本发明涉及一种吸热器。具体地说是一种用于腔体式吸热器的限流混流调压机构和腔体式吸热器。
背景技术：
太阳能资源具有分布广泛，资源丰富，取之不尽，用之不竭等优点，开发和利用太阳能不仅可以为人类社会提供巨大的能源，还可以节约常规化石燃料、保护生态环境及减缓全球日益严重的全球气候变化等问题。因此，太阳能资源的开发和利用长期以来倍受世界各国的重视，目前已成为世界范围内的热点研究领域。
太阳能开发和利用的技术本质上就是将低热流密度的太阳能收集起来，通过某种能量转化的方式进行利用。依据能量转换的方式划分，太阳能资源的利用可以分为光热转换利用、光电转换利用和光化学转换利用。太阳能热动力发电是太阳能光热转换利用的有效途径之一，它具有不使用常规化石燃料，零污染物排放等优点，是与大自然生态环境和谐的、清洁的发电系统。
但是到目前为止，太阳能系统的热效率尤其是发电系统的热效率还很低，其原因之一是集热器热量损失较高。目前太阳能系统所使用高温集热器主要为腔式吸热器。关于提高集热器的效率的研究一般主要集中在腔体吸热器的热损失，吸热器内部的换热效率等。
技术实现要素：
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种换热均匀、充分且安全性高的腔体式吸热器,。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种用于腔体式吸热器的限流混流调压机构，包括限流混流板、二次混流板、阻气部件和弹性部件；所述弹性部件的下端固定安装在所述二次混流板，所述弹性部件的上端与所述阻气部件固定连接；所述限流混流板上开设有泄压孔和一次混流孔；所述阻气部件在所述弹性部件弹力的作用下封堵住所述泄压孔；所述二次混流板上开设有二次混流孔；换热后的气体通过所述一次混流孔进入到所述限流混流板和所述二次混流板之间的空腔，并通过所述二次混流孔排出腔体式吸热器。
上述的限流混流调压机构，所述泄压孔为一个，所述泄压孔的孔径大于所述一次混流孔的孔径。
上述的限流混流调压机构，所述泄压孔的总面积与所述一次混流孔的总面积之比为25:8。
上述的限流混流调压机构，其特征在于，所述二次混流孔的总面积与所述一次混流孔的总面积之比为2.54:1。
一种腔体式吸热器，包括吸热器壳体、吸热体泡沫金属和限流混流调压机构，所述吸热体泡沫金属和所述限流混流调压机构均安装在所述吸热器壳体内，并且所述吸热体泡沫金属位于所述限流混流调压机构的上方；所述限流混流调压机构包括限流混流板、二次混流板、阻气部件和弹性部件；所述弹性部件的下端固定安装在所述二次混流板，所述弹性部件的上端与所述阻气部件固定连接；所述限流混流板上开设有泄压孔和一次混流孔；所述阻气部件在所述弹性部件弹力的作用下封堵住所述泄压孔；所述二次混流板上开设有二次混流孔；经所述吸热体泡沫金属换热后的气体通过所述一次混流孔进入到所述限流混流板和所述二次混流板之间的空腔，并通过所述二次混流孔排出腔体式吸热器；所述泄压孔为一个且位于所述限流混流板的中心，所述泄压孔的总面积与所述一次混流孔的总面积之比为(20-30):8，所述二次混流孔的总面积与所述一次混流孔的总面积之比为(2-3):1；所述吸热体泡沫金属的孔隙率为60％-98％、平均孔径大小为1㎜-4㎜、通孔率为90％-98％。
上述的腔体式吸热器，所述吸热器壳体包括吸热器外壳和吸热器内壳，所述吸热器外壳和所述吸热器内壳之间为进气通道，所述进气通道的出气端与所述吸热体泡沫金属的进气面流体导通，所述吸热体泡沫金属的出气面与所述限流混流调压机构的进气端流体导通，所述限流混流调压机构的出气端与腔体式吸热器的排气口流体导通；所述吸热器外壳和所述吸热器内壳均由上部的圆筒形结构和下部的倒截圆锥形结构组成，所述圆筒形结构的内腔和所述倒截圆锥形结构的内腔流体导通，并且所述圆筒形结构的下边沿和所述倒截圆锥形结构的上边沿固定连接；所述限流混流板安装在所述吸热器内壳的圆筒形结构与倒截圆锥形结构的连接处；所述吸热器外壳的圆筒形结构和所述吸热器内壳的圆筒形结构之间的所述进气通道的宽度小于所述吸热器外壳的倒截圆锥形结构和所述吸热器内壳的倒截圆锥形结构之间的所述进气通道的宽度。
