CN103644657B - 一种高温太阳能吸热器 - Google Patents

一种高温太阳能吸热器 Download PDF

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Abstract

一种高温太阳能吸热器，涉及一种太阳能吸热器。本发明是要解决目前的太阳能吸热器内部常出现几个甚至几十个大气压的高温高压环境，使光学窗口的隔热与密封性能降低，同时入口法兰会出现变形、内部密封材料变质导致窗口碎裂、整个吸热器的使用寿命显著降低的技术问题。本发明是由光学窗口、金属片、陶瓷纤维毡、法兰、石墨垫片和水冷靶台组成；金属片通过耐高温树脂胶与光学窗口连接，外侧法兰和外侧金属片通过耐高温树脂胶连接，内侧法兰和内侧金属片中间夹着陶瓷纤维毡，内侧法兰和外侧法兰的中间的外侧夹着一个石墨垫片，水冷靶台的下部设置进水口，水冷靶台的上部设置有出水口。本发明主要应用于太阳能领域。

Description

一种高温太阳能吸热器
技术领域
本发明涉及一种太阳能吸热器。
背景技术
太阳能资源丰富，清洁易得，高温太阳能热利用系统采取太阳能聚集器获得高倍聚集能流，容积式吸收器采用封闭式密封结构，将接收到的汇聚太阳辐射转换为热能，并传递给载热质。高温太阳能热利用系统已经广泛应用于太阳能热力示范发电厂，其内部陶瓷材料的辐射加热可使被加热空气介质产生高达1000℃以上的高温。入口端的光学窗口具有吸收聚集太阳辐射、隔离吸热器与外部空间的作用。吸热器内部常出现几个甚至几十个大气压的高温高压环境，使光学窗口的隔热与密封性能降低，同时入口法兰会出现变形、内部密封材料变质导致窗口碎裂、整个吸热器的使用寿命显著降低。
发明内容
本发明是要解决目前的太阳能吸热器内部常出现几个甚至十几个大气压的高温高压环境，使光学窗口的隔热与密封性能降低，同时入口法兰会出现变形、内部密封材料变质导致窗口碎裂、整个吸热器的使用寿命显著降低的技术问题，从而提供一种高温太阳能吸热器。
本发明的高温太阳能吸热器，它包括吸热腔和半椭球形光学窗口，其特征在于它还包括耐高温树脂胶、环形内侧金属片、环形外侧金属片、环形陶瓷纤维毡、环形内侧法兰、环形外侧法兰、螺栓、环形石墨垫片、圆锥台形水冷靶台和靶台支架；半椭球形光学窗口带有环形平台，所述半椭球形光学窗口的半椭球形状与环形平台之间圆滑过渡，环形内侧金属片和环形外侧金属片通过耐高温树脂胶分别与带有环形平台的半椭球形光学窗口的环形平台的上下两个平面连接，环形外侧法兰和环形外侧金属片通过耐高温树脂胶连接，环形内侧法兰和环形内侧金属片中间夹着环形陶瓷纤维毡，环形内侧法兰和环形外侧法兰的中间的外侧夹着一个环形石墨垫片，环形内侧法兰和环形外侧法兰通过螺栓连接，并且螺栓穿过环形石墨垫片，靶台支架的两端分别焊接在圆锥台形水冷靶台和环形外侧法兰上，圆锥台形水冷靶台的下部设置有一个进水口，圆锥台形水冷靶台的上部设置有一个出水口，圆锥台形水冷靶台的收口插进环形外侧法兰的空心圆环里，圆锥台形水冷靶台的收口内径小于带有环形平台的半椭球形光学窗口环形平台处的开口直径。
本发明的原理：
1、本发明将带有环形平台的半椭球形光学窗口与环形内侧和外侧金属环形盘之间利用耐高温树脂胶粘黏紧贴，再和环形外侧金属法兰之间涂抹树耐高温树脂胶，同时环形内侧和外侧法兰采用环形石墨垫片密封并且通过螺栓连接，这种方式能够轻松实现十几个大气压下的高压密封连接，降低太阳能吸热器运行漏气率，使其漏气率低于3％；半椭球形状的光学窗口设计使其耐压性能更强，能够承受9bar～10bar的高压，最大限度地降低了运行过程中光学窗口破裂的可能，密封性更加持久，并且其外周边倒角圆滑过度为平面，非常有利于密封安装；
2、本发明的光学窗口的环形金属片和环形内侧法兰采用环形陶瓷纤维毡进行隔热处理，环形内侧和外侧法兰之间采用环形石墨垫片隔热，两种材料都具有耐压强度高、使用寿命长、低热容量、低热导率、热性好、使用方便、性能稳定等优点，使接触高温吸热腔体的环形内侧法兰温度变化不会影响到窗口和环形外侧法兰，避免了光学窗口碎裂；
3、本发明在光学窗口前端接入圆锥台形水冷靶台，有效遮挡了吸热器外法兰入口周边的聚集能流，延长了吸热装置的使用寿命，同时，水冷循环设计使得圆锥台形水冷靶台免受持续高温而变形损坏，使其运行更加安全稳定；
4、圆锥台形水冷靶台可作为太阳能聚集器跟踪过程中的相对参照物，利用肉眼观测即可随意调整光斑相对位置，使得操作更加简单直接；圆锥台形的设计还有利于太阳辐射能的二次聚集，显著增大聚光比，减小光斑尺寸，大幅提升吸热效率20％～25％；
