一種玻璃管束與多孔介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)太陽能吸熱器的制作方法

本發(fā)明涉及太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，本發(fā)明涉及一種玻璃管束與多孔介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)太陽能吸熱器。

背景技術(shù)：

太陽能多孔吸熱器由光學(xué)窗口和多孔介質(zhì)吸熱芯組成。聚集的太陽光束穿過光學(xué)窗口，進(jìn)入多孔吸熱芯被吸收，加熱多孔吸熱芯達(dá)到高溫狀態(tài)；另一方面高壓工質(zhì)(如空氣)流過高溫多孔吸熱芯，被加熱升溫，高溫高壓工質(zhì)從多孔吸熱器出口流出，完成太陽能高溫?zé)徂D(zhuǎn)換過程。多孔介質(zhì)由于比表面積大，吸收轉(zhuǎn)換太陽輻射能，可以將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為氣體介質(zhì)的高溫內(nèi)能做功，完成太陽能光熱功轉(zhuǎn)換，是太陽能高溫高效熱轉(zhuǎn)換的重要技術(shù)途徑，具有廣泛的應(yīng)用前景。

在中華人民共和國知識產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站上，查到與本發(fā)明最接近的專利1項，具體信息如下：

名稱：一種介質(zhì)吸收系數(shù)梯度增加的太陽能吸熱器

申請?zhí)枺?01420362482.0

發(fā)明人：戴貴龍杜曉瑞侯根福

摘要：該實用新型一種介質(zhì)吸收系數(shù)梯度增加的太陽能吸熱器，包括一腔體，腔體的一端連接有錐形入射面，腔體與錐形入射面的連接處設(shè)有弧狀光學(xué)窗口，腔體的另一端設(shè)有空氣工質(zhì)出口；其中，腔體與錐形入射面連接為一體，具有容納空氣工質(zhì)通過的夾層通道，夾層通道位于錐形入射面的邊緣處，設(shè)有空氣工質(zhì)入口，夾層通道臨近光學(xué)窗口內(nèi)表面位置處， 設(shè)有空氣工質(zhì)出氣孔；腔體內(nèi)沿著太陽光傳輸方向依次順序設(shè)有介質(zhì)吸收系數(shù)梯度增加的兩個以上的多孔介質(zhì)吸熱芯層。該實用新型有利于降低多孔吸熱芯高溫輻射熱損失，提高效率。施加在光學(xué)窗口的高溫輻射熱流密度低，有利于降低光學(xué)窗口溫度，降低光學(xué)窗口熱應(yīng)力破壞風(fēng)險。

現(xiàn)有太陽能多孔介質(zhì)換熱器一般為純多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，太陽光基本在多孔介質(zhì)表面吸收，導(dǎo)致熱輻射損失較大；另一方面，入射太陽光的能流密度一般呈高斯分布，中心區(qū)域高，邊緣區(qū)域低，多孔介質(zhì)由于復(fù)雜的骨架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，流動阻力比較大，工質(zhì)很難有規(guī)律進(jìn)入多孔介質(zhì)吸熱，導(dǎo)致進(jìn)入多孔介質(zhì)的工質(zhì)流速分布沒有與入射太陽能流密度分布匹配，導(dǎo)致多孔介質(zhì)內(nèi)部溫度分布不均勻，局部過熱、燒毀，影響裝置的安全可靠性?，F(xiàn)有的多孔介質(zhì)吸熱器方案只能解決太陽能傳輸或者工質(zhì)換熱某一方面的問題，沒有將太陽能傳輸轉(zhuǎn)換與工質(zhì)換熱問題統(tǒng)一起來。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對多孔介質(zhì)吸熱器的熱傳輸過程特點，綜合考慮太陽能傳輸轉(zhuǎn)換與工質(zhì)的強(qiáng)化換熱，本發(fā)明提出一種玻璃管束與多孔介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)太陽能吸熱器，有效解決現(xiàn)有多孔介質(zhì)吸熱器熱效率和可靠性差的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種玻璃管束與多孔介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)吸熱器，包括吸熱器殼體，吸熱器殼體一端設(shè)有石英玻璃窗口，吸熱器殼體的另一端設(shè)有工質(zhì)出口；其中殼體與石英玻璃窗口連接為一體，中間形成有腔體，腔體內(nèi)部沿太陽光入射方向依次設(shè)有玻璃管束和多孔介質(zhì)，玻璃管束的一端放置于石英玻璃窗口一側(cè)，另一端放置于多孔介質(zhì)一側(cè)，入射的太陽光從玻璃管束一端進(jìn)入玻璃管，經(jīng)多次反射傳輸從玻璃管束玻璃管的另一端進(jìn)入多孔介質(zhì)；吸熱器殼體與玻璃管束和多孔介質(zhì)之間設(shè)有容納工質(zhì)通過 的預(yù)熱通道，預(yù)熱通道位于多孔介質(zhì)一端處設(shè)有第一工質(zhì)入口，工質(zhì)在預(yù)熱通道內(nèi)預(yù)熱后，在石英玻璃窗口處的第二工質(zhì)入口與入射太陽光匯合進(jìn)入玻璃管束。

