CN113465194A - 一种低表面温度偏差的太阳能吸热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低表面温度偏差的太阳能吸热器，包括吸热器本体，所述吸热器本体内部设置有吸热材料芯体，所述吸热器本体一侧设置有石英玻璃窗口，石英玻璃窗口用于将太阳光线投射到吸热材料芯体，另一侧设置有工质出口，所述吸热器本体上靠近石英玻璃窗口侧设置有工质入口，导热流体从工质入口进入吸热器本体，经过可调挡板与导流板调整流场后，流过吸热材料芯体吸热。本发明利用可调挡板与导流板，保证中心区域有更高的导热流体流量，同时边缘区域有足够的导热流体流量，保证吸热材料表面温度的均匀性，从流动方面提高吸热器对入射辐射的承载能力与整体吸热效率，有效提高了系统的稳定性与经济性。
Description
技术领域
本发明属于太阳能热利用技术领域，具体涉及一种低表面温度偏差的太阳能吸热器。
背景技术
太阳能光热发电系统一般由集热系统、热传输和储存系统、热交换系统、发电系统组成。运行时通过聚光镜场将太阳光聚焦到吸热器上，由吸热器加热工质到高温，再通过换热产生高温高压的蒸汽或超临界二氧化碳，最终驱动汽轮机等设备发电。此外，由于太阳能热发电系统常带有储热系统，可以在太阳光充足时将多余的热能储存起来，待外界辐照不足时再使用储热系统中的热量继续发电，以保证发电系统稳定、不间断的输出电能，减少弃光弃电问题。与光伏相比，当储能容量相等时，光热发电的储热系统建设成本更低。
作为光热发电技术的关键组件之一，太阳能吸热器成为了整个系统高效、稳定运行的关键。近年来，多孔介质太阳能吸热器由于其较高的换热效率广受关注。但是，由于现有吸热器体吸收效应不显著，太阳辐射能流密度集中分布在吸热器的表面，且由于入射太阳辐射通常呈高斯分布即中心区域热流密度较高，造成表面局部温度过高，辐射热损失增大，且高功率时甚至局部过热、烧毁，运行时，高温区主要有高热流密度辐射的中心区域与低流速的边缘区域。因此太阳能吸热器的高效、稳定运行仍面临很大挑战。
发明内容
为解决太阳能吸热器吸热过程出现的局部高温损坏问题，本发明的目的在于提供一种低表面温度偏差的太阳能吸热器，通过降低吸热器表面温度偏差提高表面温度的均匀性，进而减少吸热器局部过热现象出现。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种低表面温度偏差的太阳能吸热器，包括吸热器本体，所述吸热器本体内部设置有吸热材料芯体7，所述吸热器本体一侧设置有石英玻璃窗口1，石英玻璃窗口1用于将太阳光线投射到吸热材料芯体7，另一侧设置有工质出口8，所述吸热器本体上靠近石英玻璃窗口1设置有工质入口3，导热流体从工质入口3进入吸热器本体，经过可调挡板6与导流板5调整流场后，流过吸热材料芯体7吸热。
所述导流板5为环形板，横截面为吸热材料芯体7表面的同心圆，由石英玻璃制成，长度为2mm～5mm，与吸热器本体内径的距离为5mm。
所述可调挡板6为正方形平板，长度为8mm，由石英玻璃制成，以靠近吸热器入口的边界为其固定轴线，轴线与工质入口方向垂直，与吸热材料芯体7表面平行，轴线与吸热器中心轴线距离为10mm，可调挡板6与吸热器本体轴线的夹角在30°～90°之间调节，进而调节吸热器本体内导热流体的流场。
所述吸热材料芯体7的厚度为20mm～50mm，直径为50mm～80mm。
所述吸热器本体外部由保温材料2包裹，厚度为10mm～15mm。
所述吸热器本体上设置有红外线测温仪4，红外线测温仪4与吸热器本体轴线的夹角为60°，实时测量吸热材料芯体7的表面温度，进而辅助确定可调挡板6的角度。
所述吸热材料芯体7的表面是平面、凹面或凸面。
所述吸热材料芯体7材料是碳化硅或氧化铝等制成的多孔材料。
