CN214701297U

CN214701297U - 一种摆动射流换热太阳能吸热器

Info

Publication number: CN214701297U
Application number: CN202120697318.5U
Authority: CN
Inventors: 颜健; 田勇; 何瑜浩; 刘永祥; 王永鑫
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2031-04-07

Abstract

本实用新型公开了一种摆动射流换热太阳能吸热器，包括多个吸热模块、壳体和摆动轴驱动机构；多个吸热模块围成一多边形腔体并固定在壳体内；吸热模块包括盒体和摆动轴，盒体由上面板、吸热板和矩形围板的长方形单腔结构，上面板中间圆形凸起同轴的设有与摆动轴配合的圆形通孔；摆动轴中心设有圆形通孔，且前后两端设有堵头，前端部位设有工质流入管；摆动轴位于盒体内腔部分沿径向设有射流孔，使工质从此流出后射向吸热板；摆动轴伸出盒体的一端固定有小齿轮，小齿轮与电动机输出轴固接的大齿轮啮合。由于盒体是单腔结构，且将工质流入通道、射流孔与摆动轴有机集成，使吸热器结构更为简单、紧凑且密封环节减少。

Description

一种摆动射流换热太阳能吸热器

技术领域

本实用新型属于太阳能高倍聚光热利用技术领域，特别涉及一种摆动射流换热太阳能吸热器。

背景技术

鉴于化石能源短缺和环境污染的双重压力，人们对清洁的可再生能源利用技术产生极大兴趣。太阳能是清洁环保、储量巨大和分布广泛的可再生能源，开发和利用太阳能进行发电是实现人类可持续发展的重要途径之一。聚光太阳能热发电技术通过大面积聚光器将太阳光能聚集到小面积的腔体接收器内并加热其内部流体工质，然后通过热力循环过程驱动发电机组进行发电，它是太阳能热利用的重要形式之一，是开发和利用清洁环保的太阳能资源来解决能源短缺和环境污染的重要途径。

太阳能吸热器是太阳能热发电系统中光-热能量转换的核心装置，它将接收的高密度太阳光能用于加热流体工质。传统的接收器通常是由金属盘管(管内工质换热)安装在腔体结构形成的，即金属盘管用于吸收太阳辐射能并加热管内的流动工质。由于实际运行中金属盘管的温度分布不均匀且梯度大而导致内应力(尤其当运行于高压环境时)，甚至有高温热斑产生烧穿问题。这些均直接影响着吸热器的光热转换效率和运行安全性。射流冲击换热是一种强化换热技术，可以快速的带走大量热量。最近，现有技术（中国专利申请号202010083765.1）公开了一种摆动射流冲击均匀控温太阳能光伏光热复合接收器，包括多个光伏光热模块、壳体及摆动轴驱动机构；多个光伏光热模块安装在壳体内，光伏光热模块包括盒体和摆动轴，盒体的中部设有封板，封板上设有若干与摆动轴配合的凹槽，每个凹槽内分别安装有一摆动轴，盒体的顶板上设有流入管，每个光伏光热模块的流入管分别与工质流入集环连通；盒体侧板上设有流出管，每个光伏光热模块的流出管分别与工质流出集环连通；摆动轴上设有若干冲击孔，盒体的底板上设有若干太阳能电池，摆动轴驱动机构能够驱动摆动轴旋转。将这项技术中的光伏电池去掉，就可以变成用于光-热转换的太阳能吸热器。但是该技术是通过封板获得上下分离的腔体并配合摆动轴实现摆动射流冲击冷却的，实施过程中摆动轴与封板配合处的密封难度较大，而且摆动射流的角度也受到中部封板厚度的限制，整体而言结构复杂且加工成本高。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、紧凑且成本低的摆动射流换热太阳能吸热器；将工质流入通道设置在摆动轴上并至于单腔的盒体中进行摆动射流冲击换热，减少密封接触面，并增加摆动轴的可用摆动区间，实现太阳能吸热器的高效光-热转换。

