一种高温太阳能空气加热装置制造方法
【专利摘要】一种高温太阳能空气加热装置，它涉及一种空气加热装置。本发明为解决太阳能吸热器的换热效率低，导致太阳能的高温热利用受到限制的问题。三层直径不等的圆筒同轴设置，位于最外层的圆筒的外壁上加工有两个进气孔，三层直径不等的圆筒之间形成两个环形腔室，所述两个环形腔室相互连通，位于最内层的圆筒壁上沿轴向依次加工有三圈通孔；三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯、圆柱形多孔陶瓷吸热芯和三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯沿吸热器壳体的长度方向依次内嵌在吸热器壳体内，最内层圆筒壁上的三圈通孔与三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯对应设置，三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯由内向外内径依次渐缩设置。本发明用于太阳能空气加热。
【专利说明】—种高温太阳能空气加热装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高温太阳能空气加热装置，属于太阳能应用【技术领域】。
【背景技术】
[0002]太阳能资源丰富，清洁易得，高温太阳能热利用系统采用太阳能聚集器获得高倍聚集能流，容积式吸热器采用封闭式密封结构，将接收到的汇聚太阳辐射转换为热能，并传递给载热质，在国外已广泛被应用于太阳能热力示范发电厂，其内部多孔陶瓷材料的辐射对流换热可使被加热空气介质广生闻达100CTC以上的闻温，但是国内的太阳能吸热器的吸热换热效果一直不是那么明显，总是达不到预期的效果，不能将换热工质提高到一个较高的温度，换热效率较低，从而使得太阳能的高温热利用技术发展受到限制，这就迫切要求解决太阳能高温热转换中的关键技术，使得高性能太阳能高温吸热器的研制显得尤为重要。
[0003]综上，现有的太阳能吸热器的换热效率低，导致太阳能的高温热利用技术发展受到限制。
【发明内容】
[0004]本发明为解决现有的太阳能吸热器的换热效率低，导致太阳能的高温热利用技术发展受到限制的问题，进而提供了一种高温太阳能空气加热装置。
[0005]本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:
[0006]本发明的高温太阳能空气加热装置包括二次聚集器、第一端盖、第一石墨垫片、光源接收窗、第一法兰、吸热器壳体、多孔陶瓷吸热芯、第二法兰、第二石墨垫片和第二端盖，吸热器壳体为圆筒形状，第一法兰固接在吸热器壳体的前端面上，第二法兰固接在吸热器壳体的后端面上，吸热器壳体由三层直径不等的圆筒构成，三层直径不等的圆筒同轴设置，位于最外层的圆筒的外壁上加工有两个进气孔，三层直径不等的圆筒之间形成两个环形腔室，所述两个环形腔室相互连通，位于最内层的圆筒壁上沿轴向依次加工有三圈通孔，每圈通孔沿最内层的圆筒的圆周方向均布设置；
[0007]第一端盖为圆环形状，第一端盖安装在第一法兰上，第一端盖与第一法兰之间设置有第一石墨垫片，光源接收窗为石英光学接收窗，光源接收窗由曲面部和外沿构成，光源接收窗的外沿安装在第一端盖和第一法兰之间，多孔陶瓷吸热芯包括圆柱形多孔陶瓷吸热芯、三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯和三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯，三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯、圆柱形多孔陶瓷吸热芯和三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯沿吸热器壳体的长度方向依次内嵌在吸热器壳体内，最内层圆筒壁上的三圈通孔与三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯对应设置，三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯由内向外内径依次渐缩设置，三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯形成吸热室，三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯形成混合室，第二端盖安装在第二法兰上，第二端盖与第二法兰之间设置有第二石墨垫片，二次聚集器为圆锥筒状，二次聚集器的小端固装在第一端盖上，二次聚集器的圆锥筒壁内沿圆周方向设有水冷腔，二次聚集器的下部设置有进水口，二次聚集器的上部设置有出水口。
[0008]本发明与现有的太阳能吸热器相比具有以下有益效果:
[0009]本发明的二次聚集器对较低能流的太阳能辐射进行聚集，增大了太阳能的有效利用面积，提高了太阳能空气加热装置利用太阳能的吸热总量；另一方面有效遮挡本发明的高温太阳能空气加热装置入口周边的聚集能流，提高了运行稳定性和使用寿命；
