內(nèi)壁繞有u型同軸套管反應(yīng)器的方形腔式集熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種腔式太陽能集熱器，特別設(shè)及一種應(yīng)用于碟式太陽能高溫?zé)?利用系統(tǒng)中的內(nèi)壁繞有U型同軸套管反應(yīng)器的方形腔式集熱器。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國太陽熱能高溫利用起步較晚，還未達(dá)到普及階段，隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，人 類對于能源的需求量也越來越高。當(dāng)前全球一次能源構(gòu)成主要是W化石燃料為主體。然而 化石燃料具有不可再生性，且使用過程中會(huì)造成環(huán)境污染，該促使人們必須尋找既可再生 又不會(huì)造成環(huán)境污染的可再生能源。能源的開發(fā)和利用受到經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和環(huán)境等多方面因 素影響。太陽能作為風(fēng)能，潮軟能，地?zé)崮艿饶茉吹幕A(chǔ)能源，取之不盡，用之不竭，具有無 限性，經(jīng)濟(jì)性，環(huán)保性W及更易集成的優(yōu)勢，該使得太陽熱能的高溫?zé)崂檬艿搅烁鲊鴮W(xué)者 的青睞。
[0003] 太陽能高溫?zé)崂檬翘柲芾弥械闹匾M成部分。眾所周知，太陽能是一種低 密度、間歇性、隨地理分布不斷變化的、與傳統(tǒng)化石能源截然不同的可再生能源，該些特征 對太陽能的收集和熱利用有了更嚴(yán)格的要求。集熱器作為一種可W高效率地將太陽能轉(zhuǎn)化 為熱能的裝置，在太陽能高溫?zé)崂梅矫嬗泻芏鄳?yīng)用。其中，太陽能熱發(fā)電技術(shù)是太陽能高 溫?zé)崂玫闹饕猛荆渲饕O(shè)及=種形式：槽式太陽能熱發(fā)電、塔式太陽能熱發(fā)電和碟式 太陽能熱發(fā)電。相對于槽式和塔式，碟式太陽能高溫?zé)崂孟到y(tǒng)具有聚光比高、結(jié)構(gòu)簡單、 可模塊化、光熱轉(zhuǎn)換比高的特點(diǎn)。因而，在熱發(fā)電領(lǐng)域，碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成為最 重要的熱發(fā)電形式之一。
[0004] 碟式太陽能熱發(fā)電中的腔式太陽能集熱器的基本原理是利用拋物面聚焦鏡對太 陽光聚焦，隨后將其反射到腔式集熱器內(nèi)，加熱集熱器內(nèi)的傳熱管件，通過管壁再加熱管 內(nèi)的傳熱流體。太陽熱能在傳遞過程中同時(shí)伴隨著熱損失，各國學(xué)者對腔式集熱器的熱損 失機(jī)理作過較多的實(shí)驗(yàn)和研究。研究表明，在腔式集熱器中，熱損失主要表現(xiàn)為W下幾個(gè)方 面（1)太陽光通過吸收腔口的反射損失；（2)通過集熱器腔體壁的導(dǎo)熱損失；（3)空氣通過 吸收腔口引起的對流損失；(4)通過吸收腔口時(shí)的熱福射損失。
[0005] 對于腔式集熱器來說，通過集熱器腔體壁熱傳導(dǎo)而損失的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對流損失 及熱福射引起的損失。并且集熱器壁溫度越高，熱福射的損失會(huì)呈幾何級數(shù)增大，所W如何 減少該一部分損失就成為提高集熱器熱效率必須解決的問題。為此，人們從外形、結(jié)構(gòu)W及 加熱方式=個(gè)方面進(jìn)行研究，提出了多種形式的腔式太陽能集熱器。
[0006] (1)按集熱器吸熱表面形狀的不同，基本形式分為球形、圓柱形、圓錐形、平頂圓 錐形W及在此基礎(chǔ)上加W改造的形狀，外形會(huì)對集熱器上述的四個(gè)方面的熱損失均會(huì)有相 應(yīng)的影響，并且集熱器的外形也直接影響著制造工藝的難易及集熱裝置是否可模塊化的生 產(chǎn)。
[0007] (2)按集熱器入口是否帶密閉擋風(fēng)板，可分為入口帶擋風(fēng)板和入口不帶擋風(fēng)板兩 種。集熱器是否帶擋風(fēng)板影響著光線進(jìn)入的多少及難易，入口帶擋風(fēng)板的集熱器雖然進(jìn)入 光線較不帶擋風(fēng)板進(jìn)入光線少，然而由于其與外部環(huán)境接觸相對較少，會(huì)減少與外界空氣 產(chǎn)生的對流損失。
