[发明专利]一种圆柱太阳能高温储能与换热吸热器

说明书

本发明公开了一种圆柱太阳能高温储能与换热吸热器，包括一吸热圆筒，其特征在于，所述吸热圆筒一端封闭，另一端开有聚集太阳光入口，所述吸热圆筒的筒壁内部沿吸热圆筒中轴方向分别设有储热通道和工质吸热通道，所述储热通道内插有储热单元，储热单元包括密封的壳体，壳体内装有高温相变储能材料；所述工质吸热通道连接有工质入口和工质出口。

技术领域

本发明属于太阳能高温吸热设备领域，特别是涉及一种圆柱太阳能高温储能与换热吸热器。

背景技术

太阳能高温储能与换热复合结构吸热器是提高系统紧凑度，减小系统质量，降低技术成本，促进新能源发展与航天器技术水平的重要途径。

在空间太阳能高温应用(热推进或热发电)过程中，需要配置储能系统，满足在轨道阴影区域做功要求。然后受航天器质量限制，太阳能吸热与储热(能)器最好一体化设计，以减小系统质量，降低成本。由于太阳能高温储热与气体强化换热存在传热学关键技术问题，同时这些问题与聚集太阳能热流密度分布特性相互耦合，导致太阳能高温储能与换热吸热器的设计方案十分复杂。

现有的太阳能吸热或储能装置，仅从太阳能高温储能或高效热转换某个方面进行设计分析，没有再充分考虑聚集太阳能热流密度分布特性的基础上，将太阳能高温储能及储能单元与气体工质强化换热统一起来，制约太阳能高温热转换技术的适用性。

发明内容

本发明在理解掌握聚集太阳能热流密度分布特性基础上，充分考虑太阳能高温储热与气体强化换热相关技术问题，设计一种圆柱太阳能高温储能与换热吸热器，为太阳能高温高效利用技术进步提供参考。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种圆柱太阳能高温储能与换热吸热器，包括一吸热圆筒，所述吸热圆筒一端封闭，另一端开有聚集太阳光入口，所述吸热圆筒的筒壁内部沿吸热圆筒中轴方向分别设有储热通道和工质吸热通道，所述储热通道内插有储热单元，储热单元包括密封的壳体，壳体内装有高温相变储能材料；所述工质吸热通道连接有工质入口和工质出口。

进一步的改进，所述储热通道和工质吸热通道均设有多条，且储热通道和工质吸热通道交错排布，使吸热圆筒的筒壁形成蜂窝状结构。

进一步的改进，所述吸热圆筒内壁聚集能流密度峰值区域和吸热圆筒的底部均设有半椭球状的中空凸包，凸包内装有高温相变储能材料。

进一步的改进，所述吸热圆筒的聚集太阳光入口半径与聚集太阳光光斑半径相当，吸热圆筒半径为聚集太阳光入口半径1～2倍，吸热圆筒高为聚集太阳光入口半径5～8倍，吸热圆筒壁厚为聚集太阳光入口半径3～5倍。

进一步的改进，所述储热通道半径根据需要为聚集太阳光入口半径的0.1～0.2倍，工质换热通道半径为聚集太阳光入口半径的 0.05～0.1倍。

进一步的改进，所述吸热圆筒壁为陶瓷材料或高熔点金属材料制成。

进一步的改进，所述高温相变储能材料为相变材料为铜、铝或硅。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)在圆筒壁上交叉布置工质吸热通道和储能棒单元，兼顾工质换热与太阳能储能，系统热效率高，结构简单；

2)在聚集太阳能热流密度峰值区域的圆筒壁内侧增加储能凸包，增加聚集太阳光吸热面积，避免局部高温烧蚀，提高系统可靠性；

3)工质吸热微通道和相变储热棒相对独立，高温热应力小，系统稳定性好，操作维护方便。

附图说明

图1为实施例1示意图；

图2为图1的A-A向剖视图。

具体实施方式