CN108826708A - 一种交叉缩放式太阳能吸热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及试验系统及其方法，更具体地涉及一种交叉缩放式太阳能吸热装置及方法，所述太阳能吸热装置包括装置本体，所述装置本体上设有HTF的流入口与流出口，所述流入口、流出口均设有用于连接HTF容器的法兰；所述装置本体上部设成波纹凸起结构，内部设有交叉缩放式流动通道。本发明通过所述装置本体设有波纹凸起结构的设置，能增大吸热面积，增加装置对太阳光的二次及多次吸收，提高吸热效率；同时装置本体内部设有由扩张段和收缩段交替组成的扩缩隔板，这样设置能增加流体换热，使流体始终在方向反复改变的纵向压力梯度作用下流动，扩张段产生的剧烈漩涡在收缩段可以得到有效的利用，收缩段还有提高边界层速度的效果，强化HTF传热。

Description

一种交叉缩放式太阳能吸热装置及方法

技术领域

本发明涉及试验系统及其方法，更具体地涉及一种交叉缩放式太阳能吸热装置及方法。

背景技术

太阳能由于其环保清洁、可再生、分布范围广、容易获取等优点，成为当今社会能源战略的重要组成部分。因而，太阳能资源的有效利用成为了目前能源应用领域的研究重点，而太阳能热利用是太阳能利用的主要途径。吸热装置是太阳能热利用系统中光—热转化的核心部件，主要功能是接受和吸收太阳能，并将其转化为热能传递给HTF（传热换热流体）。目前常用的太阳能吸热装置主要采用光管进行吸热换热，效果较差。

因此，提供一种吸热效率高、换热能力强的高效吸热装置极为重要。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种交叉缩放式太阳能吸热装置，通过设置满足了太阳能吸热技术的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种交叉缩放式太阳能吸热装置，所述太阳能吸热装置包括装置本体，所述装置本体上设有HTF的流入口与流出口，所述流入口、流出口均设有用于连接HTF容器的法兰；所述装置本体上部设成波纹凸起结构，内部设有交叉缩放式流动通道。

本发明一种交叉缩放式太阳能吸热装置，通过所述装置本体设有波纹凸起结构的设置，能增大吸热面积，增加装置对太阳光的二次及多次吸收，提高吸热效率，且满足了太阳能吸热技术的要求。

优选地，所述装置本体包括若干盖板单元、若干扩缩隔板单元、第一封条、第二封条、底板；若干扩缩隔板单元均匀设于底板上，若干盖板单元盖设于若干扩缩隔板单元顶部，第一封条、第二封条交替围绕底板边沿处固定连接形成腔体结构。这样设置是为了形成吸热装置的装置本体。

优选地，所述波纹凸起结构由若干盖板单元构成，所述若干盖板单元为波纹-直段节单元结构。这样设置增加装置本体对太阳光的二次及多次吸收，提高吸热效率；且扩缩隔板的设置使得第二封条与若干盖板单元的配合更可靠。优选地，盖板表面涂有太阳能光谱选择性吸收涂层用于辐射吸收。

优选地，所述若干扩缩隔板单元沿着第二封条方向的宽度小于或等于若干盖板单元的直段节部分的宽度。这样设置是为了保证相邻流动通道之间的相对紧密性。

优选地，若干扩缩隔板单元均匀对称设于若干盖板单元的直段节部分的正下方从而将腔体结构分成若干交叉缩放式流动通道。优选地，所述交叉缩放式流动通道由两个交叉的缩放空间组成：横向为两块相互对称的扩缩隔板，纵向上下部分别为波纹-直段节单元与底板。

优选地，所述扩缩隔板单元由顺次交替的扩张段和收缩段组成，使流体始终在方向反复改变的纵向压力梯度作用下流动，扩张段产生的剧烈漩涡在收缩段可以得到有效的利用,收缩段还有提高边界层速度的效果，进而强化HTF传热。

优选地，所述波纹的横截面为三角形、半圆形或者其他任意弧形。需要说明的是，这个只是优选，并不是限制性的规定。

优选地，所述扩张段和收缩段为直段节或其他任意弧形。需要说明的是，这个只是优选，并不是限制性的规定。

优选地，交叉缩放式流动通道的连接方式为串联、并联或混联。

优选地，所述HTF为传热换热流体，包括空气，水/水蒸气，导热油，熔盐，液态金属等。

本发明还提供一种根据所述的交叉缩放式太阳能吸热装置的应用方法，具体步骤如下：

（1）首先，将若干盖板单元、若干扩缩隔板单元、第一封条、第二封条、底板依次组装形成装置本体，将法兰焊接至流入口、流出口处；

（2）其次，将盖板外表面涂设太阳选择性吸收涂层，在盖板接收太阳照射时，通过太阳选择性吸收涂层使得装置本体外壁表面温度升高至HTF工作温度；

（3）再次，装置本体外壁面以导热和对流的方式将热量传递给装置本体内的HTF；同时HTF从装置本体的流入口流入交叉缩放式流动通道内，然后在流道内冲刷流动，充分换热后从流出口流出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明（1）吸热效率高。与现有吸热装置相比，采用若干纵向的波纹-直段节单元能增大吸热面积，增强吸热装置对太阳光的二次及多次吸收，从而提高吸热效率。