[000引 （3)按照加熱方式的不同，集熱器可分為直接照射型及回流型兩種。直接照射型是 指將熱管的外表面直接處于反光鏡的照射下，具有結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。但是由于聚 集太陽光的不均勻性，使吸熱管的表面易產(chǎn)生極大的溫度梯度，對熱管乃至整個(gè)集熱器造 成嚴(yán)重的破壞。采用回流型熱管式的集熱器，不僅可W提高整個(gè)碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的 效率，同時(shí)也可W降低整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和制造成本。因此，腔式集熱器成為目前先進(jìn)的 碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中必不可少的一部分。
[0009] 當(dāng)今世界迫切需要光熱轉(zhuǎn)化效率高的轉(zhuǎn)換裝置，腔式集熱器作為碟式太陽能高 溫?zé)崂孟到y(tǒng)的核屯、裝置，對碟式太陽能熱利用、尤其是碟式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展作 用重要。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種內(nèi)壁繞有U型同軸套管反應(yīng)器 的方形腔式集熱器。該腔式集熱器能有效地綜合降低上述四方面熱量損失，提高太陽光 能-化學(xué)能轉(zhuǎn)化效率。
[0011] 本實(shí)用新型的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[001引內(nèi)壁繞有U型同軸套管反應(yīng)器的方形腔式集熱器，所述腔式集熱器整體結(jié)構(gòu)呈下 部帶開口的方形，包括方形腔體、U型同軸套管組件和鍛有反光涂層的擋風(fēng)板；U型同軸套 管組件置于方形腔體內(nèi)，且緊貼方形腔體內(nèi)壁呈U型回路排列；方形腔體下部開口處設(shè)有 呈無底四棱臺(tái)型的擋風(fēng)板，擋風(fēng)板的一端位于方形腔體內(nèi)，另一端位于方形腔體外，擋風(fēng)板 的中部與腔體無縫隙相連。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施的，所述的方形腔體采用內(nèi)部可填充隔熱材料的雙層結(jié)構(gòu)，包括 外殼、內(nèi)殼、填充孔、螺栓和填充材料；方形腔體由上下兩部分構(gòu)成，通過螺栓相連，相連處 使用密封圈密封；密封圈本體中部設(shè)有若干圈體通孔，供裝填填充材料時(shí)，填充材料由方形 腔體下部流向上部；填充孔位于外殼側(cè)壁，填充材料通過填充孔充入，通過填充孔可定期為 集熱器裝填填充材料，填充孔配有與裝置配套的密封塞。
[0014] 進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施的，所述的U型同軸套管組件由同軸套管外管、催化劑層、同軸套 管內(nèi)管和通孔組成，U型同軸套管內(nèi)管與方形腔體外殼側(cè)壁上部的入口管相連通，U型同軸 套管外管與方形腔體外殼頂部的出口管相連通，入口管和出口管從方形腔體穿過，接觸處 密封，催化劑層在同軸套管外管和同軸套管內(nèi)管之間。
[0015] 進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施的，所述的U型同軸套管組件呈重復(fù)連續(xù)的U型排布，并緊貼于方 形腔體內(nèi)殼內(nèi)壁表面，U型同軸套管組件的排布間距為2cm?12畑1，內(nèi)殼壁面和與其緊貼在 一起的同軸套管外管壁面具有一層用于提供太陽能的吸收效率的高吸收光率材料，W達(dá)到 方形腔體內(nèi)的最高壁面溫度。
[0016] 進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施的，工作時(shí)，待加熱的儲(chǔ)能反應(yīng)介質(zhì)由方形腔體側(cè)壁處的入口管 流入，經(jīng)過U型同軸套管組件時(shí)被進(jìn)入的太陽能加熱，最后從位于方形腔體頂部的出口管 流出。
