高温太阳能热管接收器制造技术

本发明专利技术涉及一种高温太阳能接收器。本发明专利技术结构是吸热腔由每根相邻异型高温热管的吸热段两两相连接并对中均布而成，异型高温热管的吸热段为梭形，套管套在异型高温热管的放热段上，套管上设有工作流体进口、工作流体出口。本发明专利技术解决了吸热效率低下、使用受到局限等缺陷。本发明专利技术具有圆柱状高温热管改造成的异型高温热管作为吸热传热元件，加工容易，成本低，每根热管在吸热段两两相连，但其工作却是相对独立的，局部故障不影响整个接收器，可靠性强，吸热腔中部分具适宜接收入射光的梭形、三角形、椭圆形等，提高了吸热效率，且在吸热段两两相连的高温热管中间无空隙，就防止了入射光的损失，提高了整个接收器的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热管接收器，特别涉及一种高温太阳能接收器。
技术介绍
碟式太阳能热发电技术是通过一抛物面碟形聚光器将太阳辐射聚集到一接 收器当中，接收器将能量吸收后传递到热电转换系统，从而实现了太阳能到电能 的转换。碟式系统由于效率高，且适于建立分布式能源系统，得到了一定的发展。 接收器是碟式太阳能热发电系统的核心部件，直接决定着整个系统的效率和可靠 性，因此受到了人们的重视。碟式太阳能热发电系统的接收器有两种类型直接照射式和间接受热式。前 者是将太阳光聚集后直接照在热机的换热管上，后者则通过某种中间媒介将太阳 能传递到热机。直接照射是碟式系统最早使用的接收太阳能的方式，因为它只需 将热机(主要为斯特林发动机)的换热管进行改造以利于接收直接的太阳辐射即 可实现吸热传热功能。由于太阳辐射强度存在非常明显的不稳定性，聚光镜本身 也可能存在一定的加工精度问题，会使换热管上的热流密度呈现非常明显的不均 匀与不稳定现象。这样，在多缸斯特林发动机中各气缸的温度和热量供给的平衡 就成了 一个难以解决的问题。针对直接照射式接收器存在的问题，研究者们提出了将液态金属相变换热应 用于接收器的设计当中，利用液态金属的蒸发和冷凝将热量传递至斯特林热机的 换热管。这种接收器具有较好的等温性，从而延长了热机加热头的寿命，同时提 高了热机的效率。在对接收器进行设计时，可以对每个换热面进行单独的优化。 这类接收器的设计工作温度一般为650。C~ 850'C,而工作介质主要为液态碱金 属钠、钾、或钠钾合金，这主要是因为它们在高温条件下具有很低的饱和蒸汽压 力和较高的汽化潜热。这种类型的接收器又包括池沸腾接收器，热管式接收器等。美国专利US4335578、 US6487859B2等分别涉及了上述池沸腾接收器和热管 式接收器。它们在实现高效传热的同时，又分别有着各自的缺点。池沸腾式接收器要求充液量较大，大量的液态金属增加了接收器的重量和造价，同时也使得操 作时的安全性得不到较好保障。热管式接收器减小了热管的充液量，但是由于涉及到大面积的吸液芯分布，以;o卩工难度较大，在实际应用中仍存在诸多问题。 上述几项专利中涉及到的接收器由于吸热面就是单个热管的加热端， 一旦出现泄 漏整个接收器将失效。基于以上原因，上述接收器在实际应用中都存在着不容忽视的安全性和可靠 性等问题，无法实现长期运行。美国专利US5113659涉及了一种可蓄热的高温热管接收器。该接收器是由多 根圆柱状高温热管组合而成，提高了接收器的可靠性。但存在如下缺点1. 由于采用普通圆柱状高温热管，吸热段为圆柱状，其接收太阳光的表面法线 方向与入射光有着;f艮大的夹角，影响了吸热的效率；2. 由于吸热段每根热管之间有着较大空隙，致使阳光又很大一部分并未直接照 射到热管壁面，进一步降低了接收器的热效率；3. 该专利涉及的接收器主要考虑蓄热功能，这就限制了接收器对不同功率发电系统的适应性，因为如果热管数量较少，所蓄热量将不足以维持接收器的工作。所以接收器的设计功率并不能够随意调节，而是必须在满足蓄热的条件下调整热管根数，这就给接收器的使用带来很大的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服上述缺陷，设计、研制一种高温太阳能热管接收器。 本专利技术的技术方案是高温太阳能热管接收器，包括由数根异型高温热管对中均布组合而成的吸热 腔，由套管和高温热管放热段构成的工作流体通道，用于漫反射的陶资圆锥体， 工作流体进口管、工作流体出口管、以及陶瓷采光孔，其主要技术特征在于吸热 腔由每根相邻异型高温热管的吸热段两两相连接并对中均布而成，异型高温热管 的吸热段为梭形，套管套在异型高温热管的放热段上，套管上设有工作流体进口 、 工作流体出口。