CN110075944B - 一种模拟聚焦太阳能高热流密度的肋片电加热装置 - Google Patents

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Abstract

一种模拟聚焦太阳能高热流密度的肋片电加热装置由若干片外置式肋片(1)、电绝缘层(2)、电加热镀膜(3)、吸热壁面(4)、填充绝热层(5)、电流导线(6)、直流电源(7)组成。外置式肋片(1)起到增强吸热壁面(4)热流的作用。在电流导线(6)通电时，电加热镀膜(3)在0‑200W/cm2及更大范围内调节热流密度，加热外置式肋片(1)和吸热壁面(4)。每个外置式肋片(1)及吸热壁面(4)的加热功率可通过直流电源(7)独立调节。外置式肋片(1)间的填充绝热层(5)可确保热量全部被吸热壁面(4)吸收。外置式肋片(1)沿高度向吸热壁面(4)方向截面为等截面或者变截面，利于外置式肋片(1)产生的热量被吸热壁面(4)吸收。

Description

一种模拟聚焦太阳能高热流密度的肋片电加热装置
技术领域
本发明用于电加热领域，特别涉及一种用于实验室电加热实验的带外置式肋片电加热管道。
背景技术
太阳能辐射能作为一种自然资源，以其丰富的储量且无污染性显示了其独特的优势，已被国际社会上公认为未来最具发展前景的能源之一。国内外对于太阳能利用技术的研究投入越来越大。在实验室条件下进行太阳能相关实验研究最大的难点在于还原真实太阳能辐照加热条件。开发一种高温、稳定、廉价、可调节加热功率的加热方式是必要的。
目前，用于太阳能利用技术的实验研究的加热热源大体上可分为太阳炉加热、太阳能聚光模拟器加热和间接电加热三种。采用太阳炉加热技术虽然还原真实太阳能辐照，但聚光光斑形成的加热面积太小且无法进行人为的功率调节。采用太阳能模拟器加热造价成本过高，设备老化速度较快。传统间接电加热方式虽然加热功率可调节，但加热能流比实际聚光辐照能流更小。
综上所述，本发明提出一种模拟聚焦太阳能高热流密度的肋片电加热装置。该电加热设备具有以下特点：1.在实验室室内条件下达到实际太阳能聚光加热辐照能流；2.加热功率可通过改变电流大小进行连续变功率调节；3.可根据所需加热的条件，调整被加热外置式肋片的数量与位置进行非均匀能流加热；4.造价成本相对低廉。
发明内容
一种模拟聚焦太阳能高热流密度的肋片电加热装置，所述电加热系统由若干片外置式肋片1、电绝缘层2、电加热镀膜3、吸热壁面4、填充绝热层5、电流导线6、直流电源7组成；与传统肋片通过拓展表面积起到强化散热作用不同，本发明中外置式肋片1起到增强吸热壁面4热流的作用；电加热镀膜3根据具体情况均匀或不均匀地镀在外置式肋片1和吸热壁面4表面；外置式肋片1中的每个外置式肋片1及吸热壁面4的加热功率可以独立调节，用以模拟吸热壁面4上不均匀的聚焦太阳能热流分布；在电流导线6通电的情况下，在0-200W/cm2及更大范围内调节热流密度，加热外置式肋片1和吸热壁面4到一定温度，吸热壁面4将热量进一步传递给壁面另一侧的传热介质；外置式肋片1间的填充绝热层5可以确保电加热产生的热量全部被吸热壁面4吸收；外置式肋片1沿高度向吸热壁面4方向截面为等截面或者截面积逐渐增加，以利于外置式肋片1产生的热量被吸热壁面4吸收。
外置式肋片1和吸热壁面4采用耐高温导热材料，可以在1200℃以下长期稳定运行。
外置式肋片1通过拓展表面积，起到增强吸热壁面4表面热流密度的作用，以模拟聚焦太阳能的高热流密度。
外置式肋片1可根据所模拟的聚焦太阳能热流密度，以及聚焦太阳能空间分布的不均匀性，选择外置式肋片1长度、肋端与肋根之比、外置式肋片1数量、不同外置式肋片1的加热功率。
与传统肋片用于强化肋根处壁面的散热不同，外置式肋片1间加入填充绝热层5，以增强吸热壁面4的热流密度。
吸热壁面4可根据具体要求制造成圆形截面管道、弧形壁面、平直壁面、矩形截面通道等不同形状。
加热方式可以根据具体聚焦太阳能热流空间分布的特点，选择直接在外置式肋片1和吸热壁面4表面镀电加热镀膜3加热，形成均匀分布的热流，或者利用电绝缘层2将不同外置式肋片1和吸热壁面4表面分隔，独立调节每个外置式肋片1的电加热功率，模拟不均匀的聚焦太阳能热流分布。
附图说明
图1模拟聚焦太阳能高热流密度的肋片电加热装置示意图；
图2不同肋片形状的电加热管道截面示意图；
图3不同管道截面形状的示意图。
具体实施方式
本发明提出一种模拟聚焦太阳能高热流密度的肋片电加热装置，下面结合附图进一步予以说明。
图1所述为一种模拟聚焦太阳能高热流密度的肋片电加热装置，所述电加热装置由若干片外置式肋片1、电绝缘层2、电加热镀膜3、吸热壁面4、填充绝热层5、电流导线6、直流电源7组成。与传统肋片通过拓展表面积起到强化散热作用不同，本发明中外置式肋片1起到增强吸热壁面4热流的作用。电加热镀膜3根据具体情况均匀或不均匀地镀在外置式肋片1和吸热壁面4表面。在电流导线6通电的情况下，在0-200W/cm2及更大范围内调节热流密度，加热外置式肋片1和吸热壁面4到一定温度，吸热壁面4将热量进一步传递给壁面另一侧的传热介质，直流电源7可调节每个外置式肋片1的加热功率。外置式肋片1间的填充绝热层5可以确保电加热产生的热量全部被吸热壁面4吸收。如图2a、2b、2c、2d所述，可根据实际加热情况将外置式肋片1沿高度向吸热壁面4方向截面为等截面或者截面积逐渐增加，以利于外置式肋片1产生的热量被吸热壁面4吸收。加热方式可以根据具体聚焦太阳能热流空间分布的特点，选择直接在外置式肋片1和吸热壁面4表面镀电加热镀膜3加热，形成均匀分布的热流，或者利用电绝缘层2将不同外置式肋片1和吸热壁面4表面分隔，独立调节每个外置式肋片1的电加热功率，或者如图2d所述将外置式肋片1非等间距布置，以模拟非均匀热流加热方式。如图3所述，吸热壁面4可根据具体要求制造成圆形截面管道、弧形壁面、平直壁面、矩形截面通道等不同形状。