[0010]采用多孔陶瓷材料制作混合室，且混合室位于吸热室外，可以减少混合室的散热，将混合室的热量重新利用，大大提高了能量的利用效率，减少了散热损失；
[0011]外界常温气体进入到吸热器壳体的两个环形腔室内进行预热，然后通过位于最内层的圆筒壁上的三圈通孔进入吸热室，外界常温气体沿多孔陶瓷吸热芯侧壁进入多孔陶瓷内部孔隙进行对流换热，穿过多孔陶瓷进入到三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯的空腔中，接着穿过圆柱形多孔陶瓷吸热芯进行对流换热，本发明的多孔陶瓷组合结构可以确保外界常温气体从多孔陶瓷内穿过，与多孔陶瓷进行充分的对流换热，从而保证本发明的空气加热装置优异的换热性能；
[0012]外界常温气体从吸热器壳体的两个环形腔室流过后，温度升高的同时也带走了套筒壁之间的热量，确保吸热器腔体的温度不至于过高，一方面减小了吸热器腔体壁的散热损失，另一方面提高了吸热器的寿命，使吸热器壳体不会因为温度过高而产生变形。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的高温太阳能空气加热装置的整体结构剖视示意图。
【具体实施方式】
[0014]【具体实施方式】一:如图1所示，本实施方式的高温太阳能空气加热装置包括二次聚集器1、第一端盖2、第一石墨垫片3、光源接收窗4、第一法兰5、吸热器壳体6、多孔陶瓷吸热芯7、第二法兰8、第二石墨垫片9和第二端盖10，吸热器壳体6为圆筒形状，第一法兰5固接在吸热器壳体6的前端面上，第二法兰8固接在吸热器壳体6的后端面上，吸热器壳体6由三层直径不等的圆筒构成，三层直径不等的圆筒同轴设置，位于最外层的圆筒的外壁上加工有两个进气孔，三层直径不等的圆筒之间形成两个环形腔室，所述两个环形腔室相互连通，位于最内层的圆筒壁上沿轴向依次加工有三圈通孔，每圈通孔沿最内层的圆筒的圆周方向均布设置；
[0015]第一端盖2为圆环形状,第一端盖2安装在第一法兰5上,第一端盖2与第一法兰5之间设置有第一石墨垫片3，光源接收窗4为石英光学接收窗，光源接收窗4由曲面部和外沿构成，光源接收窗4的外沿安装在第一端盖2和第一法兰5之间，多孔陶瓷吸热芯7包括圆柱形多孔陶瓷吸热芯、三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯和三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯，三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯、圆柱形多孔陶瓷吸热芯和三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯沿吸热器壳体6的长度方向依次内嵌在吸热器壳体6内，最内层圆筒壁上的三圈通孔与三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯对应设置，三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯由内向外内径依次渐缩设置，三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯形成吸热室，三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯形成混合室，第二端盖10安装在第二法兰8上，第二端盖10与第二法兰8之间设置有第二石墨垫片9，二次聚集器I为圆锥筒状，二次聚集器I的小端固装在第一端盖2上，二次聚集器I的圆锥筒壁内沿圆周方向设有水冷腔，二次聚集器I的下部设置有进水口，二次聚集器I的上部设置有出水口。
[0016]【具体实施方式】二:如图1所示，本实施方式光源接收窗4的曲面部为太阳能能流分布曲面。如此设计，可以提高太阳辐射能得透过率，从而进一步提高太阳能空气加热装置利用太阳能的吸热总量。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0017]【具体实施方式】三:本实施方式位于最内层的圆筒壁上每圈通孔的数量为八个。如此设计，这样可以保证气体与多孔陶瓷之间有足够的换热面积，提高腔体的换热性能。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一或二相同。
[0018]【具体实施方式】四:本实施方式第一法兰5与吸热器壳体6的前端面焊接制成一体，第二法兰8与吸热器壳体6的后端面焊接制成一体。如此设计，可以使吸热器壳体6前后端面与前后端盖拆卸组装方便快捷，并且对光源接收窗4保养清洁、更换内部吸热芯操作变得简单易行。其它组成及连接关系与【具体实施方式】三相同。
[0019]【具体实施方式】五:如图1所示，本实施方式第二端盖10通过螺栓安装在第二法兰8上。如此设计，拆卸方便。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一、二或四相同。
[0020]【具体实施方式】六:如图1所示，本实施方式第一端盖2通过螺栓安装在第一法兰5上。如此设计，拆卸方便。其它组成及连接关系与【具体实施方式】五相同。