本发明的有益效果：
本发明相比常规太阳能吸热器，中心区域有更高的导热流体流量，能够有效降低吸热材料中心区域温度，同时边缘区域有足够的导热流体流量以避免边缘超温，保证吸热材料表面温度的均匀性，从流动方面提高吸热器对入射辐射的承载能力与整体吸热效率，有效提高了系统的稳定性与经济性。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明一种低表面温度偏差的太阳能吸热器，包括石英玻璃窗口1，可调挡板6，导流板5，吸热材料芯体7与红外线测温仪4；其中，
太阳光线穿过石英玻璃窗口1投射到吸热材料芯体7，被吸热材料逐渐吸收。导热流体从工质入口3进入吸热器，经过可调挡板6与导流板5调整流场后，流过吸热材料同时吸热，最后从工质出口8流出。
可调挡板6由石英玻璃制成，其与吸热器轴线的夹角可以在30°～90°之间调节，进而可以调节吸热器内导热流体的流场。导流板5为环形板，横截面为吸热材料芯体7表面的同心圆，由石英玻璃制成，长度为2mm～5mm，与吸热器本体内径的距离为5mm，能够保证在运行时吸热材料边缘区域有足够的导热流体流过。吸热材料芯体7是碳化硅或氧化铝等制成的多孔材料，其表面可以是平面、凹面或凸面的，材料厚度为20mm～50mm，直径为50mm～80mm。吸热器外部由保温材料2包裹，厚度为10mm～15mm。
吸热器内安装有红外线测温仪4，其与吸热器轴线的夹角为60°，实时测量吸热材料芯体7的表面温度，进而辅助确定可调挡板的角度。
Claims (8)
1.一种低表面温度偏差的太阳能吸热器，其特征在于，包括吸热器本体，所述吸热器本体内部设置有吸热材料芯体(7)，所述吸热器本体一侧设置有石英玻璃窗口(1)，石英玻璃窗口(1)用于将太阳光线投射到吸热材料芯体(7)，另一侧设置有工质出口(8)，所述吸热器本体上靠近石英玻璃窗口(1)侧设置有工质入口(3)，导热流体从工质入口(3)进入吸热器本体，经过可调挡板(6)与导流板(5)调整流场后，流过吸热材料芯体(7)吸热。
2.根据权利要求1所述的一种低表面温度偏差的太阳能吸热器，其特征在于，所述导流板(5)为环形板，横截面为吸热材料芯体(7)表面的同心圆，由石英玻璃制成，长度为2mm～5mm，与吸热器本体内径的距离为5mm。
3.根据权利要求1所述的一种低表面温度偏差的太阳能吸热器，其特征在于，所述可调挡板(6)为正方形平板，长度为8mm，由石英玻璃制成，以靠近吸热器入口的边界为其固定轴线，轴线与工质入口方向垂直，与吸热材料芯体(7)表面平行，轴线与吸热器中心轴线距离为10mm，可调挡板(6)与吸热器本体轴线的夹角在30°～90°之间调节，进而调节吸热器本体内导热流体的流场。
4.根据权利要求1所述的一种低表面温度偏差的太阳能吸热器，其特征在于，所述吸热材料芯体(7)的厚度为20mm～50mm，直径为50mm～80mm。
5.根据权利要求1所述的一种低表面温度偏差的太阳能吸热器，其特征在于，所述吸热器本体外部由保温材料(2)包裹，厚度为10mm～15mm。
6.根据权利要求1所述的一种低表面温度偏差的太阳能吸热器，其特征在于，所述吸热器本体上设置有红外线测温仪(4)，红外线测温仪(4)与吸热器本体轴线的夹角为60°，实时测量吸热材料芯体(7)的表面温度，进而辅助确定可调挡板(6)的角度。
7.根据权利要求1所述的一种低表面温度偏差的太阳能吸热器，其特征在于，所述吸热材料芯体(7)的表面是平面、凹面或凸面。
8.根据权利要求1所述的一种低表面温度偏差的太阳能吸热器，其特征在于，所述吸热材料芯体(7)材料是碳化硅或氧化铝等制成的多孔材料。
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