區(qū)4內(nèi)層金屬管內(nèi)壁的熱量的吸收能力和外壁的熱量釋放能力，整體增強(qiáng)放熱效率。由此顯然可知，所有球狀金屬或球狀陶瓷5貫穿于整個(gè)太陽能傳熱裝置1中。球狀金屬或球狀陶瓷5在內(nèi)層金屬管內(nèi)以滾動(dòng)的形式行進(jìn)，減少驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸?shù)哪芎模瑴p少球狀金屬或球狀陶瓷5與內(nèi)層金屬管內(nèi)壁之間的磨損，延長(zhǎng)使用壽命。球狀金屬或球狀陶瓷5經(jīng)在受熱區(qū)2的受熱后，經(jīng)過轉(zhuǎn)向區(qū)3，進(jìn)入放熱區(qū)4。本發(fā)明的一個(gè)例子為，使用循環(huán)泵使換熱流體例如氦氣或加壓氦氣，以一定速率進(jìn)入放熱區(qū)4， 將過熱的球狀金屬或球狀陶瓷5的熱量帶出。球狀金屬或球狀陶瓷5在該放熱區(qū)4內(nèi)時(shí)，氦氣經(jīng)過高溫運(yùn)行于放熱區(qū)4的球狀金屬或球狀陶瓷5之間，因球狀金屬或球狀陶瓷5具有良好傳導(dǎo)熱的能力，氦氣溫度迅速獲得上升，如此獲得高溫氦氣，將高溫球狀金屬或球狀陶瓷5的熱量換出；球狀金屬或球狀陶瓷5從受熱區(qū)2吸收熱量，運(yùn)行至放熱區(qū)4釋放熱量， 其溫度的降低大約300°C。因整個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，受熱區(qū)2與轉(zhuǎn)向區(qū)3內(nèi)，都需要對(duì)球狀金屬或球狀陶瓷5的高溫狀態(tài)進(jìn)行能量的保持和維護(hù)，而在放熱區(qū)4主要的工作目的為將在受熱區(qū)2接受的能量的換出。放熱區(qū)4內(nèi)的球狀金屬或球狀陶瓷5在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11的作用下，帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的球狀金屬或球狀陶瓷5移動(dòng)，完成放熱后，進(jìn)入下一個(gè)受熱區(qū)2，如此循環(huán)傳導(dǎo)熱量。該實(shí)施例子中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11可以為常規(guī)齒輪傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)球狀金屬或球狀陶瓷5在太陽能傳熱裝置1中實(shí)現(xiàn)受熱、運(yùn)行、放熱、再受熱的循環(huán)過程。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，反射面型的寬度假定為5m，受熱區(qū)2與反射面型的長(zhǎng)度相等為120m，北京地區(qū)平均太陽光照密度0. 8kW/m2，系統(tǒng)整體利用效率為0. 75，球狀金屬或球狀陶瓷(例如鋼球)5的直徑60mm，外層玻璃管6的直徑為76mm，兩球之間有一定的間隙，定每米布置15個(gè)鋼球，鋼球密度7800kg/m3，比熱容為0. 43kJ/(kg^()，鋼球經(jīng)過受熱區(qū) 2后，溫度上升300°C ；通過計(jì)算分析得出鋼球在120m的受熱區(qū)需要運(yùn)行的時(shí)間為576s，則鋼球在整體的運(yùn)行速度為120m/576sm/s即0. 208m/s。圖fe和恥為球狀金屬或球狀陶瓷5中空密閉內(nèi)部具有填充物質(zhì)15的結(jié)構(gòu)示意圖。圖如為球狀金屬或球狀陶瓷5內(nèi)部密閉空間內(nèi)布置具有相變和體積比熱高的填充物質(zhì) 15的示意圖；圖中所示球狀金屬或球狀陶瓷5內(nèi)部為中空的密閉空間，其內(nèi)布置有250 550°C范圍內(nèi)具有低熔點(diǎn)和體積比熱容高的填充物質(zhì)，例如金屬材質(zhì)錫、鈉、鉀、鋅及合金等；或無機(jī)鹽類及混合物如硝酸鹽或碳酸鹽等，以提高載熱能力。圖恥為球狀金屬或球狀陶瓷5由多個(gè)內(nèi)部具有填充物質(zhì)15的結(jié)構(gòu)疊加組成的示意圖，該結(jié)構(gòu)其具有更大的表面， 方便地接受和釋放熱量。在中空密閉空間內(nèi)壁需進(jìn)行噴涂、真空鍍膜等表面處理，提高腐蝕保護(hù)能力，延長(zhǎng)其使用壽命。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，反射面型的寬度假定為5m，受熱區(qū)2與反射面型的長(zhǎng)度相等為120m，北京地區(qū)平均太陽光照密度0. 