[0021]【具体实施方式】七:如图1所示，本实施方式所述空气加热装置还包括靶台支架11，二次聚集器I的小端通过靶台支架11焊接在第一端盖2上。如此设计，能够尽量避免温度较高的第一端盖2对二次聚集器I的高温热传导影响，二次聚集器I不会产生形变，保证了二次聚集器I的光学性能。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一、二、四或六相同。
[0022]工作原理:
[0023]开始阶段需找准聚集光斑位置，利用二次聚集器I表面反射光斑的相对位置可对一次聚集器进行准确调整，待光斑中心完全进入光源接收窗4时停止，开启外界常温气体的供给；本发明的高温太阳能空气加热装置工作过程中，外界常温气体进入到吸热器壳体的两个环形腔室内进行预热，然后通过位于最内层的圆筒壁上的三圈通孔进入吸热室，沿多孔陶瓷吸热芯侧壁进入多孔陶瓷内部孔隙进行对流换热，然后穿过多孔陶瓷进入到三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯的空腔中，接着穿过圆柱形多孔陶瓷吸热芯进行对流换热，最后在后端混合室位置混合均匀流出，从而达到升温升压的目的；工作结束时，首先在保持腔体通气状态的同时迅速撤离光斑，再关闭气体供给，待腔体冷却降温后，检查各个实验部件，尤其是光源接收窗4，二次聚集器I，第一端盖2及其相应密封状况。
【权利要求】
1.一种高温太阳能空气加热装置，其特征在于:所述空气加热装置包括二次聚集器(1)、第一端盖(2)、第一石墨垫片(3)、光源接收窗(4)、第一法兰(5)、吸热器壳体(6)、多孔陶瓷吸热芯(7)、第二法兰(8)、第二石墨垫片(9)和第二端盖(10)，吸热器壳体(6)为圆筒形状，第一法兰(5)固接在吸热器壳体(6)的前端面上，第二法兰(8)固接在吸热器壳体(6)的后端面上，吸热器壳体(6)由三层直径不等的圆筒构成，三层直径不等的圆筒同轴设置，位于最外层的圆筒的外壁上加工有两个进气孔，三层直径不等的圆筒之间形成两个环形腔室，所述两个环形腔室相互连通，位于最内层的圆筒壁上沿轴向依次加工有三圈通孔，每圈通孔沿最内层的圆筒的圆周方向均布设置；第一端盖(2)为圆环形状,第一端盖(2)安装在第一法兰(5)上,第一端盖(2)与第一法兰(5)之间设置有第一石墨垫片(3)，光源接收窗(4)为石英光学接收窗，光源接收窗(4)由曲面部和外沿构成，光源接收窗(4)的外沿安装在第一端盖(2)和第一法兰(5)之间，多孔陶瓷吸热芯(7)包括圆柱形多孔陶瓷吸热芯、三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯和三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯，三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯、圆柱形多孔陶瓷吸热芯和三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯沿吸热器壳体(6)的长度方向依次内嵌在吸热器壳体(6)内，最内层圆筒壁上的三圈通孔与三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯对应设置，三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯由内向外内径依次渐缩设置，三个内径一致的圆环形陶瓷吸热芯形成吸热室，三个内径依次渐缩的圆环形陶瓷吸热芯形成混合室，第二端盖(10)安装在第二法兰(8)上，第二端盖(10)与第二法兰(8)之间设置有第二石墨垫片(9)，二次聚集器(I)为圆锥筒状，二次聚集器(I)的小端固装在第一端盖(2)上，二次聚集器(I)的圆锥筒壁内沿圆周方向设有水冷腔，二次聚集器(I)的下部设置有进水口，二次聚集器(I)的上 部设置有出水口。
2.根据权利要求1所述的高温太阳能空气加热装置，其特征在于:光源接收窗(4)的曲面部为太阳能能流分布曲面。
3.根据权利要求1或2所述的高温太阳能空气加热装置，其特征在于:位于最内层的圆筒壁上每圈通孔的数量为八个。
4.根据权利要求3所述的高温太阳能空气加热装置，其特征在于:第一法兰(5)与吸热器壳体(6)的前端面焊接制成一体，第二法兰(8)与吸热器壳体(6)的后端面焊接制成一体。
5.根据权利要求1、2或4所述的高温太阳能空气加热装置，其特征在于:第二端盖(10)通过螺栓安装在第二法兰(8)上。
6.根据权利要求5所述的高温太阳能空气加热装置，其特征在于:第一端盖⑵通过螺栓安装在第一法兰(5)上。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的高温太阳能空气加热装置，其特征在于:所述空气加热装置还包括靶台支架(11)，二次聚集器(I)的小端通过靶台支架(11)焊接在第一端盖(2)上。
【文档编号】F24J2/34GK103940120SQ201410198277
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】夏新林, 孟宪龙, 董献宏, 李鹏, 艾青 申请人:哈尔滨工业大学