（2）换热能力强。以交叉缩放式流道代替光管吸热换热，扩缩隔板使流体始终在方向反复改变的纵向压力梯度作用下流动。扩张段产生的剧烈漩涡在收缩段可以得到有效的利用, 收缩段还有提高边界层速度的效果，从而增强传热效果。

（3）结构简单、易于加工。交叉缩放式太阳能吸热装置组件结构简单,易于加工,而且所用组件便于大规模生产,有利于该装置的规模化应用。

附图说明

图1为本发明实施例的交叉缩放式太阳能吸热装置总体结构示意图。

图2为本发明实施例的交叉缩放式太阳能吸热装置分解图。

图3为本发明实施例的交叉缩放式太阳能吸热装置剖视图。

图4为本发明实施例的交叉缩放式太阳能吸热装置中扩缩隔板俯视图及其分布示意图。

图5为本发明实施例的结构及焊接工艺示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

如图1至5所示为本发明一种交叉缩放式太阳能吸热装置的实施例，太阳能吸热装置包括装置本体1，所述装置本体1上设有HTF的流入口11与流出口12，流入口11、流出口12均设有用于连接HTF容器的法兰2；装置本体1上部设成波纹凸起结构，内部设有交叉缩放式流动通道。

其中，装置本体1包括若干盖板单元13、若干扩缩隔板单元14、第一封条15、第二封条16、底板17；若干扩缩隔板单元14均匀设于底板17上，若干盖板单元13盖设于若干扩缩隔板单元14顶部，第一封条15、第二封条16交替围绕底板17边沿处固定连接形成腔体结构。这样设置是为了形成吸热装置的装置本体。

另外，波纹凸起结构由若干盖板单元13构成，所述若干盖板单元为波纹-直段节单元结构。这样设置增加装置本体对太阳光的二次及多次吸收，提高吸热效率；扩缩隔板的设置使得第二封条与若干盖板单元的配合更可靠。优选地，盖板表面涂有太阳能光谱选择性吸收涂层用于辐射吸收。

其中，若干扩缩隔板单元14沿着第二封条16方向的宽度小于或等于若干盖板单元13的直段节部分的宽度。这样设置是为了保证相邻流动通道之间的相对紧密性。

另外，若干扩缩隔板单元14均匀对称设于若干盖板单元13的直段节部分的正下方从而将腔体结构分成若干交叉缩放式流动通道。优选地，所述交叉缩放式流动通道由两个交叉的缩放空间组成：横向为两块相互对称的扩缩隔板，纵向上下部分别为波纹-直段节单元与底板。具体的，“交叉缩放式流动通道”是由空间上两个相互交叉的缩放板组成：上部是波纹-直段节单元13，中间左右两边是两块扩缩隔板14，底部是底板17，图2和图3能看出“交叉缩放式流动通道”上部缩放结构，图4能看出左右缩放结构<俯视图>。

其中，扩缩隔板单元14由顺次交替的扩张段和收缩段组成。所述扩缩隔板是由依次交替的扩张段和收缩段组成，使流体始终在方向反复改变的纵向压力梯度作用下流动，扩张段产生的剧烈漩涡在收缩段可以得到有效的利用,收缩段还有提高边界层速度的效果，强化HTF传热。

另外，波纹的横截面为三角形、半圆形或者其他任意弧形。需要说明的是，这个只是优选，并不是限制性的规定。

其中，扩张段和收缩段为直段节或其他任意弧形。需要说明的是，这个只是优选，并不是限制性的规定。

另外，交叉缩放式流动通道的连接方式为串联、并联或混联。需要说明的是，这个只是优选，并不是限制性的规定。

本发明提供一种根据所述的交叉缩放式太阳能吸热装置的应用方法，具体步骤如下：

（1）首先：将若干盖板单元13、若干扩缩隔板单元14、第一封条15、第二封条16、底板17依次组装形成装置本体1，将法兰2焊接至流入口11、流出口12处；

（2）其次，将盖板外表面涂设太阳选择性吸收涂层，在盖板接收太阳照射时，通过太阳选择性吸收涂层使得装置本体1外壁表面温度升高至HTF工作温度；

（3）再次，装置本体1外壁面以导热和对流的方式将热量传递给装置本体内的HTF；同时HTF从装置本体1的流入口11流入交叉缩放式流动通道内，然后在流道内冲刷流动，充分换热后从流出口12流出。