8kW/m2，系統(tǒng)整體利用效率為0. 75，外層玻璃管6的直徑為76mm，球狀金屬或球狀陶瓷5 (以鋼球?yàn)槔?的直徑60mm，鋼球密度7800kg/ m3，，比熱容為0. 43kJ/(kg^()，其中內(nèi)部密閉空間占球體體積的一半，密閉空間填充物質(zhì) 15，例如鋅，鋅熔點(diǎn)為420°C，沸點(diǎn)906 °C，密度為7140kg/m3，平均比熱為0. 394kJ/(kg*K)， 汽化熱為110. 8kJ/kg ；兩球之間有一定的間隙，定每米布置15個(gè)鋼球5，鋼球和鋅球經(jīng)過受熱區(qū)2后，從溫度250°C到達(dá)550°C溫度上升300°C ；則每個(gè)鋼球的質(zhì)量和密閉空間的鋅的體積為5. 65X 10_5m3，質(zhì)量分別為0. 440kg和0. 404kg，則一個(gè)包含鋼和鋅的球體，溫度上升至550°C，可以蓄的熱量為0. 0413kWh，每小時(shí)接受器可以接受360kwh的太陽能熱量，則一個(gè)小時(shí)內(nèi)共需要從系統(tǒng)中移除8716個(gè)溫度上升300°C的鋼球、鋅球的固定外形傳熱介質(zhì)， 則鋼球、鋅球傳熱介質(zhì)在系統(tǒng)中的運(yùn)行速度為0. 161m/s。圖6為是本發(fā)明實(shí)施例的傳熱裝置在太陽能塔式聚光發(fā)電方面的應(yīng)用。如圖所示，受熱區(qū)2位于太陽能塔式聚光發(fā)電的點(diǎn)式聚焦區(qū)域，固定外形傳熱介質(zhì)盤旋地經(jīng)過受熱區(qū)2，在點(diǎn)式聚焦區(qū)域受熱，接受能量，經(jīng)過與上文描述相似的運(yùn)行方式后完成能量的傳輸，即在驅(qū)動(dòng)裝置11的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)過轉(zhuǎn)向區(qū)3，運(yùn)行至放熱區(qū)4將接受的熱量釋放，溫度降低后，循環(huán)回到太陽能塔式聚光發(fā)電的點(diǎn)式聚光區(qū)域位置的受熱區(qū)2，接受下一輪的太陽能熱能，不斷循環(huán)，如此將熱量源源不斷地將接受的熱量傳送出該裝置之外。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例選用鋼球作為固定外形傳熱介質(zhì)，優(yōu)化鋼球內(nèi)部具有中空密閉空間，中空密閉空間內(nèi)壁表面具有噴涂或真空鍍膜涂層，提高防腐蝕能力；與現(xiàn)有的傳熱介質(zhì)相比具有的特點(diǎn)為導(dǎo)熱系數(shù)高，傳熱效率高，無泄漏危險(xiǎn)，對(duì)環(huán)境無害，易于接受來自受熱區(qū)內(nèi)的線性的內(nèi)層金屬管的熱量，而且在放熱區(qū)易于釋放熱量，從而低成本地完成了高溫傳導(dǎo)熱量的目標(biāo)。以上雖然參照附圖介紹了本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員明白，可以在本申請(qǐng)的精神和范圍內(nèi)對(duì)本申請(qǐng)作出各種變型而不是局限于說明書中介紹的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種太陽能傳熱裝置(1)，包括受熱區(qū)O)、放熱區(qū)G)、固定外形傳熱介質(zhì)及驅(qū)動(dòng)裝置(11)；其中，在所述受熱區(qū)O)、放熱區(qū)(4)內(nèi)設(shè)置有內(nèi)層金屬管，所述固定外形傳熱介質(zhì)貫穿于所述內(nèi)層金屬管內(nèi)；所述受熱區(qū)(2)位于太陽能光線接受位置，所述內(nèi)層金屬管在受熱區(qū)的部分的外表面涂有高吸收率低發(fā)射率的涂層；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(11)驅(qū)動(dòng)所述固定外形傳熱介質(zhì)在太陽能傳熱裝置(1)內(nèi)運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，受熱區(qū)(2)位于拋物反射槽或菲涅爾反射鏡陣列的長(zhǎng)焦線上或位于塔式聚光區(qū)域位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，所述內(nèi)層金屬管(7、 