5、光学窗口和金属环形盘采用高温树脂胶粘合成为一体，可方便在法兰之间安装拆卸，拆卸时，只需将环形外侧金属片和环形外侧法兰之间的胶体用刀片刮开，松开螺栓，环形金属片连带光学窗口即可一并取出，整个装置组装拆卸都很方便，适用性强；
6、，圆锥台形水冷靶台的收口内径小于带有环形平台的半椭球形光学窗口环形平台处的开口直径，使得圆锥台形水冷靶台收集到的高倍聚集能流不会照射在光学窗口倒角上而引起光学窗口的局部高温破裂。
本发明的优点：
1、本发明的吸热腔能够轻松实现吸热腔内十几个大气压下的高压密封连接，降低太阳能吸热器运行漏气率，使其漏气率低于3％；
2、本发明能够使得吸热腔承受9bar～10bar的高压，降低了运行过程中光学窗口破裂的可能，密封性更加持久，并且光学窗口的外周边倒角圆滑过度为平面，非常有利于密封安装；
3、本发明的圆锥台形水冷靶台延长了吸热装置的使用寿命；
4、圆锥台形水冷靶台可作为太阳能聚集器跟踪过程中的相对参照物，利用肉眼观测即可随意调整光斑相对位置，使得操作更加简单直接；圆锥台形的设计还有利于太阳辐射能的二次聚集，显著增大聚光比，减小光斑尺寸，大幅提升吸热效率20％～25％；
5、本发明的装置组装拆卸简单易行，适用性强；
6、本发明的圆锥台形水冷靶台收集到的高倍聚集能流不会照射在光学窗口倒角上从而避免了光学窗口的局部高温破裂。
附图说明
图1是本发明的高温太阳能吸热器的结构示意图，1为带有环形平台的半椭球形光学窗口，2为吸热腔，3为螺栓，4为环形内侧法兰，5为环形外侧金属片，6为耐高温树脂胶，7为环形内侧法兰，8为靶台支架，9为圆锥台形水冷靶台的出水口，10为圆锥台形水冷靶台的入水口，11为环形陶瓷纤维毡，12为环形内侧金属片，13为环形石墨垫片，14为圆锥台形水冷靶台，箭头为太阳能的射入方向；
图2是图1的a-a剖视图，1为带有环形平台的半椭球形光学窗口，3为螺栓，13为环形石墨垫片；
图3是图1的b-b剖视图，14为圆锥台形水冷靶台。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-3，本实施方式的一种高温太阳能吸热器，它包括吸热腔2和半椭球形光学窗口1，其特征在于它还包括耐高温树脂胶6、环形内侧金属片12、环形外侧金属片5、环形陶瓷纤维毡11、环形内侧法兰4、环形外侧法兰7、螺栓3、环形石墨垫片13、圆锥台形水冷靶台14和靶台支架8；半椭球形光学窗口1带有环形平台，所述半椭球形光学窗口1的半椭球形状与环形平台之间圆滑过渡，环形内侧金属片12和环形外侧金属片5通过耐高温树脂胶6分别与带有环形平台的半椭球形光学窗口1的环形平台的上下两个平面连接，环形外侧法兰7和环形外侧金属片5通过耐高温树脂胶6连接，环形内侧法兰4和环形内侧金属片12中间夹着环形陶瓷纤维毡11，环形内侧法兰4和环形外侧法兰7的中间的外侧夹着一个环形石墨垫片13，环形内侧法兰4和环形外侧法兰7通过螺栓3连接，并且螺栓3穿过环形石墨垫片13，靶台支架8的两端分别焊接在圆锥台形水冷靶台14和环形外侧法兰7上，圆锥台形水冷靶台14的下部设置有一个进水口10，圆锥台形水冷靶台14的上部设置有一个出水口9，圆锥台形水冷靶台14的收口插进环形外侧法兰7的空心圆环里，圆锥台形水冷靶台14的收口内径小于带有环形平台的半椭球形光学窗口1环形平台处的开口直径。
本实施方式的原理：
1、本发明将带有环形平台的半椭球形光学窗口与环形内侧和外侧金属环形盘之间利用耐高温树脂胶粘黏紧贴，再和环形外侧金属法兰之间涂抹树耐高温树脂胶，同时环形内侧和外侧法兰采用环形石墨垫片密封并且通过螺栓连接，这种方式能够轻松实现十几个大气压下的高压密封连接，降低太阳能吸热器运行漏气率，使其漏气率低于3％；半椭球形状的光学窗口设计使其耐压性能更强，能够承受9bar～10bar的高压，最大限度地降低了运行过程中光学窗口破裂的可能，密封性更加持久，并且其外周边倒角圆滑过度为平面，非常有利于密封安装；
2、本发明的光学窗口的环形金属片和环形内侧法兰采用环形陶瓷纤维毡进行隔热处理，环形内侧和外侧法兰之间采用环形石墨垫片隔热，两种材料都具有耐压强度高、使用寿命长、低热容量、低热导率、热性好、使用方便、性能稳定等优点，使接触高温吸热腔体的环形内侧法兰温度变化不会影响到窗口和环形外侧法兰，避免了光学窗口碎裂；
3、本发明在光学窗口前端接入圆锥台形水冷靶台，有效遮挡了吸热器外法兰入口周边的聚集能流，延长了吸热装置的使用寿命，同时，水冷循环设计使得圆锥台形水冷靶台免受持续高温而变形损坏，使其运行更加安全稳定；
