專利名稱：用于太陽能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫鈉熱管集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于太陽能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)中的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)用的太陽能高溫鈉 熱管集熱器，它主要涉及到聚光式太陽能高溫?zé)崂门c高溫?zé)峁軅鳠峒夹g(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能碟式熱發(fā)電技術(shù)是利用碟式拋物面聚光鏡收集太陽能，然后利用位于其焦 點(diǎn)位置附近的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)作為核心動(dòng)力機(jī)械，后者能夠直接利用聚焦后的太陽能輸出機(jī) 械功，從而帶動(dòng)與其輸出軸相聯(lián)的發(fā)電機(jī)發(fā)電。而太陽能集熱器位于聚光鏡與斯特林發(fā)動(dòng) 機(jī)之間，其作用是把聚焦后的太陽能收集、傳遞給斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱器。該技術(shù)屬于太陽 能高溫?zé)崂妙I(lǐng)域，是一種利用聚焦后的太陽能進(jìn)行熱發(fā)電的先進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)具有光電 轉(zhuǎn)換效率高，使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，既可以單套系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)電，又可以聯(lián)合多套系統(tǒng)、根據(jù)需要 組成太陽能發(fā)電站(廠)。太陽能集熱器是太陽能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，它的主要作用是把收集到 的太陽能傳入斯特林機(jī)內(nèi)部，加熱后者中的工質(zhì)。其性能的優(yōu)劣直接影響到斯特林機(jī)的熱 效率。一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)良的太陽能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的集熱器應(yīng)該能夠盡可能多的把表面接收到的 熱量比較均勻的傳遞給斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱器，而熱損失盡可能的小。從加熱方式上，用于 太陽能碟式聚光熱發(fā)電系統(tǒng)的集熱器又分為直接加熱式和間接加熱式。鈉熱管集熱器屬于 后者。前者的結(jié)構(gòu)簡單、加工容易，但由于無法避免光照加熱的不均勻性，其吸熱器壽命較 短；后者能夠均勻加熱，延長吸熱器的使用壽命，但是加工和封裝的難度較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于給出一種用于太陽能碟式聚光熱發(fā)電系統(tǒng)中，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)上 的太陽能鈉熱管集熱器。該鈉熱管集熱器表面能在高溫下傳遞大熱流密度的熱量，且集熱 器的蒸發(fā)段和冷凝段具有很好的均溫性。與傳統(tǒng)的直接受熱式的集熱器相比，它不僅能夠 提高集熱效率，而且能夠顯著減小斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)上吸熱器管壁的熱應(yīng)力，從而提高了斯特 林發(fā)動(dòng)機(jī)及其整套太陽能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的使用壽命。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明——用于太陽能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫鈉 熱管集熱器主要由一個(gè)重力回流式的鈉熱管、瞳孔以及外部的耐高溫保溫層組成，為軸對 稱結(jié)構(gòu)。其中，鈉熱管主要由殼體和毛細(xì)引液芯組成。殼體在接受陽光照射的一面做成旋 轉(zhuǎn)拋物面形狀，緊貼其背面(殼體內(nèi)部的一側(cè))焊接有毛細(xì)引液芯。該引液芯由一種鎳基 合金金屬絲燒結(jié)成，其厚度不超過8mm，目數(shù)不大于400目。這些共同組成熱管的蒸發(fā)段。 熱管的冷凝段為斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱器。熱管的殼體焊接在斯特林機(jī)吸熱器的安裝邊上， 形成集熱器的殼體。對該殼體抽真空，然后將一定量的液態(tài)鈉灌于殼體中，形成鈉液池，之 后封裝好殼體。這些鈉作為集熱器內(nèi)部的工質(zhì)。集熱器的瞳孔為直徑不大于350mm、厚度不 超過5mm且透光性非常好的石英玻璃，它被嵌于集熱器的受光口處，起到阻隔外界空氣、抑 制集熱器表面對流熱損失的作用。除直接受光照的旋轉(zhuǎn)拋物面之外，整個(gè)殼體的外表面均勻刷涂一種無機(jī)水性單組分的耐高溫保溫涂料。工作時(shí)，將鈉熱管集熱器安裝在碟式熱發(fā)電系統(tǒng)中的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱頭處。工 作時(shí)，熱管的頭部朝下斜置一定角度。經(jīng)聚焦后略微發(fā)散的太陽光打在熱管的蒸發(fā)段—— 旋轉(zhuǎn)拋物面的表面，鈉液池中的一部分液態(tài)鈉受到毛細(xì)引液芯的毛細(xì)力作用而浸滿蒸發(fā)段 殼體壁的內(nèi)側(cè)，吸收太陽光的熱量蒸發(fā)，此時(shí)集熱器整個(gè)殼體內(nèi)部呈鈉的氣液兩相共存狀 態(tài)，溫度在690 760°C之間。其中鈉蒸汽在熱管的冷凝段，即斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱器外壁 釋放潛熱后液化，將高溫?zé)崃總魅肓怂固亓职l(fā)動(dòng)機(jī)吸熱器內(nèi)部的工質(zhì)。液態(tài)鈉在重力的作 用下沿著熱管的殼體壁回流到殼體內(nèi)側(cè)角落處的鈉液池中。如此完成一次相變傳熱過程。 該過程在集熱器工作時(shí)往復(fù)循環(huán)。


