[發明專利]一種圓柱太陽能高溫儲能與換熱吸熱器

在審

• 申請號: 201810385521.1
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108931064A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 戴貴龍;謝林毅;邱金友;池蘭;杜曉瑞
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: F24S60/10
• 分類號: F24S60/10;F24S70/12;F24S70/16
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 王曉彬

本發明公開了一種圓柱太陽能高溫儲能與換熱吸熱器，包括一吸熱圓筒，其特征在于，所述吸熱圓筒一端封閉，另一端開有聚集太陽光入口，所述吸熱圓筒的筒壁內部沿吸熱圓筒中軸方向分別設有儲熱通道和工質吸熱通道，所述儲熱通道內插有儲熱單元，儲熱單元包括密封的殼體，殼體內裝有高溫相變儲能材料；所述工質吸熱通道連接有工質入口和工質出口。

技術領域

本發明屬于太陽能高溫吸熱設備領域，特別是涉及一種圓柱太陽能高溫儲能與換熱吸熱器。

背景技術

太陽能高溫儲能與換熱復合結構吸熱器是提高系統緊湊度，減小系統質量，降低技術成本，促進新能源發展與航天器技術水平的重要途徑。

在空間太陽能高溫應用(熱推進或熱發電)過程中，需要配置儲能系統，滿足在軌道陰影區域做功要求。然后受航天器質量限制，太陽能吸熱與儲熱(能)器最好一體化設計，以減小系統質量，降低成本。由于太陽能高溫儲熱與氣體強化換熱存在傳熱學關鍵技術問題，同時這些問題與聚集太陽能熱流密度分布特性相互耦合，導致太陽能高溫儲能與換熱吸熱器的設計方案十分復雜。

現有的太陽能吸熱或儲能裝置，僅從太陽能高溫儲能或高效熱轉換某個方面進行設計分析，沒有再充分考慮聚集太陽能熱流密度分布特性的基礎上，將太陽能高溫儲能及儲能單元與氣體工質強化換熱統一起來，制約太陽能高溫熱轉換技術的適用性。

發明內容

本發明在理解掌握聚集太陽能熱流密度分布特性基礎上，充分考慮太陽能高溫儲熱與氣體強化換熱相關技術問題，設計一種圓柱太陽能高溫儲能與換熱吸熱器，為太陽能高溫高效利用技術進步提供參考。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種圓柱太陽能高溫儲能與換熱吸熱器，包括一吸熱圓筒，所述吸熱圓筒一端封閉，另一端開有聚集太陽光入口，所述吸熱圓筒的筒壁內部沿吸熱圓筒中軸方向分別設有儲熱通道和工質吸熱通道，所述儲熱通道內插有儲熱單元，儲熱單元包括密封的殼體，殼體內裝有高溫相變儲能材料；所述工質吸熱通道連接有工質入口和工質出口。

進一步的改進，所述儲熱通道和工質吸熱通道均設有多條，且儲熱通道和工質吸熱通道交錯排布，使吸熱圓筒的筒壁形成蜂窩狀結構。

進一步的改進，所述吸熱圓筒內壁聚集能流密度峰值區域和吸熱圓筒的底部均設有半橢球狀的中空凸包，凸包內裝有高溫相變儲能材料。

進一步的改進，所述吸熱圓筒的聚集太陽光入口半徑與聚集太陽光光斑半徑相當，吸熱圓筒半徑為聚集太陽光入口半徑1～2倍，吸熱圓筒高為聚集太陽光入口半徑5～8倍，吸熱圓筒壁厚為聚集太陽光入口半徑3～5倍。

進一步的改進，所述儲熱通道半徑根據需要為聚集太陽光入口半徑的0.1～0.2倍，工質換熱通道半徑為聚集太陽光入口半徑的 0.05～0.1倍。

進一步的改進，所述吸熱圓筒壁為陶瓷材料或高熔點金屬材料制成。

進一步的改進，所述高溫相變儲能材料為相變材料為銅、鋁或硅。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1)在圓筒壁上交叉布置工質吸熱通道和儲能棒單元，兼顧工質換熱與太陽能儲能，系統熱效率高，結構簡單；

2)在聚集太陽能熱流密度峰值區域的圓筒壁內側增加儲能凸包，增加聚集太陽光吸熱面積，避免局部高溫燒蝕，提高系統可靠性；

3)工質吸熱微通道和相變儲熱棒相對獨立，高溫熱應力小，系統穩定性好，操作維護方便。

附圖說明

圖1為實施例1示意圖；

圖2為圖1的A-A向剖視圖。

具體實施方式