4、圆锥台形水冷靶台可作为太阳能聚集器跟踪过程中的相对参照物，利用肉眼观测即可随意调整光斑相对位置，使得操作更加简单直接；圆锥台形的设计还有利于太阳辐射能的二次聚集，显著增大聚光比，减小光斑尺寸，大幅提升吸热效率20％～25％；
5、光学窗口和金属环形盘采用高温树脂胶粘合成为一体，可方便在法兰之间安装拆卸，拆卸时，只需将环形外侧金属片和环形外侧法兰之间的胶体用刀片刮开，松开螺栓，环形金属片连带光学窗口即可一并取出，整个装置组装拆卸都很方便，适用性强；
6、圆锥台形水冷靶台的收口内径小于带有环形平台的半椭球形光学窗口环形平台处的开口直径，使得圆锥台形水冷靶台收集到的高倍聚集能流不会照射在光学窗口倒角上而引起光学窗口的局部高温破裂。
本实施方式的优点：
1、本发明的装置能够轻松实现吸热腔内十几个大气压下的高压密封连接，降低太阳能吸热器运行漏气率，使其漏气率低于3％；
2、本发明的装置能够使得吸热腔承受9bar～10bar的高压，降低了运行过程中光学窗口破裂的可能，密封性更加持久，并且光学窗口的外周边倒角圆滑过度为平面，非常有利于密封安装；
3、本发明的圆锥台形水冷靶台延长了吸热装置的使用寿命；
4、圆锥台形水冷靶台可作为太阳能聚集器跟踪过程中的相对参照物，利用肉眼观测即可随意调整光斑相对位置，使得操作更加简单直接；圆锥台形的设计还有利于太阳辐射能的二次聚集，显著增大聚光比，减小光斑尺寸，大幅提升吸热效率20％～25％；
5、本发明的装置组装拆卸简单易行，适用性强；
6、本发明的圆锥台形水冷靶台收集到的高倍聚集能流不会照射在光学窗口倒角上从而避免了光学窗口的局部高温破裂。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同的是：环形内侧法兰4和环形外侧法兰7的材质均为钢。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一的不同的是：环形内侧金属片12和环形外侧金属片5的材质均为钢。其他与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：带有环形平台的半椭球形光学窗口1的材质是熔融石英。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：圆锥台形水冷靶台14的材质是钢。其它与具体实施方式一至四之一相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验的高温太阳能吸热器，它包括吸热腔2和半椭球形光学窗口1，其特征在于它还包括耐高温树脂胶6、环形内侧金属片12、环形外侧金属片5、环形陶瓷纤维毡11、环形内侧法兰4、环形外侧法兰7、螺栓3、环形石墨垫片13、圆锥台形水冷靶台14和靶台支架8；半椭球形光学窗口1带有环形平台，所述半椭球形光学窗口1的半椭球形状与环形平台之间圆滑过渡，环形内侧金属片12和环形外侧金属片5通过耐高温树脂胶6分别与带有环形平台的半椭球形光学窗口1的环形平台的上下两个平面连接，环形外侧法兰7和环形外侧金属片5通过耐高温树脂胶6连接，环形内侧法兰4和环形内侧金属片12中间夹着环形陶瓷纤维毡11，环形内侧法兰4和环形外侧法兰7的中间的外侧夹着一个环形石墨垫片13，环形内侧法兰4和环形外侧法兰7通过螺栓3连接，并且螺栓3穿过环形石墨垫片13，靶台支架8的两端分别焊接在圆锥台形水冷靶台14和环形外侧法兰7上，圆锥台形水冷靶台14的下部设置有一个进水口10，圆锥台形水冷靶台14的上部设置有一个出水口9，圆锥台形水冷靶台14的收口插进环形外侧法兰7的空心圆环里，圆锥台形水冷靶台14的收口内径小于带有环形平台的半椭球形光学窗口1环形平台处的开口直径。
环形内侧法兰4、环形外侧法兰7、环形内侧金属片12、环形外侧金属片5和圆锥台形水冷靶台14的材质均为钢；带有环形平台的半椭球形光学窗口1的材质是熔融石英。
本试验的装置能够实现吸热腔内12个大气压下的高压密封连接，降低太阳能吸热器运行漏气率，使其漏气率为2％；
本试验的装置能够使得吸热腔承受10bar的高压，降低了运行过程中光学窗口破裂的可能，密封性更加持久，并且光学窗口的外周边倒角圆滑过度为平面，非常有利于密封安装；
本试验的圆锥台形水冷靶台可作为太阳能聚集器跟踪过程中的相对参照物，利用肉眼观测即可随意调整光斑相对位置，使得操作更加简单直接；圆锥台形的设计还有利于太阳辐射能的二次聚集，显著增大聚光比，减小光斑尺寸，大幅提升吸热效率25％；
本试验的圆锥台形水冷靶台收集到的高倍聚集能流不会照射在光学窗口倒角上从而避免了光学窗口的局部高温破裂。

