專利名稱：一種u形通道組合型熱管接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及熱管接收器，尤其涉及一種U形通道組合型熱管接收器。
背景技術(shù)：
碟式-斯特林太陽(yáng)能熱發(fā)電是太陽(yáng)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(guò)旋轉(zhuǎn)拋物面碟形聚光器將太陽(yáng)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(yáng)能到電能的轉(zhuǎn)換。一般太陽(yáng)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(yáng)能聚光器聯(lián)合加熱系統(tǒng)，在沒有陽(yáng)光時(shí)可用礦物燃料代替太陽(yáng)光持續(xù)發(fā)電。碟式太陽(yáng)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)，從聚光器反射的太陽(yáng)光聚焦在熱接收器上，熱機(jī)的工作介質(zhì)流經(jīng)接收器吸收太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成的熱能，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(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的接收器有兩種類型直接接收器和間接接收器?，F(xiàn)有的碟式-斯特林熱發(fā)電系統(tǒng)廣泛使用的是直接接受器。由于太陽(yáng)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(wèn)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(wèn)題，同時(shí)使系統(tǒng)的整體運(yùn)行非常不穩(wěn)定。間接接收器一般使用液態(tài)金屬作為中間媒介，通過(guò)液態(tài)金屬的蒸發(fā)和冷凝，熱量被間接地傳遞到斯特林機(jī)的換熱管中，有國(guó)外的研究報(bào)告表明熱管式接收器是21世紀(jì)頭20年碟式-斯特林太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展的核心突破點(diǎn)，將熱管式吸收器應(yīng)用于STM 4-120斯特林機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該系統(tǒng)整體的光熱效率提升了超過(guò) 10%，其巨大潛力令人鼓舞。目前間接接收器尚處于試驗(yàn)研究階段，雖然國(guó)內(nèi)外目前已經(jīng)設(shè)計(jì)了若干該類型的間接接收器，但都存在一些各式各樣的明顯缺陷。美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室于90年代先后設(shè)計(jì)了第一代和第二代池沸騰式間接接收器，這種池沸騰接收器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本較低，適應(yīng)性強(qiáng)，適合于在較大的傾角范圍內(nèi)運(yùn)行，金屬蒸汽直接冷凝于熱機(jī)換熱管，效率非常高，但工質(zhì)的充裝量較大，一旦發(fā)生泄漏后果不堪設(shè)想。德國(guó)航空航天中心分別設(shè)計(jì)了第一代和第二代熱管接收器，但在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)了局部工質(zhì)泄漏。美國(guó)專利US5113659涉及了一種可蓄熱的高溫?zé)峁芙邮掌?。該接收器是由多根圓柱狀高溫?zé)峁芙M合而成，在其中某個(gè)熱管出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)并不會(huì)對(duì)其他的產(chǎn)生嚴(yán)重影響，提高了接收器的可靠性。國(guó)內(nèi)南京工業(yè)大學(xué)同樣設(shè)計(jì)了一種組合型熱管接收器。該接收器采用數(shù)根異型高溫?zé)峁茏鱾鳠釂卧?