上述的腔体式吸热器，所述腔体式吸热器还包括排气管以及安装在所述吸热器外壳底部的气体换向器，所述排气管的上端与所述二次混流板下方的腔室流体导通，所述排气管的下端穿过所述气体换向器并伸出到所述气体换向器的下方。
上述的腔体式吸热器，所述气体换向器包括换向器壳体和过滤系统，所述换向器壳体的侧立壁上开设有进气孔，所述过滤系统固定安装在所述进气孔的进气口处；所述排气管的下端穿过所述气体换向器的底壁并伸出到所述气体换向器的下方。
上述的腔体式吸热器，所述过滤系统为空气过滤网，并且所述空气过滤网通过螺钉和过滤网固定板固定安装在所述进气孔的进气口处，所述空气过滤网位于所述进气口的端面和所述过滤网固定板之间。
上述的腔体式吸热器，所述腔体式吸热器还包括吸热体固定器、螺母、密封石墨垫片、内六角螺栓、光学透镜、法兰盘和法兰盘固定器；所述吸热体固定器安装在所述吸热器内壳内，所述吸热体泡沫金属通过所述吸热体固定器固定安装在所述吸热器内壳内；所述吸热器外壳上端开口边沿周向延伸出固定安装部，所述密封石墨垫片位于所述固定安装部的上端面上，所述法兰盘压在所述密封石墨垫片上，所述法兰盘固定器位于所述固定安装部的下端面上；所述内六角螺栓由上至下依次穿过所述法兰盘、所述密封石墨垫片、所述固定安装部和所述法兰盘固定器并与所述螺母螺纹连接；所述光学透镜位于所述吸热器外壳上端开口处，并且所述光学透镜的边缘位于所述法兰盘和所述固定安装部之间的凹槽内；所述光学透镜的下底面与所述吸热器内壳的上边沿之间为所述进气通道的出气口，所述进气通道的出气口与所述吸热体泡沫金属上方面的储气室流体导通；所述吸热体泡沫金属为吸热体泡沫铜，所述吸热器外壳的外表面上涂覆有辐射隔热保温层。
本发明的技术方案具有如下有益的技术效果:
(1)本发明的腔体式吸热器采用泡沫铜(也可以采用其他泡沫金属)为吸热体，泡沫铜具有很好的三维导流结构，可以使气体工质流过；较大的比表面积，可以尽可能多的与气体接触进行充分换热；较大的导热系数有利于热交换；强化换热，以增强换热效果，从而提高太阳能的热利用。
(2)本发明的腔体式吸热器壳体的下部为倒截圆锥形，内外壳倒截圆锥形之间的进气通道的宽度大于内外壳圆筒形的进气通道的宽度，可以存留较多的工质气体，由于加热后的气体与内壳进行热交换，使内壳温度升高，可以利用被加热的内壳再次对存留在内外壳倒截圆锥形之间的进气通道内的气体进行预热，从而减少热损失。
(3)本发明的腔体式吸热器采用可耐高温的石墨垫片进行密封，石墨垫片具有耐高温、抗老化、自润滑、可压缩性以及回弹性，密封效果良好,适用于中高温和高温等多种环境。
(4)本发明的腔体式吸热器运用了限流混流调压机构，当限流之后使得气体工质聚集压强增大到预设压力或大于预设压力时，气体推动阻气部件下移，使得气体工质从泄压孔中流出，从而降低内腔中的压强，调控着整个吸热器内部的压强，保护着内部结构的安全；预设压力可以选择不同类型的弹性部件来改变，根据情况进行调节。
(5)本发明的腔体式吸热器的进气口处设有过滤系统，过滤系统可以为主要有多层不锈钢筛构成的空气过滤网，大气中的空气通过空气过滤网，可以除去空气中的细小颗粒垃圾，保护吸热器，延长其使用寿命。
(6)本发明的腔体式吸热器可在吸热器壳体的外表面涂有辐射隔热保温材料，以减少外壳的热辐射，减少热损失。
(7)由于气体是进入泡沫金属的微孔内与泡沫金属进行换热，与传统的盘管式换热方式或者隔壁式换热方式相比，换热效率大大提高，并且气体工质是从内壳与外壳之间进入到内壳中与泡沫金属进行换热，不仅能够实现对气体工质进行预热，还可以大大减少吸热器的热损失。
附图说明
图1本发明腔体式吸热器的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1-气体换向器、2-吸热器外壳、3-吸热器内壳、4-吸热体固定器、5-吸热体泡沫铜、6-螺母、7-密封石墨垫片、8-内六角螺栓、9-光学透镜、10-法兰盘、11-法兰盘固定器、12-限流混流板、13-阻气片、14-弹簧、15-二次混流板、16-过滤网固定板、17-空气过滤网、18-小螺钉、19-进气通道、20-泄压孔、21-一次混流孔、22-二次混流孔、23-排气管、24-换向器壳体、25-进气孔、26-固定安装部、27-凹槽。