進(jìn)一步的，玻璃管束玻璃管的直徑沿玻璃管束橫截面半徑方向由內(nèi)向外逐漸減小。

進(jìn)一步的，玻璃管束玻璃管的內(nèi)徑為1.0-2.0cm，壁厚為0.2-0.5cm，長度為3-5cm。

進(jìn)一步的，玻璃管束為石英玻璃或高硼玻璃。

進(jìn)一步的，多孔介質(zhì)為碳化硅或氧化鋁。

進(jìn)一步的，多孔介質(zhì)孔隙直徑為0.1-0.5cm，厚度為10-20cm。

進(jìn)一步的，吸熱殼體直徑為10-50cm。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)玻璃管束壁面光滑，可將入射太陽光束通過鏡反射傳輸?shù)胶蠖说亩嗫捉橘|(zhì)內(nèi)部，完成入射太陽光的在吸熱器腔內(nèi)的高效傳輸轉(zhuǎn)換；

(2)吸熱器截面中心區(qū)域管束直徑大，工質(zhì)通道面積大，流量多，邊緣區(qū)域管束直徑小，流量少，與入射太陽光的高斯能流密度分布匹配，有利于降低吸熱器中心區(qū)域局部高溫，提高系統(tǒng)熱效率和安全可靠性；

(3)玻璃管束對入射太陽光的吸收小，而對多孔介質(zhì)的紅外熱輻射吸收高。同時由于玻璃管束直徑較小，與工質(zhì)的對流換熱性能好，使玻璃管束的整體溫度低，穿透石英玻璃窗口的輻射散熱損失小，系統(tǒng)熱效率高，石英玻璃窗口的冷卻防護(hù)技術(shù)難度也低。

術(shù)語解釋：

太陽能吸熱器：指將太陽光能轉(zhuǎn)換為熱能的裝置。

多孔材料：是一種由相互貫通或封閉的孔洞構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料，孔 洞的邊界或表面由支柱或平板構(gòu)成。

玻璃管束：指具有一定數(shù)量的玻璃管排列結(jié)合的裝置。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好的理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例以其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中：

圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的玻璃管束橫截面示意圖；

圖1中1-石英玻璃窗口，2-玻璃管束，3-預(yù)熱通道，4-多孔介質(zhì)，5-

第一工質(zhì)入口，6-工質(zhì)出口，7-吸熱器殼體，8-第二工質(zhì)入口。

具體實施方式

以下通過實施例詳細(xì)說明或描述本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制。

圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，圖1中石英玻璃窗口的箭頭表示入射的太陽光，一種玻璃管束與多孔介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)吸熱器包括吸熱器殼體7，吸熱器殼體7一端設(shè)有石英玻璃窗口1，吸熱器殼體7的另一端設(shè)有工質(zhì)出口6；其中吸熱器殼體7與石英玻璃窗口1連接為一體，中間形成有腔體，腔體內(nèi)部沿著太陽光入射方向依次設(shè)有玻璃管束2和多孔介質(zhì)4，入射的太陽光從玻璃管束玻璃管的一端進(jìn)入，經(jīng)反射傳輸從玻璃管束玻璃管的另一端進(jìn)入多孔介質(zhì)；吸熱器殼體與玻璃管束和多孔介質(zhì)之間具有容納工質(zhì)通過的預(yù)熱通道3，預(yù)熱通道3位于多孔介質(zhì)一端處設(shè)有第一工質(zhì)入口5，工質(zhì)在預(yù)熱通道3內(nèi)預(yù)熱后，在石英玻璃窗口處的第 二工質(zhì)入口8處與入射太陽光匯合進(jìn)入玻璃管束。

如圖2所示玻璃管束橫截面示意圖，玻璃管束的玻璃管直徑不是統(tǒng)一的，而是沿玻璃管束橫截面半徑方向由內(nèi)向外逐漸減小，即中心位置玻璃管直徑最大，由內(nèi)往外逐漸減小，這就使玻璃管束橫截面中心區(qū)域工質(zhì)流通面積大，邊緣工質(zhì)流通面積小，使工質(zhì)流量與太陽光能流密度相匹配。根據(jù)太陽能熱轉(zhuǎn)換技術(shù)特性，玻璃管束的玻璃管內(nèi)徑為1.0-2.0cm，壁厚0.2-0.5cm，長度3-5cm，玻璃材質(zhì)可選石英或高硼玻璃。多孔介質(zhì)可選用碳化硅或氧化鋁等材質(zhì)，孔隙直徑在0.1-0.5cm之間，厚度10-20cm之間。吸熱器殼體直徑由入射太陽光斑直徑?jīng)Q定，一般在10-50cm。

本發(fā)明提供的吸熱器工作流程為，入射太陽光穿過石英玻璃窗口，進(jìn)入玻璃管束，被玻璃管束鏡反射傳輸，最后進(jìn)入多孔介質(zhì)，被多孔介質(zhì)骨架吸收，轉(zhuǎn)換成高溫?zé)嵩?。同時，低溫工質(zhì)從吸熱器的預(yù)熱通道進(jìn)入吸熱器匯合，隨后與太陽光入射能流密度相匹配分配進(jìn)入玻璃管束，吸收玻璃管束壁面熱量持續(xù)預(yù)熱，然后流出玻璃管束進(jìn)入多孔介質(zhì)，與多孔介質(zhì)骨架對流換熱，吸熱升溫，最后從工質(zhì)出口流出，完成太陽輻射能到工質(zhì)高溫內(nèi)能轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明中玻璃管束由于對太陽光吸收小，與工質(zhì)對流換熱性能高，所以其溫度較低，對外輻射能損失小，有利于提高系統(tǒng)熱效率。同時玻璃管束將入射太陽光傳輸?shù)蕉嗫捉橘|(zhì)，使工質(zhì)分配與太陽光能流密度相匹配，而多孔介質(zhì)主要強(qiáng)化太陽輻射能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)內(nèi)能，有效解決現(xiàn)有多孔介質(zhì)吸熱器熱效率和可靠性低的技術(shù)問題。