，使運(yùn)行效率和可靠性均有提高，但是由于所采用的U形通道進(jìn)口處光線的聚光比很高，而到達(dá)腔體底面的光線聚光比較低，因此同樣會(huì)存在溫度不均的問(wèn)題，同時(shí)熱管冷凝段熱管外側(cè)采用套管形式來(lái)傳熱，一方面導(dǎo)致氣體流動(dòng)阻力增大，對(duì)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響，另一方面套管的布置方式導(dǎo)致吸熱腔一側(cè)熱管組的布置更稀松，又使整體傳熱能力明顯下降。一個(gè)性能優(yōu)良的接收器應(yīng)該具有熱量傳遞均勻，傳輸效率高，使用壽命長(zhǎng)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。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種U形通道組合型熱管接收器。本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)U形通道組合型太陽(yáng)能熱管接收器包括耐高溫保溫層、采光孔、熱管組吸熱段隔板、漫反射圓錐體、鋁合金外殼、環(huán)形套筒、熱管組冷凝段、環(huán)形輻射吸收肋、外壁半封閉氣流擋板、內(nèi)壁半封閉氣流擋板、全封閉氣流擋板、氣體進(jìn)氣口和氣體出氣口 ；熱管組吸熱段和熱管組冷凝段穿過(guò)分隔板，對(duì)中呈環(huán)形均勻排布，環(huán)形輻射吸收肋與熱管組吸熱段接觸， 熱管組吸熱段、環(huán)形輻射吸收肋和漫反射圓錐體構(gòu)成了 U形吸熱腔，漫反射圓錐體位于U形吸熱腔底部，漫反射圓錐體的背面與分隔板相連接，熱管組冷凝段外套有環(huán)形套筒，環(huán)形套筒通過(guò)螺栓連接固定在分隔板上，環(huán)形套筒與分隔板之間設(shè)有密封圈，相鄰熱管之間間隔設(shè)有外壁半封閉氣流擋板和內(nèi)壁半封閉氣流擋板，外壁半封閉氣流擋板與環(huán)形套筒外環(huán)相連，內(nèi)壁半封閉氣流擋板與環(huán)形套筒內(nèi)環(huán)相連，外壁半封閉氣流擋板和內(nèi)壁半封閉氣流擋板的寬度均為環(huán)形套筒寬度的一半，其中兩熱管間設(shè)有全封閉氣流擋板，即與內(nèi)外側(cè)圓筒壁均相連，全封閉氣流擋板兩側(cè)環(huán)形套筒外壁上沿軸向依次均勻設(shè)有多個(gè)氣體進(jìn)氣口和多個(gè)氣體出氣口，整個(gè)裝置外側(cè)包覆耐高溫保溫層，保溫層外側(cè)包覆鋁合金外殼進(jìn)行固定。所述的熱管組吸熱段采用兩種不同的吸收涂層，光線進(jìn)口側(cè)采用吸收率低的涂層，腔底一側(cè)采用吸收率高的涂層。所述的分隔板、環(huán)形套筒、環(huán)形輻射吸收肋外壁半封閉氣流擋板、內(nèi)壁半封閉氣流擋板和全封閉氣流擋板的材料采用耐高溫合金材料 lCrl8Ni9Ti，采光孔采用耐高溫陶瓷材料。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果(1)采用組合型圓柱狀高溫?zé)峁芤约盎⌒芜B接片構(gòu)成吸熱腔，加工制造技術(shù)均非常成熟，簡(jiǎn)化了以往吸熱端的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。且單個(gè)熱管可以非常方便地進(jìn)行拆裝，這樣即使某個(gè)熱管損壞，也可以迅速地進(jìn)行更換，不會(huì)對(duì)其他熱管的工作及系統(tǒng)的運(yùn)行造成很大影響。(2)熱管吸熱段采用兩種不同的吸收涂層，避免出現(xiàn)一般U形腔式吸收器普遍存在的進(jìn)口段熱流密度過(guò)高的問(wèn)題，有效地延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用壽命，也增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(3)熱管冷卻段的蛇形換熱氣道能夠有效滿足高效斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)益容積小、密封性好的要求。同時(shí)，氣阻在可接受的范圍內(nèi)，相比以往的冷卻段換熱方式，換熱效果更佳。

圖1是U形通道組合型熱管接收器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖面示意圖；圖3是圖1的B-B剖面示意圖；圖中耐高溫保溫層1、采光孔2、熱管組吸熱段3、分隔板4、漫反射圓錐體5、鋁合金外殼6、環(huán)形套筒7、熱管組冷凝段8、環(huán)形輻射吸收肋9、外壁半封閉氣流擋板10、內(nèi)壁半封閉氣流擋板11、全封閉氣流擋板12、氣體進(jìn)氣口 13、氣體出氣口 14。
