[發明專利]U型通道組合型熱管接收器

有效

• 申請號: 201110049803.2
• 申請日: 2011-03-02
• 公開（公告）號: CN102102915A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 帥鷗;胡亞才;俞自濤;阮光正;陳健;陳歡
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F24J2/46
• 分類號: F24J2/46;F24J2/32;F24J2/50
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及熱管接收器，尤其涉及一種U型通道組合型熱管接收器。

背景技術

碟式-斯特林太陽能熱發電是太陽能熱發電技術中光電轉換效率最高的一種方式，它通過旋轉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動機實現太陽能到電能的轉換。一般太陽能斯特林發動機的功率都相對較小，適合于分布式能源利用，也具備大規模聯合并網發電的潛力。此外，它們還可以設計成燃料和太陽能聚光器聯合加熱系統，在沒有陽光時可用礦物燃料代替太陽光持續發電。

碟式太陽能熱發電系統包括聚光器、接收器、熱機、支架、跟蹤控制系統等主要部件。系統工作時，從聚光器反射的太陽光聚焦在熱接收器上，熱機的工作介質流經接收器吸收太陽光轉換成的熱能，使介質溫度升高，即可推動熱機運轉，帶動發電機發電。

接受器是光熱轉換的核心部件，碟式太陽能熱發電系統的接收器有兩種類型：直接接收器和間接接收器。現有的碟式-斯特林熱發電系統廣泛使用的是直接接受器。由于太陽輻射存在非常明顯的不穩定性，再加上聚光鏡本身的聚光精度問題，往往導致直接接收換熱管存在嚴重的溫度不均現象，進而導致了諸如熱疲勞、氧化、使用壽命等一系列問題，同時使系統的整體運行非常不穩定。間接接收器一般使用液態金屬作為中間媒介，通過液態金屬的蒸發和冷凝，熱量被間接地傳遞到斯特林機的換熱管中，有國外的研究報告表明熱管式接收器是21世紀頭20年碟式-斯特林太陽能技術發展的核心突破點，將熱管式吸收器應用于STM?4-120斯特林機的實驗結果顯示該系統整體的光熱效率提升了超過10%，其巨大潛力令人鼓舞。目前間接接收器尚處于試驗研究階段，雖然國內外目前已經設計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Sandia國家實驗室于90年代先后設計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構簡單，加工成本較低，適應性強，適合于在較大的傾角范圍內運行，金屬蒸汽直接冷凝于熱機換熱管，效率非常高，但工質的充裝量較大，一旦發生泄漏后果不堪設想。德國航空航天中心分別設計了第一代和第二代熱管接收器，但在使用一段時間后出現了局部工質泄漏。美國專利US5113659涉及了一種可蓄熱的高溫熱管接收器。該接收器是由多根圓柱狀高溫熱管組合而成，在其中某個熱管出現問題時并不會對其他的產生嚴重影響，提高了接收器的可靠性。國內南京工業大學同樣設計了一種組合型熱管接收器。該接收器采用數根異型高溫熱管作傳熱單元，使運行效率和可靠性均有提高，但是由于所采用的U型通道進口處光線的聚光比很高，而到達腔體底面的光線聚光比較低，因此同樣會存在溫度不均的問題，同時熱管冷凝段熱管外側采用套管形式來傳熱，一方面導致氣體流動阻力增大，對斯特林發動機的運行產生不利的影響，另一方面套管的布置方式導致吸熱腔一側熱管組的布置更稀松，又使整體傳熱能力明顯下降。

一個性能優良的接收器應該具有熱量傳遞均勻，傳輸效率高，使用壽命長等特點。熱接收器性能的優劣，是決定整個系統能否優良運行的關鍵因素之一。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種U型通道組合型熱管接收器。

本發明通過以下技術方案來實現：

U型通道組合型太陽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、環形套筒、熱管組冷凝段、環形輻射吸收肋、外壁半封閉氣流擋板、內壁半封閉氣流擋板、全封閉氣流擋板、氣體進氣口和氣體出氣口；熱管組吸熱段和熱管組冷凝段穿過分隔板，對中呈環形均勻排布，環形輻射吸收肋與熱管組吸熱段接觸，熱管組吸熱段、環形輻射吸收肋和漫反射圓錐體構成了U型吸熱腔，漫反射圓錐體位于U型吸熱腔底部，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形套筒，環形套筒通過螺栓連接固定在分隔板上，環形套筒與分隔板之間設有密封圈，相鄰熱管之間間隔設有外壁半封閉氣流擋板和內壁半封閉氣流擋板，外壁半封閉氣流擋板與環形套筒外環相連，內壁半封閉氣流擋板與環形套筒內環相連，外壁半封閉氣流擋板和內壁半封閉氣流擋板的寬度均為環形套筒寬度的一半，其中兩熱管間設有全封閉氣流擋板，即與內外側圓筒壁均相連，全封閉氣流擋板兩側環形套筒外壁上沿軸向依次均勻設有多個氣體進氣口和多個氣體出氣口，整個裝置外側包覆耐高溫保溫層，保溫層外側包覆鋁合金外殼進行固定。

所述的熱管組吸熱段采用兩種不同的吸收涂層，光線進口側采用吸收率低的涂層，腔底一側采用吸收率高的涂層。所述的分隔板、環形套筒、環形輻射吸收肋外壁半封閉氣流擋板、內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1Cr18Ni9Ti，采光孔采用耐高溫陶瓷材料。