本实用新型采用的技术方案是：一种摆动射流换热太阳能吸热器，包括多个吸热模块、壳体和摆动轴驱动机构；所述的多个吸热模块围成一多边形腔体结构，并固定在带有保温层的壳体内，且各吸热模块底部的吸热板朝向壳体的中心设置；所述的吸热模块包括盒体和摆动轴，盒体是由位于其上方的上面板、吸热板和矩形围板组成的长方形空腔结构，盒体后侧的围板设有用于工质流出的工质流出管；盒体的上面板的中间设有圆形凸起，与该凸起同轴设有与摆动轴配合的贯穿盒体的圆形通孔；摆动轴沿轴向同心的设有圆形通孔，并在圆形通孔的前后两端安装有堵头，靠近摆动轴的前端位置设有用于工质流入到该圆形通孔的工质流入管；摆动轴的后端与盒体的右侧围板平齐，摆动轴的前端伸出盒体外部并固定有一个小齿轮；摆动轴位于盒体内腔的部分沿径向设有单向贯穿的射流孔，使工质从射流孔流出后射向盒体底部的吸热板；盒体的前后侧围板分别安装有限制摆动轴轴向移动的前端盖和尾端盖。

上述的摆动射流换热太阳能吸热器中，所述的摆动轴与盒体的前后侧的围板的接触位置设有多个密封圈。

上述的摆动射流换热太阳能吸热器中，所述的摆动轴驱动机构包括电动机和安装在电动机输出轴上的大齿轮；大齿轮分别与多个吸热模块的小齿轮啮合，实现驱动多个吸热模块的摆动轴进行来回旋转运行。

上述的摆动射流换热太阳能吸热器中，所述的多个摆动轴的工质流入管分别与工质流入集环连通，多个盒体的工质流出管分别与工质流出集环连通。

上述的摆动射流换热太阳能吸热器中，所述的摆动轴上的射流孔是槽缝结构或孔结构；孔结构的截面为圆形、腰形或方形。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型结构简单，紧凑，成本低；本实用新型的吸热模块中的盒体是一个单空腔结构，避免了以往采用上下腔体结构带来的密封问题；摆动轴沿轴向同心的设有圆形通孔，并沿径向设有单向贯穿的射流孔，使工质从射流孔流出后直接射向盒体底部的吸热板，以此将流入通道、射流孔与摆动轴进行有机集成，使结构更为紧凑且密封环节减少。通过本实用新型能使工质快速带走吸热板上聚焦的高密度太阳辐射能量，具有高效、安全和可靠的优点。

附图说明

图1为本实用新型中吸热模块正面的剖视图。

图2为本实用新型中吸热模块侧面的剖视图。

图3为本实用新型的俯视图。

图中：1—盒体；101—工质流出管；102—上面板；103—吸热板；2—摆动轴；201—射流孔；202—工质流入管；3—堵头；4—小齿轮；5—前端盖；6—密封圈；7—尾端盖；8—吸热模块；9—大齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1和图2所示，本实用新型包括多个吸热模块8、壳体和摆动轴驱动机构；所述的多个吸热模块8安围成一多边形的腔体结构，并固定在带有保温层的壳体内，各吸热模块8底部的吸热板103朝向壳体的中心设置，呈现面面相对的位置状态，由这些吸热板围成的内腔结构用于高效的吸收聚光器聚集的太阳光能。吸热模块8包括盒体1和摆动轴2，每个盒体1中可以根据需要设置一个或多个摆动轴2。盒体1是一个由位于上方的上面板102、底部的吸热板103和矩形围板焊接组成的一个长方形单空腔结构，盒体1后侧的围板设有一个用于腔体内部工质流出的工质流出管101；盒体1的上面板的中间设有一个圆形凸起，与该凸起同轴设有一个与摆动轴2配合的贯穿盒体的圆形通孔；摆动轴2沿轴向同心的设有圆形通孔，并在圆形通孔的前后两端安装有堵头3，靠近摆动轴2的前端位置设有用于工质流入到该圆形通孔的工质流入管202；摆动轴2的后端与盒体1的右侧围板平齐，摆动轴2的前端伸出盒体1外部并固定有一个小齿轮4，摆动,2位于盒体1内腔的部分沿径向设有单向贯穿的射流孔201，使工质从射流孔201流出后射向盒体1底部的吸热板103；盒体1的前后侧围板分别安装有限定摆动轴2轴向位移的前端盖5和尾端盖7。