具體實(shí)施方式
對(duì)照附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1、圖2、圖3所示，U形通道組合型太陽(yáng)能熱管接收器包括耐高溫保溫層1、采光孔2、熱管組吸熱段3、分隔板4、漫反射圓錐體5、鋁合金外殼6、環(huán)形套筒7、熱管組冷凝段8、環(huán)形輻射吸收肋9、外壁半封閉氣流擋板10、內(nèi)壁半封閉氣流擋板11、全封閉氣流擋板 12、氣體進(jìn)氣口 13和氣體出氣口 14;熱管組吸熱段3和熱管組冷凝段8穿過(guò)分隔板，對(duì)中呈環(huán)形均勻排布，環(huán)形輻射吸收肋9與熱管組吸熱段3接觸，熱管組吸熱段3、環(huán)形輻射吸收肋9和漫反射圓錐體5構(gòu)成了 U形吸熱腔，漫反射圓錐體5位于U形吸熱腔底部，漫反射圓錐體5的背面與分隔板4相連接，熱管組冷凝段外套有環(huán)形套筒7，環(huán)形套筒7通過(guò)螺栓連接固定在分隔板4上，環(huán)形套筒7與分隔板4之間設(shè)有密封圈，相鄰熱管之間間隔設(shè)有外壁半封閉氣流擋板10和內(nèi)壁半封閉氣流擋板11，外壁半封閉氣流擋板10與環(huán)形套筒7外環(huán)相連，內(nèi)壁半封閉氣流擋板11與環(huán)形套筒7內(nèi)環(huán)相連，外壁半封閉氣流擋板10和內(nèi)壁半封閉氣流擋板11的寬度均為環(huán)形套筒7寬度的一半，其中兩熱管間設(shè)有全封閉氣流擋板12， 即與內(nèi)外側(cè)圓筒壁均相連，全封閉氣流擋板12兩側(cè)環(huán)形套筒7外壁上沿軸向依次均勻設(shè)有多個(gè)氣體進(jìn)氣口 13和多個(gè)氣體出氣口 14，整個(gè)裝置外側(cè)包覆耐高溫保溫層1，保溫層外側(cè)包覆鋁合金外殼6進(jìn)行固定。所述的熱管組吸熱段3從光線入口到腔體底面軸向分開為均勻的兩部分，分別采用兩種不同的吸收涂層，光線進(jìn)口側(cè)采用吸收率低的涂層，腔底一側(cè)采用吸收率高的涂層。 熱管組冷凝段8均添加環(huán)形肋片，以增強(qiáng)傳熱效果。所述的分隔板4、環(huán)形套筒7、環(huán)形輻射吸收肋9外壁半封閉氣流擋板10、內(nèi)壁半封閉氣流擋板11和全封閉氣流擋板12的材料采用耐高溫合金材料lCrl8Ni9Ti，采光孔2采用耐高溫陶瓷材料。采用環(huán)形輻射吸收肋9有三個(gè)作用1保溫層和腔體的分隔體；2吸收相鄰熱管間隙之間的光線輻射，并通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式把熱量傳遞給熱管；3反射部分入射光線到熱管上，使其輻射能量被熱管吸收。采光孔主要有兩個(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。熱管組吸熱段光線進(jìn)口段涂覆吸收比約0. 8相對(duì)較低的耐高溫吸收涂層，底面段涂覆吸收比大于0. 9較高的耐高溫吸收涂層，以增強(qiáng)熱流分布的均勻性。熱管組冷凝段均添加環(huán)形肋片，以增強(qiáng)換熱效果。本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下首先太陽(yáng)光線由碟式拋物鏡面進(jìn)行聚焦，理論焦點(diǎn)即為采光孔中心點(diǎn)。聚焦光線經(jīng)采光孔進(jìn)入吸熱腔，大部分入射到高溫?zé)峁芙M吸熱段以及環(huán)形輻射吸收肋內(nèi)側(cè)，小部分直接入射到漫反射圓錐體上。入射到熱管和環(huán)形輻射吸收肋內(nèi)側(cè)的聚焦光線能量絕大部分被直接吸收轉(zhuǎn)化為熱能，少量被反射或散射，入射到吸熱腔底部漫反射圓錐體上的光線大部分被漫反射，由于腔體只有一個(gè)相對(duì)很小的采光孔，因此大部分反射和散射的光線在腔體內(nèi)也被再吸收，僅有少量光線從采光孔離開腔體。這樣，進(jìn)入采光孔的光線絕大部分被熱管組吸熱段所吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，同時(shí)熱量被傳遞到熱管內(nèi)的液態(tài)金屬鈉使其蒸發(fā)，蒸發(fā)后的氣態(tài)金屬鈉在熱管的冷凝段冷凝，實(shí)現(xiàn)熱量被傳輸?shù)嚼淠蔚墓鼙谝约袄咂?，高壓斯特林工作流體從氣體進(jìn)口管進(jìn)入環(huán)形套筒，并沿著蛇形流道流動(dòng)，通過(guò)與管壁及肋片的對(duì)流換熱，將熱管冷卻段的熱量吸收，再?gòu)臍怏w出口管流出進(jìn)入斯特林機(jī)推動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)做功。