Claims (5)

1.一种高温太阳能吸热器，它包括吸热腔(2)和半椭球形光学窗口(1)，其特征在于它还包括耐高温树脂胶(6)、环形内侧金属片(12)、环形外侧金属片(5)、环形陶瓷纤维毡(11)、环形内侧法兰(4)、环形外侧法兰(7)、螺栓(3)、环形石墨垫片(13)、圆锥台形水冷靶台(14)和靶台支架(8)；半椭球形光学窗口(1)带有环形平台，所述半椭球形光学窗口(1)的半椭球形状与环形平台之间圆滑过渡，环形内侧金属片(12)和环形外侧金属片(5)通过耐高温树脂胶(6)分别与带有环形平台的半椭球形光学窗口(1)的环形平台的上下两个平面连接，环形外侧法兰(7)和环形外侧金属片(5)通过耐高温树脂胶(6)连接，环形内侧法兰(4)和环形内侧金属片(12)中间夹着环形陶瓷纤维毡(11)，环形内侧法兰(4)和环形外侧法兰(7)的中间的外侧夹着一个环形石墨垫片(13)，环形内侧法兰(4)和环形外侧法兰(7)通过螺栓(3)连接，并且螺栓(3)穿过环形石墨垫片(13)，靶台支架(8)的两端分别焊接在圆锥台形水冷靶台(14)和环形外侧法兰(7)上，圆锥台形水冷靶台(14)的下部设置有一个进水口(10)，圆锥台形水冷靶台(14)的上部设置有一个出水口(9)，圆锥台形水冷靶台(14)的收口插进环形外侧法兰(7)的空心圆环里，圆锥台形水冷靶台(14)的收口内径小于带有环形平台的半椭球形光学窗口(1)环形平台处的开口直径。
2.根据权利要求1所述的高温太阳能吸热器，其特征在于环形内侧法兰(4)和环形外侧法兰(7)的材质均为钢。
3.根据权利要求1所述的高温太阳能吸热器，其特征在于环形内侧金属片(12)和环形外侧金属片(5)的材质均为钢。
4.根据权利要求1所述的高温太阳能吸热器，其特征在于带有环形平台的半椭球形光学窗口(1)的材质是熔融石英。
5.根据权利要求1所述的高温太阳能吸热器，其特征在于圆锥台形水冷靶台(14)的材质是钢。
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