一种太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置的制作方法

本发明属于太阳能吸热器实验装置技术领域，具体的说是涉及一种太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置。

背景技术：

全球环境污染的日益严重以及常规能源的日渐匮乏使得人们对替代清洁能源的渴望越来越迫切。目前以煤炭为主的能源结构所造成的生态环境压力愈加明显，扩大再生清洁能源比例刻不容缓，气候变化对能源发展的影响加大，低碳或者无碳的可再生能源成为新热点和经济增长点，常见的清洁能源包括风力发电、核能发电、生物质发电以及太阳能发电等，但太阳能因其存储容量上的无限性，分布上的普遍性，利用上的清洁无污染性、利用周期长等特点，具有非常大的发展空间与潜力。

斯特林热机凭借其热效率高、排放污染小、可用能源多样化等优点广泛应用于太阳能发电，而吸热器是斯特林热机中的关键部件，其主要作用是将外部太阳光能转化为热能传递给在吸热器内部流动的工质，因此吸热器在斯特林热机中起到至关重要的作用。一个高效的吸热器可以将外部热量快速有效的传递给内部的工质，使工质温度迅速的升高获得做功的能力，有助于提高热机输出功率及热机的稳定性。

在实际的生产实践中进行斯特林热机整机实验设计难度大，且实验经费过大，因此设计一套针对斯特林热机关键部件吸热器的实验系统显得具有意义。通过以往的科研实验我们不难知道吸热器的光热转化效率往往直接决定了斯特林热机的发电效率，而怎么使吸热器中流动工质获取更高的加热温度成为提高吸热器光热转化效率的突破点，本实验装置模拟实际工质过程中的吸热器运行状态，通过对循环工质的流量调控以及吸热器温度、压力监测，产生真实可靠的吸热器运行数据，以求对太阳能斯特林吸热器的理论分析和设计制造产生积极影响。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能模拟实际工作中的吸热器运行情况，且能满足不同工况下的实验要求的太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置。

本发明所采用的技术方案是：一种太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置，包括气泵、工质预热装置、第一歧管接头、管簇式腔体吸热器、工质冷却装置、第二歧管接头及气罐；气泵的进口处设有进气管，进气管上设有进气隔膜阀，气泵的出口通过管道与第一歧管接头的进口连接，该管道穿过工质预热装置；第一歧管接头的多个出口分别通过管道与吸热器的多个热管的进气口连接，吸热器的多个出气口分别通过管道与第二歧管接头的多个进气口连接，与吸热器的多个热管的出气口与第二歧管接头进气口连接的管道穿过工质冷却装置；第二歧管接头的出气口通过管道与气罐的进气口连接；气罐的出气口设有排气管，排气管上设有排气隔膜阀；

气泵与工质预热装置之间的管道上依次设有止回阀、第一压力传感器、主路孔板流量计、第一热电偶，工质预热装置与第一歧管接头之间设有第二热电偶和第二压力传感器，第二歧管接头与气罐连接的管道上设有第三热电偶。

上述的太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置中，还设有一个连通气罐的出气口和气泵的进口的管道，该管道上设有第三隔膜阀。

上述的太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置中，还包括进气管和排气管，进气管和排气管连接在气罐与气泵连接的管道上；进气管与管道的接口位于气泵与第三隔膜阀之间；排气管与管道的接口位于第三隔膜阀与气罐之间；进气管和排气管上分别设有进气隔膜阀和排气隔膜阀。

上述的太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置中，止回阀与第一压力传感器之间的管道上设有一个支路，该支路上设置有第一安全阀。

上述的太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置中，第三热电偶与气罐之间的管道上设有两条支路，一支路上串接有防爆膜和第二安全阀，另一支路上并联有第二隔膜阀和串联的第一隔膜阀、第三压力传感器。

上述的太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置中，第一歧管接头的四个并联的出口分别通过管道分别连接吸热器中四根热管的进气口，热管的四个出气口由四根管路连接第二歧管接头的四个进气口；第一歧管接头的出气口与热管的进气口连接的管道上分别设有调节阀和流量计。

上述的太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置中，吸热器包括腔体保温层、入射口保温层、吸热器外壳、橡胶垫块、底板、压板、热管；热管焊接在底板上，底板与压板配合且通过螺钉固定；吸热器外壳通过螺钉与压板侧面连接；橡胶垫块固定于底板上。

上述的太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置中，热管和内腔上都布置有e型热电偶。

上述的太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置中，底板上开有过e型热电偶接线端子的通孔。

上述的太阳能斯特林管簇式腔体吸热器性能测试的实验装置中，所述的第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶采用的是e型热电偶，工质采用的是氦气。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过对吸热器热管内工质流量、循环压力、进出口温度以及吸热器腔体温度的研究，得到吸热器在太阳能热发电工作过程中的温度特性和使用性能，这使得本发明能够为吸热器的理论分析和设计制造提供可靠的运行数据及实验指导；本发明通过在吸热器工质进口管道上设置工质预热装置，使其能调节气体工质的初始温度，本发明能满足不同工况下的实验要求；本发明气泵的进口设有进气管，气罐的出气口设有排气管，进气管和排气管设置独立的隔膜阀，且设有连接气泵的进口和气罐的出气口的管道，该管道上设有第三隔膜阀；使得本发明具备了开闭式一体的功能，拓展了实验系统的功能性。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的吸热器的主视图。