9)與外層玻璃管之間形成的空間處于真空狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，所述受熱區(qū)2的線性內(nèi)層金屬管(7)內(nèi)表面具有高發(fā)射率形貌或覆蓋層及其組合；所述放熱區(qū)的弧形的內(nèi)層金屬管(9)內(nèi)表面涂有高吸收率涂層，外表面具有高發(fā)射率形貌或覆蓋層及其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，所述的固定外形傳熱介質(zhì)的每個(gè)單體外形為球狀體或圓柱狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，所述的固定外形傳熱介質(zhì)在內(nèi)層金屬管內(nèi)滾動(dòng)行進(jìn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，所述的內(nèi)層金屬管內(nèi)空間添加非氧化、高傳熱氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，所述非氧化、高傳熱氣體是氦氣或加壓氦氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，所述的固定外形傳熱介質(zhì)材質(zhì)是金屬、石墨、金屬合金或陶瓷中的一種，亦或是它們的不同種類組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，所述的固定外形傳熱介質(zhì)包括球狀金屬或球狀陶瓷(5)外殼，外殼內(nèi)部的密閉空間內(nèi)布置在所需工作溫度范圍內(nèi)具有相變和高體積比熱容的填充物質(zhì)(15)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽能傳熱裝置，其中所述填充物質(zhì)(1 是低熔點(diǎn)金屬、 無機(jī)鹽類或其混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，所述固定外形傳熱介質(zhì)的外部制成為多槽大表面積結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，所述固定外形傳熱介質(zhì)的槽結(jié)構(gòu)為凸型結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，所述固定外形傳熱介質(zhì)由若干直徑不同或相同的圓片材料組合疊加而成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，所述固定外形傳熱介質(zhì)的外表面具有高發(fā)射率形貌或覆蓋層或涂層及其組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，固定外形傳熱介質(zhì)由多個(gè)結(jié)構(gòu)疊加而成，所述結(jié)構(gòu)的外殼是球狀金屬或球狀陶瓷(5)，并且內(nèi)部具有填充物質(zhì) (15)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能傳熱裝置(1)，其特征在于，包括轉(zhuǎn)向區(qū)(3)，所述內(nèi)層金屬管貫穿于轉(zhuǎn)向區(qū)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明披露一種太陽能傳熱裝置(1)。太陽能傳熱裝置(1)包括受熱區(qū)(2)、放熱區(qū)(4)、固定外形傳熱介質(zhì)及驅(qū)動(dòng)裝置(11)；其中，在所述受熱區(qū)(2)、放熱區(qū)(4)內(nèi)設(shè)置有內(nèi)層金屬管，所述固定外形傳熱介質(zhì)貫穿于所述內(nèi)層金屬管內(nèi)；所述受熱區(qū)(2)位于太陽能光線接受位置，所述內(nèi)層金屬管在受熱區(qū)的部分的外表面涂有高吸收率低發(fā)射率的涂層；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(11)驅(qū)動(dòng)所述固定外形傳熱介質(zhì)在太陽能傳熱裝置(1)內(nèi)運(yùn)行。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為可以規(guī)?；?，大尺寸安裝；固定外形傳熱介質(zhì)球體金屬或球體陶瓷(5)導(dǎo)熱系數(shù)高，傳熱效率高，無泄露危險(xiǎn)，對(duì)環(huán)境友好；具有超高溫傳導(dǎo)熱量的能力；低成本，易加工；性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)F24J2/00GK102338476SQ20101023881
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者劉陽 申請(qǐng)人:劉陽