如图1所示，摆动轴2与盒体1的前后侧的围板的接触位置设有多个密封圈6，防止盒体1内腔的工质从此配合处泄露。

如图3所示，摆动轴驱动机构包括电动机和安装在电动机输出轴上的大齿轮9；大齿轮分别与多个吸热模块8的小齿轮4啮合，实现驱动多个吸热模块的摆动轴进行来回旋转运行。

在多个吸热模块组成的太阳能接收器中，多个摆动轴2的工质流入管202均要与一个工质流入集环连通，而多个盒体1的工质流出管101均与工质流出集环连通。

对于摆动轴上的射流孔可以是槽缝结构或孔结构，这些通孔结构可以是连续的，也可以是断续的；对于孔结构的射流孔，它的截面形状可以是圆形、腰形或方形等。

本实用新型的工作原理如下：

冷却工质首先进入到工质流入集环中，再分配流动到各工质流入管202，并经过摆动轴2中心的圆形通孔后从射流孔201流出后射向吸热板103，通过工质的强烈湍流流动高效的带走吸热板103上吸收的高密度太阳辐射能量；加热后的工质再通过各盒体1的工质流出管101后汇集到工质流出集环，然后提供给后续的太阳能热利用设备进行工作。在这过程中可以控制电动机的来回转动速度和角度，实现各摆动轴2的正反转的角度和速度，实现射流孔201流出工质在吸热板上来回“扫荡”高效换热。

Claims

1.一种摆动射流换热太阳能吸热器，包括多个吸热模块、壳体和摆动轴驱动机构；所述的多个吸热模块围成一多边形腔体结构，并固定在带有保温层的壳体内，且各吸热模块底部的吸热板朝向壳体的中心设置；其特征是：所述的吸热模块包括盒体和摆动轴，盒体是由位于其上方的上面板、吸热板和矩形围板组成的长方形空腔结构，盒体后侧的围板设有用于工质流出的工质流出管；盒体的上面板的中间设有圆形凸起，与该凸起同轴设有与摆动轴配合的贯穿盒体的圆形通孔；摆动轴沿轴向同心的设有圆形通孔，并在圆形通孔的前后两端安装有堵头，靠近摆动轴的前端位置设有用于工质流入到该圆形通孔的工质流入管；摆动轴的后端与盒体的右侧围板平齐，摆动轴的前端伸出盒体外部并固定有一个小齿轮；摆动轴位于盒体内腔的部分沿径向设有单向贯穿的射流孔，使工质从射流孔流出后射向盒体底部的吸热板；盒体的前后侧围板分别安装有限制摆动轴轴向移动的前端盖和尾端盖。

2.根据权利要求1所述的摆动射流换热太阳能吸热器，其特征是：所述的摆动轴与盒体的前后侧的围板的接触位置设有多个密封圈。

3.根据权利要求1所述的摆动射流换热太阳能吸热器，其特征是：所述的摆动轴驱动机构包括电动机和安装在电动机输出轴上的大齿轮；大齿轮分别与多个吸热模块的小齿轮啮合，实现驱动多个吸热模块的摆动轴进行来回旋转运行。

4.根据权利要求1所述的摆动射流换热太阳能吸热器，其特征是：所述的多个摆动轴的工质流入管分别与工质流入集环连通，多个盒体的工质流出管分别与工质流出集环连通。

5.根据权利要求1所述的摆动射流换热太阳能吸热器，其特征是：所述的摆动轴上的射流孔是槽缝结构或孔结构；孔结构的截面为圆形、腰形或方形。