一种基于射流设计的换热单元及紧凑式太阳能吸热器

本发明涉及太阳能吸热器，特别是涉及一种基于射流设计的换热单元及紧凑式太阳能吸热器。

背景技术：

1、在基于直接式超临界co2(s-co2)布雷顿循环的太阳能热发电系统中，s-co2吸热器是实现光热转换的核心部件。s-co2吸热器既要实现对高密度非均匀太阳能流的有效消纳，又要维持s-co2的高压运行环境(布雷顿循环：≥20mpa)，这对s-co2吸热器的安全高效运行提出了更高的要求。在高温高压条件下安全高效运行已成为s-co2吸热器研发的重要挑战之一。到目前为止，s-co2吸热器的应用形式主要有壁厚较厚的管式吸热器和基于细通道设计的紧凑式吸热器。其中，紧凑式吸热器以细通道作为基本的换热单元，较小的水力直径和较大的比表面积使其获得了良好的承压性和优异的热性能。以往的研究初步证明了紧凑型太阳能接收器具有热效率高(90％)、寿命长等有优势，是最具发展潜力的s-co2吸热器形式之一。

2、虽然，基于细通道设计紧凑式吸热器与管式吸热器具有优良的换热性能。但面对高密度非均匀周期交变的外部太阳通量，提升其换热性能仍然很重要。同时，细尺度通道也引入了过多的压力损失。因此，降低通道的压降也是十分重要的。此外，射流技术以冲击-射流方式作用于热壁面，使内部流体获得了较强的换热能力。同时，较小的流动长度，使通道具有较小的压力损失。然而，该技术并未在塔式太阳能热发电技术中得到应用。

3、针对以上问题，本专利提出了一种基于射流设计的塔式太阳能紧凑式吸热器。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于射流设计的换热单元及紧凑式太阳能吸热器，以解决上述现有技术存在的问题，降低通道的压降损失且提高换热性能。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种基于射流设计的换热单元，包括：相对设置的热侧壁板和非热侧壁板，在所述热侧壁板和所述非热侧壁板之间形成多个水平的介质通道，相邻的所述介质通道均隔开，所述非热侧壁板包括连续设置的多个子非热侧壁板，一个所述子非热侧壁板对应于一条所述介质通道，在每个所述子非热侧壁板上均设置有多个介质进口以及介质出口，所述介质进口和所述介质出口间隔设置，所述介质进口用于将冷介质朝所述热侧壁板上进行射流。

4、优选的，还包括分汇流集成板和汇流板，所述分汇流集成板、所述汇流板、所述非热侧壁板和所述热侧壁板依次叠加设置，所述汇流板上设置有多条竖直的汇流通道，所述汇流通道底面设置有多个汇流孔，一个所述汇流孔对应于一个所述介质出口，从所述介质出口流出的介质能够经过所述汇流孔并汇集于所述汇流通道中，所述分汇流集成板上设置有若干排分流孔以及若干排总汇流孔，所述汇流板上设置有与所述分流孔对应的中间孔，所述分汇流集成板的一侧设置有入口集箱和出口集箱，一排所述分流孔对应于一个所述入口集箱，一排所述总汇流孔对应于一个所述出口集箱；

5、所述入口集箱内的冷介质能够依次通过所述分流孔、所述中间孔以及所述介质进口后射流至所述热侧壁板上；

6、所述介质通道内的介质能够依次通过所述介质出口、所述汇流孔、所述汇流通道以及所述总汇流孔后流至所述出口集箱内。

7、本发明还提供了一种紧凑式太阳能吸热器，包括换热模块和支架，所述换热模块固定设置于所述支架上，所述换热模块包括多个如上所述的换热单元。

8、优选的，包括冷介质源，所述冷介质源与吸热器总进口连通，所述冷介质源用于向所述吸热器总进口通入高压冷介质，所述吸热器总进口通过分流系统与各所述换热单元连通。

9、优选的，多个所述换热单元并列设置并形成圆筒状的结构。

10、优选的，所述冷介质为低温的s-co2。

11、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

12、本发明将冷介质以冲击-射流方式作用于热壁面，使内部流体获得了较强的换热能力。同时，较小的流动长度，使通道具有较小的压力损失。

技术特征：

1.一种基于射流设计的换热单元，其特征在于：包括：相对设置的热侧壁板和非热侧壁板，在所述热侧壁板和所述非热侧壁板之间形成多个水平的介质通道，相邻的所述介质通道均隔开，所述非热侧壁板包括连续设置的多个水平的子非热侧壁板，多个所述子非热侧壁板均平行且依次衔接，一个所述子非热侧壁板对应于一条所述介质通道，在每个所述子非热侧壁板上均设置有多个介质进口以及介质出口，所述介质进口和所述介质出口间隔设置，所述介质进口用于将冷介质朝所述热侧壁板上进行射流。

2.根据权利要求1所述的基于射流设计的换热单元，其特征在于：还包括分汇流集成板和汇流板，所述分汇流集成板、所述汇流板、所述非热侧壁板和所述热侧壁板依次叠加设置，所述汇流板上设置有多条竖直的汇流通道，所述汇流通道底面设置有多个汇流孔，一个所述汇流孔对应于一个所述介质出口，从所述介质出口流出的介质能够经过所述汇流孔并汇集于所述汇流通道中，所述分汇流集成板上设置有若干排分流孔以及若干排总汇流孔，所述汇流板上设置有与所述分流孔对应的中间孔，所述分汇流集成板的一侧设置有入口集箱和出口集箱，一排所述分流孔对应于一个所述入口集箱，一排所述总汇流孔对应于一个所述出口集箱；

3.一种紧凑式太阳能吸热器，其特征在于：包括换热模块和支架，所述换热模块固定设置于所述支架上，所述换热模块包括多个权利要求1～2任意一项所述的换热单元。

4.根据权利要求3所述的紧凑式太阳能吸热器，其特征在于：包括冷介质源，所述冷介质源与吸热器总进口连通，所述冷介质源用于向所述吸热器总进口通入高压冷介质，所述吸热器总进口通过分流系统与各所述换热单元连通。

5.根据权利要求3所述的紧凑式太阳能吸热器，其特征在于：多个所述换热单元并列设置并形成圆筒状的结构。

6.根据权利要求4所述的紧凑式太阳能吸热器，其特征在于：所述冷介质为低温的s-co2。

技术总结
本发明提供一种基于射流设计的换热单元及紧凑式太阳能吸热器，涉及太阳能吸热器技术领域，基于射流设计的换热单元包括：相对设置的热侧壁板和非热侧壁板，在热侧壁板和非热侧壁板之间形成多个水平的介质通道，相邻的介质通道均隔开，非热侧壁板包括连续设置的多个子非热侧壁板，一个子非热侧壁板对应于一条介质通道，在每个子非热侧壁板上均设置有多个介质进口以及介质出口，介质进口和介质出口间隔设置，介质进口用于将冷介质朝热侧壁板上进行射流。本发明提供的方案能够降低通道的压降损失且提高换热性能。

技术研发人员：王坤,张振东,刘妍君,范元鸿,闵春华
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14