[發明專利]一種內置攪拌增強換熱的太陽能腔體吸熱器

有效

• 申請號: 202110640083.0
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113294921B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 顏健;田勇;聶篤忠;劉永祥
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: F24S10/75
• 分類號: F24S10/75;F24S50/40;F24S80/30
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• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種內置攪拌增強換熱的太陽能腔體吸熱器，由外筒體、在外筒體內的吸熱體、攪拌體和電動機等組成；吸熱體為一側全開且與外筒體內腔形狀相同的凹形腔體結構，它與外筒體焊接使吸熱體與外筒體間構成U形空腔，換熱工質在U形空腔內流動；攪拌體在該U形空腔內，它由設有若干通孔的射流板和底孔板，以及傳動軸三者固接而成；射流板是與吸熱體同軸布置的管狀結構，其前后端面與外筒體接觸，且內表面設有若干翅片；傳動軸固定在底孔板底部中心并與外筒體底部的階梯孔配合，傳動軸末端與電動機輸出軸固定。本發明通過電動機驅動攪拌體運動來強化換熱工質與吸熱體的對流換熱能力，提升吸熱器的光?熱轉換效率和吸熱體的溫度分布均勻性。

技術領域

本發明屬于太陽能聚光集熱利用領域，涉及一種太陽能吸熱器，尤其是一種內置攪拌增強換熱的太陽能腔體吸熱器。

背景技術

太陽能是清潔環保和分布廣泛的可再生能源，開發和利用太陽能進行高溫供熱或熱發電是實現人類可持續發展的重要途徑之一。上述技術的實現通常是采用大面積反射鏡組成的聚光器將低密度太陽光聚集到一個小型的腔體吸熱器內，并被吸熱器內的吸熱體吸收，進而產生高溫來加熱傳熱工質，實現太陽光能到工質熱能的轉換；然后，通過這些熱工質對外供熱，或推動熱機（例如蒸汽渦輪發動機）做功帶動發電機并生產電能。無論是中高溫供熱還是高品位的太陽能光熱發電利用，太陽能吸熱器始終是其核心裝置，它的光-熱轉換性能直接影響整個太陽能光熱利用系統的運行效率和經濟性。

目前，在高倍聚光太陽能熱利用領域廣泛使用金屬盤管作為吸熱體的吸熱器，它是將金屬管盤繞或彎折成一個腔體形狀。例如圓柱形腔體吸熱器就是由金屬銅管按螺旋狀盤繞而成，盤管的內表面吸收聚光器聚集而來的高密度太陽光能，盤管內部流通有換熱工質，而在盤管的外側包裹保溫材料。由于金屬管盤繞的吸熱器的管與管之間留有間隙或線接觸，導致管之間的導熱很少，再加上聚光器聚集在盤管表面的太陽輻射能流密度分布的不均勻，通常會導致吸熱器的溫度分布明顯不均勻，尤其是高溫熱斑和高熱應力顯著影響吸熱器的安全可靠運行。同時，金屬盤管型吸熱器沒有充分利用金屬的高導熱性能，使得整個吸熱器的溫度分布差異較大，其光-熱轉換效率仍有待提升。因此，創新太陽能吸熱器結構形式，引入新的高效換熱理念，實現太陽能中高溫吸熱器的安全、可靠和高效光-熱轉換尤為重要。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種結構簡單且操作方便的內置攪拌增強換熱的太陽能腔體吸熱器，它是通過電動機驅動攪拌體來增強換熱工質與吸熱體的對流換熱強度，有效提升太陽能吸熱器的光-熱轉換效率和吸熱體的溫度分布均勻性，實現太陽能吸熱器的安全、可靠和高效運行。

本發明采用的技術方案是：一種內置攪拌增強換熱的太陽能腔體吸熱器，包括呈軸對稱的空腔結構的外筒體、位于外筒體內且與外筒體同軸布置的吸熱體、攪拌體、電動機和包裹于外筒體的保溫層；所述的外筒體的前端板中心開有通孔，該外筒體上設有與外筒體內腔連通的工質流入管和工質流出管；所述的吸熱體為一側全開口的且與外筒體內腔幾何形狀相同的凹形腔體結構，該吸熱體的開口側與外筒體的前端板焊接且使吸熱體與外筒體之間形成U形空腔，換熱工質在該U形空腔內流動；吸熱體的內凹表面正對前端板的通孔，并吸收從該通孔進入而來的太陽光能；所述的攪拌體位于該U形空腔內，它由射流板、底孔板和傳動軸組成；所述的射流板是與吸熱體同軸布置的管狀結構，該射流板的前后端面分別與外筒體的前端板和底部表面接觸；該射流板沿高度和周向均設有若干通孔，射流板面對吸熱體的表面上設有若干間斷布置的翅片；所述的底孔板位于吸熱體底部和外筒體之間并與射流板焊接固定，該底孔板上設有若干通孔且面對吸熱體的一側設有若干凸起的翅片；所述的傳動軸是固定在底孔板底部中心的一個凸起的階梯軸，該傳動軸通過軸面和安裝的軸承與外筒體底部中心設有的階梯孔配合，并通過端蓋對傳動軸進行軸向限位；該傳動軸伸出到外筒體外部的一端通過連接套筒與電動機的輸出軸固定連接。