一种空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种空间太阳能高温光热转换‑储能‑强化换热一体装置，该装置的腔体前端面安装有光学窗口和遮光屏，遮光屏在光学窗口的周围用于遮光，腔体前端外周设置有工质入口，腔体的后端设置有工质出口，腔体内设置多组吸热‑相变储热‑换热单元管，多组吸热‑相变储热‑换热单元管在腔体后端内部汇聚，汇聚处内侧安装有反光锥，工质入口与吸热‑相变储热‑换热单元管连通。解决了现有技术的太阳能光‑热转换装置换能效率低、不稳定、无法满足工质温度要求以及无法全周期工作的问题，提出一种空间太阳能高温光热转换‑储能‑强化换热一体装置，集吸热、储能、换热多功能于一身，将高倍聚集太阳能转换为相变材料的潜热和循环工质的高温热能。

A Space Solar High Temperature Photothermal Conversion-Energy Storage-Enhanced Heat Transfer Integrated Device

The invention discloses an integrated device of space solar energy high temperature photothermal conversion, energy storage and heat transfer enhancement. The front end of the cavity of the device is equipped with an optical window and a shading screen. The shading screen is used for shading around the optical window. The front end of the cavity is equipped with an entrance of working substance, the back end of the cavity is equipped with an outlet of working substance, and a plurality of heat absorption, phase change storage and heat exchange unit tubes are arranged in the cavity. A plurality of heat absorption, phase change heat storage and heat exchange unit tubes converge in the back end of the cavity, and a reflective cone is installed in the inner side of the converging place. The working medium inlet is connected with the heat absorption, phase change heat storage and heat exchange unit tubes. Solving the problems of low energy conversion efficiency, instability, inability to meet the working medium temperature requirements and full cycle operation of the solar energy heat conversion device in the existing technology, this paper proposes a space solar energy high temperature photothermal conversion, energy storage and heat transfer enhancement integrated device, which integrates heat absorption, energy storage and heat transfer functions, and converts high-power concentrated solar energy into latent heat and cycle of phase change materials. High temperature thermal energy of working fluid.

【技术实现步骤摘要】
一种空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置
本专利技术涉及一种空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置，属于空间太阳能热动力发电