圖1為本發(fā)明的實(shí)體外觀圖。圖2為本發(fā)明主要零件的裝配分解圖。圖3a為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖北為圖3a的局部放大圖。附圖中主要標(biāo)示說明1斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱器；2集熱器殼體；3瞳孔；4瞳孔固定板；5螺母；6螺栓；7 毛細(xì)引液芯；8耐高溫保溫涂料層；9斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的主體。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 是用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的外觀如圖1，它由圖2和圖3a中的零部件組成。在制造時(shí)，首先選取厚度 不超過8mm，目數(shù)不大于400目的鎳基合金絲網(wǎng)做出毛細(xì)引液芯7，將其焊接在加工好的集 熱器殼體2的旋轉(zhuǎn)拋物面的內(nèi)側(cè)。然后把集熱器殼體2的底邊焊接在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱 器1底部的安裝邊上。這樣，集熱器殼體2的內(nèi)部已經(jīng)形成一個(gè)封閉的腔室，此時(shí)對該腔式 抽真空，當(dāng)腔室的內(nèi)部壓力抽至只有幾帕?xí)r，灌入一定質(zhì)量的液態(tài)鈉，形成鈉液池，之后封 裝與該真空環(huán)境下。作為瞳孔3的石英玻璃嵌入兩塊半圓形的瞳孔固定板4中，并由12對 螺母5和螺栓6將其固定在集熱器殼體2上面。待上述零件裝齊之后，在整個(gè)集熱器殼體 2的外表面(除了受光照的旋轉(zhuǎn)拋物面)均勻涂上厚10 15mm的一種無機(jī)水性單組分的 耐高溫保溫涂料，形成耐高溫保溫涂料層8。本發(fā)明工作時(shí)，如圖1和圖3a那樣，集熱器開口斜向下放置，安裝在太陽能碟式熱 發(fā)電系統(tǒng)中斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的主體9前端的受熱部位。由碟式拋物面聚光鏡聚焦后的太陽光 略微發(fā)散，由瞳孔3射入集熱器，對其內(nèi)部的鈉進(jìn)行加熱。液態(tài)鈉在熱管集熱器的熱端受熱 蒸發(fā)成為鈉蒸汽，流向冷凝端，釋放潛熱，迅速加熱斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱器1內(nèi)部的工質(zhì)后 液化。在重力作用下，液化后的鈉流回鈉液池，完成一次相變傳熱過程。如此往復(fù)不斷，對 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱器1實(shí)現(xiàn)在高溫下接近等溫的均勻加熱過程。上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際需要和進(jìn)一步的探索還可以有其他實(shí)施方式。但是，應(yīng)該明確的是，基于類似上述的或者其他沒有表述出的具有相同構(gòu)思的 實(shí)施方式的變換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種用于太陽能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫鈉熱管集熱器，其特征在于，該集熱器的主 體結(jié)構(gòu)是一種重力回流式的熱管結(jié)構(gòu)，集熱器的殼體受太陽光照射的一端設(shè)置為旋轉(zhuǎn)拋物 面形狀，另一端固定連接至所述太陽能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)中的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱器的安裝 邊；集熱器的殼體與吸熱器的底邊形成封閉腔體，所述封閉腔體內(nèi)為真空環(huán)境并注入有液 態(tài)鈉，形成具有一定高度的鈉液池；拋物面形狀的集熱器的殼體的內(nèi)側(cè)焊接有毛細(xì)引液芯，所述毛細(xì)引液芯的一部分浸入 在液態(tài)鈉中；旋轉(zhuǎn)拋物面形狀的外側(cè)殼體端部固定安裝有用于使太陽光線射入的瞳孔。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于太陽能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫鈉熱管集熱器，其特征 在于，該毛細(xì)引液芯由數(shù)層多孔金屬絲網(wǎng)疊加后燒結(jié)而成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于太陽能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫鈉熱管集熱器，其特征 在于，高溫鈉熱管集熱器的瞳孔嵌于兩塊固定板之間，再由螺栓和螺母將固定板固定在集 熱器的殼體上。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于太陽能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫鈉熱管集熱器，其特征 在于，高溫鈉熱管集熱器的瞳孔由石英玻璃制成。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于太陽能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫鈉熱管集熱器，其特征 在于整個(gè)集熱器的殼體的外壁均勻地涂有耐高溫保溫涂料。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于太陽能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫鈉熱管集熱器，它被用于太陽能碟式熱發(fā)電系統(tǒng)中，作為斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的太陽能集熱器，起到迅速傳遞高溫?zé)崃康闹匾饔?。該集熱器為重力回流式熱管結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部工質(zhì)為鈉液——鈉蒸汽。該集熱器工作時(shí)，被封裝在抽過真空的熱管蒸發(fā)段的液態(tài)鈉吸收聚焦后的高溫太陽能，迅速蒸發(fā)變成鈉蒸汽，此過程吸收了大量的潛熱。鈉蒸汽在位于熱管冷凝段的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱器管外壁冷凝，迅速釋放潛熱變?yōu)橐簯B(tài)，在重力作用下沿著集熱器殼體的內(nèi)壁流回鈉液池，完成一次相變傳熱過程。如此往復(fù)循環(huán)，不斷的把聚焦后的太陽能迅速傳遞給斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱器。
文檔編號(hào)F02G1/055GK102062016SQ20101057553
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者唐大偉, 李志剛, 李鐵, 杜景龍, 袁達(dá)忠 申請人:唐大偉, 李鐵, 袁達(dá)忠