具体实施方式
如图1所示，一种腔体式吸热器，包括吸热器壳体、吸热体泡沫金属和限流混流调压机构，所述吸热体泡沫金属和所述限流混流调压机构均安装在所述吸热器壳体内，并且所述吸热体泡沫金属位于所述限流混流调压机构的上方；所述限流混流调压机构包括限流混流板12、二次混流板15、阻气部件(本实施例中阻气部件为阻气片13)和弹性部件(本实施例中的弹性部件为弹簧14)；所述弹性部件的下端固定安装在所述二次混流板15，所述弹性部件的上端与所述阻气部件固定连接；所述限流混流板12上开设有泄压孔20和一次混流孔21；所述阻气部件在所述弹性部件弹力的作用下封堵住所述泄压孔20；所述二次混流板15上开设有二次混流孔22；经所述吸热体泡沫金属换热后的气体通过所述一次混流孔21进入到所述限流混流板12和所述二次混流板15之间的空腔，并通过所述二次混流孔22排出腔体式吸热器。所述吸热器壳体包括吸热器外壳2和吸热器内壳3，所述吸热器外壳2和所述吸热器内壳3之间为进气通道19，所述进气通道19的出气端与所述吸热体泡沫金属的进气面流体导通，所述吸热体泡沫金属的出气面与所述限流混流调压机构的进气端流体导通，所述限流混流调压机构的出气端与腔体式吸热器的排气口流体导通；所述吸热器外壳2和所述吸热器内壳3均由上部的圆筒形结构和下部的倒截圆锥形结构组成，所述圆筒形结构的内腔和所述倒截圆锥形结构的内腔流体导通，并且所述圆筒形结构的下边沿和所述倒截圆锥形结构的上边沿固定连接；所述限流混流板12安装在所述吸热器内壳3的圆筒形结构与倒截圆锥形结构的连接处；所述吸热器外壳2的圆筒形结构和所述吸热器内壳3的圆筒形结构之间的所述进气通道19的宽度小于所述吸热器外壳2的倒截圆锥形结构和所述吸热器内壳3的倒截圆锥形结构之间的所述进气通道19的宽度。
所述腔体式吸热器还包括排气管23以及安装在所述吸热器外壳2底部的气体换向器1，所述排气管23的上端与所述二次混流板15下方的腔室流体导通，所述排气管23的下端穿过所述气体换向器1并伸出到所述气体换向器1的下方。所述气体换向器1包括换向器壳体24和过滤系统，所述换向器壳体24的侧立壁上开设有进气孔25，所述过滤系统固定安装在所述进气孔25的进气口处；所述排气管23的下端穿过所述气体换向器1的底壁并伸出到所述气体换向器1的下方。所述过滤系统为空气过滤网17，并且所述空气过滤网17通过螺钉18和过滤网固定板16固定安装在所述进气孔25的进气口处，所述空气过滤网17位于所述进气口的端面和所述过滤网固定板16之间。
所述腔体式吸热器还包括吸热体固定器4、螺母6、密封石墨垫片7、内六角螺栓8、光学透镜9、法兰盘10和法兰盘固定器11；所述吸热体固定器4安装在所述吸热器内壳3内，所述吸热体泡沫金属通过所述吸热体固定器4固定安装在所述吸热器内壳3内；所述吸热器外壳2上端开口边沿周向延伸出固定安装部26，所述密封石墨垫片7位于所述固定安装部26的上端面上，所述法兰盘10压在所述密封石墨垫片7上，所述法兰盘固定器11位于所述固定安装部26的下端面上；所述内六角螺栓8由上至下依次穿过所述法兰盘10、所述密封石墨垫片7、所述固定安装部26和所述法兰盘固定器11并与所述螺母6螺纹连接，密封石墨垫片7可保证气体工质不泄露；所述光学透镜9位于所述吸热器外壳2上端开口处，并且所述光学透镜9的边缘位于所述法兰盘10和所述固定安装部26之间的凹槽27内；所述光学透镜9的下底面与所述吸热器内壳3的上边沿之间为所述进气通道19的出气口，所述进气通道19的出气口与所述吸热体泡沫金属上方面的储气室流体导通，所述吸热器外壳2的外表面上涂覆有辐射隔热保温层，光学透镜9具有耐高温、透光性能好等特点同时也起到密封的作用，光学透镜可以透过聚焦后的太阳光对吸热体泡沫金属进行加热。
所述泄压孔20为一个且位于所述限流混流板12的中心，所述泄压孔20的总面积与所述一次混流孔21的总面积之比为25:8，所述二次混流孔22的总面积与所述一次混流孔21的总面积之比为2.54:1；所述吸热体泡沫金属的孔隙率为80％、平均孔径大小为2㎜、通孔率为98％。