技术介绍
由于太阳能安全、清洁、资源丰富、成本低，空间太阳能转换和利用技术是国际上重点发展的空间能源技术方向。在大功率负载连续供电的需求背景下，太阳能热动力发电系统被认为是一种先进的空间电源，具有效率高、性能衰减缓慢、可靠性高、寿命长、运行费用低等特点。太阳能光-热转换装置是该系统的关键部件，将聚集太阳能转换为工质的热能，经过动力循环做功带动发电机为空间载荷持续供电。太阳能热动力发电系统对太阳能光-热转换装置性能有很高要求，如输出工质温度稳定、轨道阴影区持续有效工作等。另外，进入热机做功的工质温度也高达1000K～1500K。因此，提出一种效率高、稳定可靠、满足工质温度要求、全周期工作的太阳能光-热转换装置十分必要。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术的太阳能光-热转换装置换能效率低、不稳定、无法满足工质温度要求以及无法全周期工作的问题，提出一种空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置，集吸热、储能、换热多功能于一身，将高倍聚集太阳能转换为相变材料的潜热和循环工质的高温热能。本专利技术提出一种空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置包括光学窗口、遮光屏、工质入口、多组吸热-相变储热-换热单元管、腔体、反光锥和工质出口，所述腔体的前端面安装有光学窗口和遮光屏，所述遮光屏在光学窗口的周围用于遮光，所述腔体的前端外周设置有工质入口，所述腔体的后端设置有工质出口，所述腔体内设置有多组吸热-相变储热-换热单元管，多组所述吸热-相变储热-换热单元管在腔体后端内部汇聚，汇聚处内侧安装有反光锥，所述工质入口与吸热-相变储热-换热单元管连通。优选地，所述腔体包括内壳、隔热层和外壳，所述外壳位于内壳外周，外壳与内壳间夹有隔热层。优选地，所述内壳为耐高温合金材料，外壳为铝合金材料，隔热层为纳米复合隔热材料。优选地，所述内壳的内表面涂覆反射率高于95％的反射涂层，将太阳光反射到吸热-相变储热-换热单元管外表面。优选地，所述光学窗口采用熔融石英玻璃制成，厚度为5～8mm，透光率>92％。优选地，所述遮光屏外侧涂覆反射涂层，反射率>95％。优选地，所述吸热-相变储热-换热单元管外表面涂覆吸收率95％～98％的吸收涂层。优选地，所述反光锥表面涂覆反射涂层，反射率>95％，对入射的聚集太阳光向吸热-相变储热-换热单元管分布空间进行散射。优选地，多组所述吸热-相变储热-换热单元管在腔体内圆周方向均匀布置，在腔体后端汇聚。优选地，所述吸热-相变储热-换热单元管包括内管和外管，所述外管套固在内管外周，所述工质入口与内管连通，内管和外管的材质为碳化硅、氧化铝中的一种。优选地，所述内管中填充强化传热结构，外管中填充相变材料与强化传热结构组合体。优选地，所述强化传热结构采用高孔隙率碳化硅泡沫、碳泡沫、氧化铝泡沫中的一种，孔隙率>90％，孔密度为8～20PPI。优选地，所述相变材料与强化传热结构组合体采用相变材料与强化传热结构组合而成，相变材料采用硅，强化传热结构采用碳化硅泡沫、碳泡沫、氧化铝泡沫中的一种。本专利技术所述的空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置的工作原理为：吸热-相变储热-换热单元管为同心套管，内管中填充强化传热结构，外管中填充相变材料与强化传热结构组合体。光照区时，聚集太阳光透过窗口，由反光锥、内壳的反射作用使其在装置内部空间均匀分布，优化吸热-相变储热-换热单元管对太阳光的吸收，通过相变材料在固液相-变过程储存热量，同时加热循环工质达到所需温度；阴影区时，由相变材料液-固相变过程放热，提供循环工质温升所需能量。本专利技术所述的空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置的有益效果为：1、本专利技术所述的空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置的内壳为耐高温合金材料，外壳为铝合金材料，隔热层为纳米复合隔热材料，满足装置整体轻质化需求。2、本专利技术所述的空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置的述吸热-相变储热-换热单元管为同心套管，内管中填充强化传热结构，外管中填充相变材料与强化传热结构组合体，满足高效换热需求。3、本专利技术所述的空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置能够为空间太阳能热动力发电系统提供稳定高温工质，通过引入强化传热结构提高换热强度，引入反光锥使得光-热转换效率提升，使用大潜热、高熔点相变材料，在保证工质升温所需能量供给的同时，有效减小装置的整体质量。4、本专利技术所述的空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置具有高效率、稳定可靠、轻质、全周期工作等特点。附图说明图1是本专利技术所述的空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置的结构示意图；图中：1-光学窗口；2-遮光屏；3-工质入口；4-吸热-相变储热-换热单元管；5-内壳；6-隔热层；7-外壳；8-反光锥；9-工质出口。图2是本专利技术所述的吸热-相变储热-换热单元管的主视图；图3是本专利技术所述的吸热-相变储热-换热单元管的A-A剖面结构示意图；图中：41-强化传热结构；42-相变材料与强化传热结构组合体。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明：具体实施方式一：参见图1-图3说明本实施方式。本实施方式所述的一种空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置包括光学窗口1、遮光屏2、工质入口3、多组吸热-相变储热-换热单元管4、腔体、反光锥8和工质出口9，所述腔体的前端面安装有光学窗口1和遮光屏2，所述遮光屏2在光学窗口1的周围用于遮光，所述腔体的前端外周设置有工质入口3，所述腔体的后端设置有工质出口9，所述腔体内设置有多组吸热-相变储热-换热单元管4，多组所述吸热-相变储热-换热单元管4在腔体后端内部汇聚，汇聚处内侧安装有反光锥8，所述工质入口3与吸热-相变储热-换热单元管4连通。所述腔体包括内壳5、隔热层6和外壳7，所述外壳7位于内壳5外周，外壳7与内壳5间夹有隔热层6。所述内壳5为耐高温合金材料，外壳7为铝合金材料，隔热层6为纳米复合隔热材料，满足装置整体轻质化需求。所述内壳5的内表面涂覆反射率高于95％的反射涂层，将太阳光反射到吸热-相变储热-换热单元管4外表面。所述光学窗口1采用熔融石英玻璃制成，厚度为5～8mm，透光率>92％，具有太阳光波段透过率高，红外波段几乎不透的特点，抑制腔内高温部件的红外辐射损失，大幅提高装置的光-热转换效率。所述遮光屏2外侧涂覆反射涂层，反射率>95％，防止聚集太阳光照射到装置外壳7而导致高温破损。所述吸热-相变储热-换热单元管4外表面涂覆吸收率95％～98％的吸收涂层。所述反光锥8表面涂覆反射涂层，反射率>95％，对入射的聚集太阳光向吸热-相变储热-换热单元管4分布空间进行散射，对入射太阳光进行再分配，有利于腔内吸热-相变储热-换热单元管4对太阳光的吸收。多组所述吸热-相变储热-换热单元管4在腔体内圆周方向均匀布置，在腔体后端汇聚。所述吸热-相变储热-换热单元管4包括内管和外管，所述外管套固在内管外周，所述工质入口3与内管连通，内管和外管的材质为碳化硅、氧化铝中的一种。所述内管中填本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间太阳能高温光热转换‑储能‑强化换热一体装置，其特征在于，包括光学窗口(1)、遮光屏(2)、工质入口(3)、多组吸热‑相变储热‑换热单元管(4)、腔体、反光锥(8)和工质出口(9)；所述腔体的前端面安装有光学窗口(1)和遮光屏(2)，所述遮光屏(2)在光学窗口(1)的周围用于遮光，所述腔体的前端外周设置有工质入口(3)，所述腔体的后端设置有工质出口(9)，所述腔体内设置有多组吸热‑相变储热‑换热单元管(4)，多组所述吸热‑相变储热‑换热单元管(4)在腔体后端内部汇聚，汇聚处内侧安装有反光锥(8)，所述工质入口(3)与吸热‑相变储热‑换热单元管(4)连通。