本专利技术相较于其他接收器方案，具有以下明显的优点本专利技术采用了理论研究和加工制造都比较成熟的圆柱状高温热管改造成的 异型高温热管作为吸热传热元件，给接收器的加工带来了很大方便，同时也使得接收器的造价比上述其他热管式接收器低。本专利技术是一种组合式接收器，采用数根异型高温热管作为吸热传热元件，每 根热管在吸热段两两相连。每根高温热管的工作却是相对独立的，这样即使某处 由于接收到的热流密度过高而出现过热点，甚至出现热管泄漏失效，并不会给其 它热管的工作带来影响，这就很好的保证了接收器的可靠性，可长期运行于高热 流密度或者热流密度不均的环境中。高温热管在吸热腔中的部分被设计成适宜接收入射光的形状，如梭形、三角 形、椭圆形等，吸热表面法线方向与入射光的夹角很小，提高了吸热效率。每根高温热管在吸热段两两相连，中间并无空隙，所有入射光都直接照射到 吸热表面，这样就防止了入射光的损失，提高了整个接收器的效率。由于本专利技术所采用的数根异型高温热管组合成吸热腔，使得接收器可以根据 选用高温热管的数量而调节整个接收器的热功率，但对单根高温热管的性能却没 有提高要求。附图说明图1——本专利技术的结构原理示意图。图2__图1中的右^L图。图3——本专利技术中的套管结构示意图。.具体实施例方式如图1、图2、图3所示，用于碟式太阳能热发电的高温太阳能热管接收器 结构包括数根异型高温热管1,由高温热管1对中均布而成的吸热腔2，将高温 热管1分隔成吸热段和放热段的陶瓷圆锥体3，用于工作流体换热的套管4，工 作流体进口管5以及工作流体出口管6。高温热管1在套管4中的部分为圆柱状， 而在吸热腔中的部分则被加工成梭形，且两两相连。套管4内的高温热管1的放 热段外壁加装螺旋翅片7,用于强化流体的换热。吸热腔开口处设有陶资材料制 成的采光孔8。本实施例的高温热管1的管材为耐热合金钢，内部毛细结构为丝 网吸液芯(也可为烧结吸液芯)，采用的工质为液态金属钠，套管内的工作流体 为氦气。本实施例的用于碟式太阳能热发电的高温太阳能热管接收器在工作时，经碟 形聚光器聚集后的太阳光从采光孔8入射到吸热腔内，由高温热管1的吸热段吸收，在此光能转换成热能。所有的热能通过高温热管1的管壁传递给管内的液态 金属钠。金属钠通过蒸发冷凝的相变换热将热量传递至高温热管1的放热段的管 壁， 一部分热量通过导热传递给管外的螺旋翅片7。同时，从工作流体进口管5 流进的高压的工作流体氦气，流经套管时将热管壁及螺旋翅片的热量带走，之后 从工作流体出口管6流出，此时氦气的温度达到700°C。高温高压的氦气流出后 即可进入热积h惟动热才几运转而发电。本实施例考虑了整个接收器的保温性，在接收器外部覆以耐高温的保温层9, 保温层9外则覆有铝合金的外壳10。这样就最大P艮度的减小了接收器的热损失， 保证了接收器的热效率。除以上实施例之外，本专利技术可有多种实施方式，凡在本专利技术基础上实施的等 效替换或类似组合变换均落在本专利技术要求的保护范围之内。权利要求1.高温太阳能热管接收器，包括由数根异型高温热管对中均布组合而成的吸热腔，由套管和高温热管放热段构成的工作流体通道，用于漫反射的陶瓷圆锥体，工作流体进口管、工作流体出口管、以及陶瓷采光孔，其特征在于吸热腔由每根相邻异型高温热管的吸热段两两相连接并对中均布而成，异型高温热管的吸热段为梭形，套管套在异型高温热管的放热段上，套管上设有工作流体进口、工作流体出口。2. 根据权利要求1所述的高温太阳能热管接收器，其特征在于异型高温本文档来自技高网...

【技术保护点】
高温太阳能热管接收器，包括由数根异型高温热管对中均布组合而成的吸热腔，由套管和高温热管放热段构成的工作流体通道，用于漫反射的陶瓷圆锥体，工作流体进口管、工作流体出口管、以及陶瓷采光孔，其特征在于吸热腔由每根相邻异型高温热管的吸热段两两相连接并对中均布而成，异型高温热管的吸热段为梭形，套管套在异型高温热管的放热段上，套管上设有工作流体进口、工作流体出口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张红，许辉，白穜，丁莉，陈兴元，陶汉中，庄骏，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]