[发明专利]一种用于太阳能热发电系统的体积换热吸热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于碟式或者塔式太阳能热发电系统的吸热器，可将经聚光装置汇聚的阳光转化为热能，并顺利传递给做功工质对外输出。

技术背景

太阳能因其储量无限性、分布普遍性、利用清洁性及经济性等特征被普遍看好，被认为是最具发展前景、最能解决未来社会发展能源需求不断增长的新能源之一。其中，太阳能热发电因具有与电网负荷的配适性较好、光电转化效率高、容易产生规模效应、耗材的制造过程更加环保、电力可调性更好等特点，被认为是未来太阳能发电利用的重要发展方向。

太阳能热发电的基本技术思路是：将阳光汇聚，提高光能的能量密度，通过吸热装置将汇聚后的光能吸收，并转化为热能，将热能传递给工质，使工质内能升高，然后通过热机将工质中的内能转化为机械能，并驱动发电机，将机械能转化为电能输出。其中，将光能高效转化为热能并顺利、快速、可靠地传递给工质是很重要的一环。

对于碟式发电系统和塔式发电系统来说，基于布雷顿循环(Brayton Cycle)的燃气轮机可直接采用空气作为工质，即空气经压气机压缩后，在吸热器中吸热、升温，然后进入涡轮机膨胀、做功，机械功反过来驱动压气机及发电机，对外输出电流。其结构简单、没有斯特林机那样的苛刻密封要求，且工质直接来自大气、排入大气，具有可靠性高、稳定性及维护性较好等优点，因而采用燃气轮机作为热机是目前太阳能热发电系统的重要发展方向之一。

虽然燃气轮机作为太阳能热发电系统的热机具有很多优点，但是设计与之配套、满足可靠性要求的吸热器一直是个难题，主要体现在两个方面：一是如何将能量密度很高的热能快速传递给空气(将工质快速加热)并不容易，因为一般的吸热体材料对阳光都是不透明的，即吸收阳光生热、对空气散热都主要发生在吸热体的表面或者接近表面的薄层内，这样很容易导致吸热体局部超温而烧毁，或者吸热体热应力过高而破裂；二是吸热器采光口上一般都设有一道密封吸热器内部高压空气的石英玻璃罩板，玻璃罩板的一侧承受吸热器内部的压力，另一侧往往直接暴露在空气中，难免有灰尘沉积在其表面，阳光透过玻璃罩时，玻璃罩本身会吸收部分热量，加之其表面沉积的灰尘会使玻璃罩板对阳光的吸收能力剧增，如果不对玻璃板进行及时的降温，就会导致玻璃板的温度超过其许用温度而出现软化、融化等情况，使用寿命不长。基于上述两个方面的原因，涉及满足燃气轮机太阳能热发电系统的吸热器至今尚未很好解决。

发明内容

针对现有燃气轮机太阳能热发电系统吸热器目前存在的难题，本发明旨在提供一种用于太阳能热发电系统的体积换热吸热器，该换热吸热器实现了在其吸热体体积范围内吸收光能、与空气换热，克服了吸热体与空气之间的快速换热难题的同时，也解决了采光口玻璃罩板散热难的问题，从而使吸热器的可靠性及寿命都有了较大幅的提高。

为了实现上述目的，本发明的所采用的技术方案是：所述用于太阳能热发电系统的体积换热吸热器，包括外壳，其结构特点是：所述外壳内装有吸热体安装环，该吸热体安装环内部设有由耐热金属丝稀疏布置构成、阳光能够深度透入内部的吸热体；所述外壳前端设有前端板，该前端板上开有采光口，该采光口上装有透明罩板，所述吸热体与前端板之间形成集热腔，该集热腔与设置在外壳外侧的进气管连通，所述外壳后端装有排气管。

所述外壳由外壳直段、外壳锥段固定连接在一起，组成外壳整体，外壳直段前端设有前端盖，前端盖上开有一个采光口，采光口被一道向内凸的透明罩板遮住，所述透明罩板优选为玻璃罩板；所述外壳直段前端与多孔壁共同组成环形流道，其上设有数根导流管或者一道环形的导气缝，导流管或者导气缝出口部位在凸起的玻璃罩板附近；外壳内壁与吸热体安装环配合，由稀疏布置的耐热金属丝构成的吸热体处于吸热体安装环内部；所述外壳锥段与热空气出口相连，组成所述环形流道对应的外壳直段与冷空气进口连通。

进一步地，所述外壳前部与集热腔之间设有环形的多孔壁，该外壳内壁与多孔壁形成与所述进气管连通的环形流道，所述环形流道通过设在多孔壁上的至少一排通孔与集热腔连通。所述多孔壁上设有位于集热腔内的至少一根导流管，该导流管的出口位于所述透明罩板内壁一侧。所述前端板的前侧设置冷却气导管，所述冷却气导管的出口喷嘴处于所述采光口的一侧。

藉由上述结构，经汇聚的阳光从采光口透过玻璃罩板，投射在吸热体上，进入吸热体的内部逐渐被耐热金属丝所吸收，转化成热能。冷空气进入环形流道之后，一部分通过多孔壁进入集热腔，一部分通过导流管吹在玻璃罩板上之后进入集热腔，两部分气流在集热腔汇合后通过吸热体，吸收热量，温度升高，最形成热空气从排气管排出。