Claims (4)

1.一种模拟聚焦太阳能高热流密度的肋片电加热装置，其特征在于，所述电加热系统由若干片外置式肋片(1)、电绝缘层(2)、电加热镀膜(3)、吸热壁面(4)、填充绝热层(5)、电流导线(6)、直流电源(7)组成；所述外置式肋片(1)加装于吸热壁面(4)的外表面，由内到外依次镀上电绝缘层(2)与电加热镀膜(3)，并在外置式肋片(1)顶部连接电流导线(6)，电流大小由直流电源(7)控制；外置式肋片(1)之间填充了填充绝热层(5)，以减少外置式肋片(1)与外部环境的散热损失；与传统肋片通过拓展表面积起到强化散热作用不同，外置式肋片(1)起到增强吸热壁面(4)热流的作用；所述外置式肋片(1)制造成沿肋尖到肋根的横截面为等截面或者截面积逐渐增加，这有利于增加外置式肋片(1)与吸热壁面(4)的接触面积，从而增加热量传递；所述电加热镀膜(3)镀在吸热壁面(4)表面；每一片所述的外置式肋片(1)及吸热壁面(4)的加热功率可以通过直流电源(7)独立调节，用以模拟吸热壁面(4)上不均匀的聚焦太阳能热流分布；在电流导线(6)通电的情况下，在0-200W/cm2范围内调节热流密度，加热外置式肋片(1)和吸热壁面(4)到一定温度，吸热壁面(4)将热量进一步传递给壁面另一侧的传热介质。
2.根据权利要求1所述的一种模拟聚焦太阳能高热流密度的肋片电加热装置，其特征在于外置式肋片(1)和吸热壁面(4)采用耐高温导热材料，能够在1200℃以下长期稳定运行。
3.根据权利要求1所述的一种模拟聚焦太阳能高热流密度的肋片电加热装置，其特征在于外置式肋片(1)可根据所模拟的聚焦太阳能热流密度，以及聚焦太阳能空间分布的不均匀性，选择外置式肋片(1)长度、肋尖与肋根之比、外置式肋片(1)数量、每一片所述的外置式肋片(1)的加热功率。
4.根据权利要求1所述的一种模拟聚焦太阳能高热流密度的肋片电加热装置，其特征在于吸热壁面(4)能够制造成圆形截面管道、弧形壁面、平直壁面或矩形截面通道。
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