图3为本发明的吸热器的俯视图。

其中：1.进气隔膜阀；2.气泵；3.止回阀；4.第一安全阀；5.第一压力传感器；6.主路孔板流量计；7.第一热电偶；8.电预热器；9.第二热电偶；10.第二压力传感器；11.第一歧管接头；12-15.调节阀；16-19.流量计；20.吸热器；21.反射镜面；22.冷却水箱；23.第二歧管接头；24.第三热电偶；25.气罐；26.防爆膜；27.第二安全阀；28.第一隔膜阀；29.第三压力传感器；30.第二隔膜阀；31.排气隔膜阀；32.第三隔膜阀；33.腔体保温层；34.入射口保温层；35.吸热器外壳；36.e型热电偶；37.橡胶垫块；38.压板；39.十字沉头螺钉；40.螺钉孔；41.m5沉头螺钉；42.底板；43.热管；44.热电偶接线端通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明包括气泵2、工质预热装置、第一歧管接头11、管簇式腔体吸热器20、工质冷却装置、第二歧管接头23及气罐25。气泵2的出口通过管道与第一歧管接头11的进口连接，该管道穿过工质预热装置。工质预热装置采用的是电预热器8，电预热器8能对管道内的工质进行预热，工质采用的是氮气。气泵2与电预热器8之间的管道上依次设置有止回阀3、第一压力传感器5、主路孔板流量计6和第一热电偶7，电预热器8与第一歧管接头11之间设有第二热电偶9和第二压力传感器10。第一歧管接头11的多个出口分别通过管道与吸热器20的多个热管的进气口连接，吸热器20的多个出气口分别通过管道与第二歧管接头23的多个进气口连接，与吸热器20的多个热管的出气口与第二歧管接头23进气口连接的管道穿过工质冷却装置，工质冷却装置采用的是冷却水箱22。第二歧管接头23的出气口通过管道与气罐25的进气口连接；第二歧管接头23与气罐25连接的管道上设有第三热电偶24。气罐25的出气口通过管道与气泵2的进气口连接，该管道上设有第三隔膜阀32。气泵2与第三隔膜阀32之间的管道上连接有进气管，进气管上设有进气隔膜阀1；第三隔膜阀32与气罐25之间的管道上连接有排气管，排气管上设有排气隔膜阀31。

外部供给的气体工质在气泵2的作用下经进气隔膜阀1进入电预热器8，在达到要求的初始温度后，通过第一歧管接头11并入吸热器20，在反射镜面21的反射光源加热下，吸热器20热管内工质达到最高温度，最后通过冷却水箱22、第二歧管接头23接入气罐25中，进行下次循环或经排气隔膜阀31排出。

如图2和图3所示，吸热器20包括腔体保温层33、入射口保温层34、吸热器外壳35、橡胶垫块37、底板42、压板38和热管43；热管43焊接在底板42上，底板42与压板38为台阶配合且通过m5沉头螺钉41固定，吸热器外壳35通过十字沉头螺钉39与压板38侧面固定；橡胶垫块37通过螺栓固定于底板42上。底板42上开有过e型热电偶36接线端子的通孔44，热管43和内腔上都布置有e型热电偶36。

如图1和图3所示，第一歧管接头11的四个并联的出口通过四根管道分别连接入吸热器20中四根热管的进气口a，四根管道上分别设有调节阀和流量计。热管的出气口b分别通过管道连接第二歧管接头23的四个并联的进气口，第二歧管接头23的出气口通过管道连接气罐25。

实验系统中总的工质流量可以通过进气隔膜阀调节，主路孔板流量计辅助进行定量调节；热管43的进气口a为工质进口，出气口b为工质出口，每根热管中的工质流量可以通过调节阀单独调节，因此可以实现流量均匀性或差异性的不同实验要求。实验系统管路上所用的第一热电偶7、第二热电偶9、第三热电偶24均选用e型热电偶，实验系统最高温度不超过900℃，循环压力不超过1.6mpa。

本发明的使用过程如下：

1）开启：第一步，确认本发明的管道、电路连接无错误，密封状态良好；第二步，进气口连接外部气源，打开电源以及数据采集卡；第三步，打开进气隔膜阀1，然后开启气泵2以及电预热器8，通过进气隔膜阀1调节主路流量；第四步，监测第二热电偶9，当达到要求的工质初始温度后，把反射镜面21聚集的光源投射进吸热器20的腔体中，加热热管43中流动工质；第五步，本发明采用开式实验系统时，可打开排气隔膜阀31，完成工质排出，使气罐25内工质压力保持在额定压力下；本发明采用闭式实验系统时，开启第三隔膜阀32，保持系统主路循环流量恒定。

2）停止：第一步，移动反射镜面21，使其聚集的反射光源从吸热器20的腔体中转移；第二步，关闭数据采集卡；第三步，关闭供气气源以及气泵2，关闭电预热器8和进气隔膜阀1；第四步，本发明采用开式实验系统时，保持排气隔膜阀31状态不变，直至气罐25中气体工质排出，气罐25压力回复常态；本发明采用闭式实验系统时，关闭第三隔膜阀32，开启排气隔膜阀31，排空气罐25中剩余气体，等待下次使用。