具体的工作步骤如下：

交叉缩放式太阳能吸热装置焊接制造工艺如下：首先将波纹-直段节的盖板单元13、扩缩隔板单元14、四周第一封条15、第二封条16与底板17安装并焊接组合在一起形成一个吸热换热的流动通道；然后依次焊接若干排在后面的盖板单元13、扩缩隔板单元14，直至把所有的波纹-直段节单元与扩缩隔板焊接完，形成装置本体；最后再将两个法兰2分别焊接在第二封条16的两个接口位置。

利用上述装置实现的本发明高效吸热换热的方法，其特征在于包括下述过程：

（1）吸热过程：太阳光照射到涂有太阳选择性吸收涂层的盖板外表面，使装置本体外壁面温度升高至HTF工作温度。

（2）换热过程：装置本体外壁面以导热和对流的方式将热量传递给装置本体内的HTF。同时，HTF从装置本体的进口法兰流入交叉缩放式流动通道内，然后在流道内冲刷流动，充分换热后从出口法兰流出。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交叉缩放式太阳能吸热装置，其特征在于，所述太阳能吸热装置包括装置本体（1），所述装置本体（1）上设有HTF的流入口（11）与流出口（12），所述流入口（11）、流出口（12）均设有用于连接HTF容器的法兰（2）；所述装置本体（1）设有波纹凸起结构和内部设有交叉缩放式流动通道。

2.根据权利要求1所述的交叉缩放式太阳能吸热装置，其特征在于，所述装置本体（1）包括若干盖板单元（13）、若干扩缩隔板单元（14）、第一封条（15）、第二封条（16）、底板（17）；若干扩缩隔板单元（14）均匀设于底板（17）上，若干盖板单元（13）盖设于若干扩缩隔板单元（14）顶部，第一封条（15）、第二封条（16）交替围绕底板（17）边沿处固定连接形成腔体结构。

3.根据权利要求2所述的交叉缩放式太阳能吸热装置，其特征在于，所述波纹凸起结构由若干盖板单元（13）构成，所述若干盖板单元（13）为波纹-直段节单元结构，所述若干盖板单元（13）下部设有与之相配合的若干扩缩隔板单元（14）。

4.根据权利要求3所述的交叉缩放式太阳能吸热装置，其特征在于，所述若干扩缩隔板单元（14）沿着第二封条（16）方向的宽度小于或等于若干盖板单元（13）的直段节部分的宽度。

5.根据权利要求4所述的交叉缩放式太阳能吸热装置，其特征在于，若干扩缩隔板单元（14）均匀对称设于若干盖板单元（13）的直段节部分的正下方从而将腔体结构分成若干交叉缩放式流动通道；交叉缩放式流动通道由两个交叉的缩放空间组成：横向为两块相互对称的扩缩隔板（14），纵向上下部分别为波纹-直段节单元（13）与底板（17）。

6.根据权利要求5所述的交叉缩放式太阳能吸热装置，其特征在于，所述扩缩隔板单元（14）由顺次交替的扩张段和收缩段组成。

7.根据权利要求1至6任一项所述的交叉缩放式太阳能吸热装置，其特征在于，所述波纹的横截面为三角形、半圆形或者其他任意弧形。

8.根据权利要求1至6任一项所述的交叉缩放式太阳能吸热装置，其特征在于，所述扩张段和收缩段为直段节或其他任意弧形。

9.根据权利要求1至6任一项所述的交叉缩放式太阳能吸热装置，其特征在于，交叉缩放式流动通道的连接方式为串联、并联或混联。

10.一种根据权利要求6所述的交叉缩放式太阳能吸热装置的应用方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）首先，将若干盖板单元（13）、若干扩缩隔板单元（14）、第一封条（15）、第二封条（16）、底板（17）依次组装形成装置本体（1），将法兰（2）焊接至流入口（11）、流出口（12）处；

（2）其次，将盖板外表面涂设太阳选择性吸收涂层，在盖板接收太阳照射时，通过太阳选择性吸收涂层使得装置本体（1）外壁表面温度升高至HTF工作温度；

（3）再次，装置本体（1）外壁面以导热和对流的方式将热量传递给装置本体内的HTF；同时HTF从装置本体（1）的流入口（11）流入交叉缩放式流动通道内，然后在流道内冲刷流动，充分换热后从流出口（12）流出。