【技术特征摘要】
1.一种空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置，其特征在于，包括光学窗口(1)、遮光屏(2)、工质入口(3)、多组吸热-相变储热-换热单元管(4)、腔体、反光锥(8)和工质出口(9)；所述腔体的前端面安装有光学窗口(1)和遮光屏(2)，所述遮光屏(2)在光学窗口(1)的周围用于遮光，所述腔体的前端外周设置有工质入口(3)，所述腔体的后端设置有工质出口(9)，所述腔体内设置有多组吸热-相变储热-换热单元管(4)，多组所述吸热-相变储热-换热单元管(4)在腔体后端内部汇聚，汇聚处内侧安装有反光锥(8)，所述工质入口(3)与吸热-相变储热-换热单元管(4)连通。2.根据权利要求1所述的空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置，其特征在于，所述腔体包括内壳(5)、隔热层(6)和外壳(7)，所述外壳(7)位于内壳(5)外周，外壳(7)与内壳(5)间夹有隔热层(6)。3.根据权利要求2所述的空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置，其特征在于，所述内壳(5)为耐高温合金材料，外壳(7)为铝合金材料，隔热层(6)为纳米复合隔热材料。4.根据权利要求2所述的空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置，其特征在于，所述内壳(5)的内表面涂覆反射率高于95％的反射涂层，将太阳光反射到吸热-相变储热-换热单元管(4)外表面。5.根据权利要求1所述的空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置，其特征在于，所述光学窗口(1)采用熔融石英玻璃制成，厚度为5～8mm，透光率>92％。6.根据权利要求1所述的空间太阳能高温光热转换-储能-强化换热一体装置，其特征在于，所述遮光屏(2)外侧涂覆反...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏新林，陈学，李潇磊，孙创，艾青，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23