[0017] 進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施的，U型同軸套管組件內(nèi)管中的儲(chǔ)能反應(yīng)介質(zhì)可W與同軸套管內(nèi) 管附著的催化劑層充分接觸，反應(yīng)后的生成物流體，經(jīng)過通孔流入同軸套管組件外管；催化 劑層材料根據(jù)采用的熱化學(xué)儲(chǔ)能反應(yīng)介質(zhì)選用。
[0018] 進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施的，擋風(fēng)板的內(nèi)側(cè)鍛有反光涂層；下部開口處形成的面積與方形 腔體內(nèi)殼壁面的表面積之比為0. 05?0. 20,擋風(fēng)板與方形腔體外殼下部外壁面間的夾角 曰為45。?70。，集熱效果達(dá)到最佳。
[0019] 進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施的，方形腔體內(nèi)、外殼之間設(shè)置有支架，W增強(qiáng)腔體強(qiáng)度，確保殼 層內(nèi)、外壁不會(huì)變形過大，所述的支架可采用n型支架、S角型支架或圓弧型支架中的一 種。
[0020] 本實(shí)用新型對現(xiàn)有技術(shù)的不足達(dá)到了 W下幾個(gè)方面的改善：
[0021] (1)采用無底四棱臺(tái)型開口式的擋風(fēng)板結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)可使太陽光能最大程度上 的進(jìn)入腔內(nèi)，在腔式集熱器開口處的擋風(fēng)板會(huì)增加太陽光線通量，將部分偏離的光反射進(jìn) 入腔內(nèi)又不至于與外界空氣接觸過多，大大減少了太陽能的對流熱損失及熱福射。使腔內(nèi) 光線通量最大，熱轉(zhuǎn)化率最高，為反應(yīng)提供更高的反應(yīng)溫度。
[002引 似內(nèi)、外腔體間采用中間帶有加強(qiáng)肋的方式。加強(qiáng)肋可有效防止內(nèi)、外殼在變 形。內(nèi)、外殼層間填充隔熱材料可W增大傳熱熱阻，裝置設(shè)置填充孔，可方便定期更換隔熱 材料，使熱阻增至最大W防熱量散失。
[0023] (3)采用U型同軸套管組件。U型同軸套管緊貼腔式集熱器內(nèi)壁纏繞并呈U型排 列。U型排列使同軸套管與集熱器內(nèi)殼壁面接觸面積增大從而降低接觸熱阻，為同軸套管內(nèi) 的熱化學(xué)儲(chǔ)能反應(yīng)介質(zhì)提供更高的反應(yīng)溫度，從而促使熱化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，將更多的太陽能 轉(zhuǎn)變成化學(xué)能加W儲(chǔ)存。
[0024] (4)方形腔體易于拆卸和組裝，腔體分為上殼和下殼兩部分，兩者通過螺栓相連， 相接處使用密封圈，利于清潔及更換內(nèi)部組件。
【附圖說明】
[0025] 圖1是實(shí)例中內(nèi)壁繞有U型同軸套管反應(yīng)器的方形腔式集熱器的橫剖面示
[0026] 意圖。
[0027] 圖2是U型同軸套管組件的平面展開示意圖。
[002引圖3是鍛有反光涂層的擋風(fēng)板的剖面圖。
[0029] 圖4是密封圈的截面圖。
[0030] 圖5是U型同軸套管組件的部分剖面圖。
[0031] 圖6是n型支架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖7是S角型支架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖8是圓弧型支架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖中；1.填充孔；2.內(nèi)殼；3.螺栓4. U型同軸套管組件點(diǎn)入口管；6.出口管； 7.圈體通孔；8.密封圈；9.鍛有反光涂層的擋風(fēng)板；10.填充材料；11.外殼；12.擋風(fēng)板的 內(nèi)側(cè)；13.擋風(fēng)板外側(cè)；14.密封圈內(nèi)圈；15.密封圈外圈；16.催化劑層；17.同軸套管組件 外管；18同軸套管組件內(nèi)管；19.通孔；20. n型支架；21. S角型支架；22.圓弧型支架。
【具體實(shí)施方式】
[0035] W下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施 不限于此，需指出的是，W下若有未特別