工作原理为：
通过空气过滤网17除去气体工质中的细小颗粒，然后经进气孔25进入到所述排气管23外壁与所述换向器壳体24内壁之间的空腔内，然后沿所述吸热器外壳2的倒截圆锥形结构和所述吸热器内壳3的倒截圆锥形结构之间的所述进气通道19向上流动，进入到所述吸热器外壳2的圆筒形结构和所述吸热器内壳3的圆筒形结构之间的所述进气通道19内；所述进气通道19内的气体通过所述光学透镜9的下底面与所述吸热器内壳3的上边沿之间缝隙进入到所述吸热体泡沫铜5的上表面与所述光学透镜9的下底面之间的腔室内，然后通过所述吸热体泡沫铜5上的孔隙进入到所述吸热体泡沫铜5的下表面和限流混流板12上表面之间的腔室内，加热后的气体通过限流混流板12上的一次混流孔21进入到二次混流板15与限流混流板12之间的空腔内，最后依次通过二次混流板15上的二次混流孔22和排气管23排出。
聚焦后的太阳光通过光学透镜9对吸热体泡沫铜5加热，被加热的吸热体泡沫铜5又对流过的气体工质上进行加热，由于受到限流混流板12上的一次混流孔21孔径大小的限制，经过吸热体泡沫铜5换热后的气体，无法快速通过限流混流板12，会在吸热体泡沫铜5和限流混流板12之间的空腔内停留一段时间，进一步换热，气体工质进一步混合，使从吸热体泡沫铜5中通过的温度不均的气体工质进一步进行热交换，使流出气体的温度更加的均匀，当限流之后使得气体工质聚集，压强增大到弹簧14的预设压力或大于预设压力时，高压气体推动阻气部件(本实施例阻气部件为阻气片13)下移，使得气体工质可以从泄压孔20中流出，从而降低内腔中的压强，保护整个吸热器不受破坏。气体工质从限流混流板12流出后，进入到限流混流板12和二次混流板15之间的空腔，再次使气体混合，使气体工质更加的均匀；然后通过二次混流板15上的二次混流孔22排出，最后气体从吸热器内壳上的排气管23流出，进而完成了气体工质加热的工作。
此外，进气可以在所述排气管23外壁与所述换向器壳体24内壁之间的空腔内进行预热，而且由于所述吸热器外壳2的圆筒形结构和所述吸热器内壳3的圆筒形结构之间的所述进气通道19的宽度小于所述吸热器外壳2的倒截圆锥形结构和所述吸热器内壳3的倒截圆锥形结构之间的所述进气通道19的宽度，因而可以存留较多的工质气体；由于加热后的气体与吸热器内壳3进行热交换，使吸热器内壳3温度升高，本实施例的技术方案可以利用被加热的吸热器内壳3再次对存留的气体进行预热，从而可以减少热损失。
在使用多孔材料对气体进行换热的时候，由于气体流动需要一定的压力，压力过大，气体流动过快，不能很好的加热和混合均匀，气体就快速排出；压力过小，气体通过多孔材料很慢，换热效率较低。因此，在多孔材料的孔隙较大的时候，压力较小的气体比较容易通过多孔材料，但存在换热不均匀以及换热不充分的问题，此时只能增大多孔材料的厚度来增加气体的停留时间来改善换热不均匀以及换热不充分的问题；如果减小多孔材料的孔隙，则存在需要增大进气压力和提高吸热器壳体强度的问题。
对于吸热体泡沫铜5来说，其孔隙很小，需要气体压力较高才能通过吸热体泡沫铜5的孔隙，如果使用较薄的吸热体泡沫铜5，且吸热体泡沫铜5出气侧压力较小的情况下，带压气体将会快速通过吸热体泡沫铜5，依然存在换热不均匀以及换热不充分的问题；如果通过增大吸热体泡沫铜5的厚度来增加气体的停留时间来改善换热不均匀以及换热不充分的问题，这样会使得进气压力大大增加，吸热器壳体的抗压能力需要进一步提高，从而使得成本大大增加。
本申请中将吸热体泡沫铜5和限流混流调压机构组合起来，一方面利用了吸热体泡沫铜5导热性能比较好的特点，实现气体快速换热；另一方面通过限流混流调压机构延长气体与吸热体泡沫铜5进行热交换的时间，并且能够确保换热后的气体在压力较高的情况下实现自动泄压，进而确保吸热器安全工作运行。因而可以在减小吸热体泡沫铜5厚度和进气压力的情况下，实现均匀、充分换热。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。