權(quán)利要求1.一種U形通道組合型太陽(yáng)能熱管接收器，其特征在于包括耐高溫保溫層(1)、采光孔(2)、熱管組吸熱段(3)、分隔板(4)、漫反射圓錐體(5)、鋁合金外殼(6)、環(huán)形套筒(7)、 熱管組冷凝段(8)、環(huán)形輻射吸收肋(9)、外壁半封閉氣流擋板(10)、內(nèi)壁半封閉氣流擋板 (11)、全封閉氣流擋板(12)、氣體進(jìn)氣口(13)和氣體出氣口(14);熱管組吸熱段(3)和熱管組冷凝段(8)穿過(guò)分隔板，對(duì)中呈環(huán)形均勻排布，環(huán)形輻射吸收肋(9)與熱管組吸熱段(3) 接觸，熱管組吸熱段(3)、環(huán)形輻射吸收肋(9)和漫反射圓錐體(5)構(gòu)成了 U形吸熱腔，漫反射圓錐體(5)位于U形吸熱腔底部，漫反射圓錐體(5)的背面與分隔板(4)相連接，熱管組冷凝段外套有環(huán)形套筒(7)，環(huán)形套筒(7)通過(guò)螺栓連接固定在分隔板(4)上，環(huán)形套筒(7) 與分隔板(4)之間設(shè)有密封圈，相鄰熱管之間間隔設(shè)有外壁半封閉氣流擋板(10)和內(nèi)壁半封閉氣流擋板(11)，外壁半封閉氣流擋板(10)與環(huán)形套筒(7)外環(huán)相連，內(nèi)壁半封閉氣流擋板(11)與環(huán)形套筒(7)內(nèi)環(huán)相連，外壁半封閉氣流擋板(10)和內(nèi)壁半封閉氣流擋板(11) 的寬度均為環(huán)形套筒(7)寬度的一半，其中兩熱管間設(shè)有全封閉氣流擋板(12)，即與內(nèi)外側(cè)圓筒壁均相連，全封閉氣流擋板(12)兩側(cè)環(huán)形套筒(7)外壁上沿軸向依次均勻設(shè)有多個(gè)氣體進(jìn)氣口( 13)和多個(gè)氣體出氣口(14)，整個(gè)裝置外側(cè)包覆耐高溫保溫層(1 )，保溫層外側(cè)包覆鋁合金外殼(6 )進(jìn)行固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種U形通道組合型熱管接收器，其特征在于所述的熱管組吸熱段(3)采用兩種不同的吸收涂層，光線進(jìn)口側(cè)采用吸收率低的涂層，腔底一側(cè)采用吸收率高的涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種U形通道組合型熱管接收器，其特征在于所述的分隔板(4)、環(huán)形套筒(7)、環(huán)形輻射吸收肋(9)外壁半封閉氣流擋板(10)、內(nèi)壁半封閉氣流擋板 (11)和全封閉氣流擋板(12)的材料采用耐高溫合金材料ICr 18Ni9Ti，采光孔(2)采用耐高溫陶瓷材料。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種U形通道組合型熱管接收器，它包括耐高溫保溫層、采光孔、熱管組吸熱段、分隔板、漫反射圓錐體、鋁合金外殼、環(huán)形套筒、熱管組冷凝段、環(huán)形輻射吸收肋、外壁半封閉氣流擋板、內(nèi)壁半封閉氣流擋板、全封閉氣流擋板、氣體進(jìn)氣口、氣體出氣口等。高溫?zé)峁芙M對(duì)中呈環(huán)形均勻排布，熱管組吸熱段和冷凝段由分隔板隔開，熱管吸熱段與環(huán)形輻射吸收肋緊密接觸，并連同漫反射圓錐體一起構(gòu)成U形吸熱腔道。熱管冷凝段由環(huán)形套筒罩住，相鄰熱管間內(nèi)置分隔板，引導(dǎo)氣體流動(dòng)軌跡呈蛇形。本實(shí)用新型適用于不同功率大小的碟式-斯特林太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，相比以往的間接型接收器具有熱流分布更均勻，傳熱效率更高，系統(tǒng)更穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24J2/48GK201973915SQ201120052550
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者俞自濤, 帥鷗, 胡亞才, 阮光正, 陳健, 陳歡 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)