[发明专利]一种强制对流的太阳能热流密度均匀化装置及其方法

权利要求书

1.一种强制对流的太阳能热流密度均匀化装置，包括腔式吸热器（11），其特征在于：所述腔式吸热器（11）前壁设有窗口（10），腔式吸热器（11）内，上、下、左、右四个壁面的中心位置分别设置有一个风扇（12）；腔式吸热器（11）的一侧设置有与进料口（16）相连接的进口装置及与压力平衡口（17）相连接的压力平衡装置，腔式吸热器（11）的另一侧设置有与取样口（18）连接的取样装置及与出料口（19）相连接的出口装置；

所述进口装置包括并联设置的第一进料阀（7）和第二进料阀（8），第一进料阀（7）的出口端与静态混合器（9）的第一入口端A相连接，第二进料阀（8）的出口端与静态混合器（9）的第二入口端B相连接，所述静态混合器（9）的出口端与腔式吸热器（11）的进料口（16）相连接；

所述压力平衡装置包括离心风机（1），所述离心风机（1）的出口端通过管道顺次串联连接第一进气阀（2）、安全阀（3）、第二进气阀（4）、压力表（5）及防漏Y型过滤器（6）至腔式吸热器（11）的压力平衡口（17）；

所述取样装置包括取样阀（15），所述取样阀（15）的入口端与腔式吸热器（11）的取样口（18）相连接；

所述出口装置包括收集Y型过滤器（13），所述收集Y型过滤器（13）的入口端与腔式吸热器（11）的出料口（19）相连接，收集Y型过滤器（13）的出口端与出料阀（14）入口端相连接；

所述腔式吸热器（11）内部填充有二氧化碳-三氧化二铝，二氧化碳和三氧化二铝分别通过第一进料阀（7）和第二进料阀（8）填充；

所述腔式吸热器（11）内部填充的二氧化碳-三氧化二铝浓度为：三氧化二铝颗粒数密度为每立方米1×10⁷-1×10⁹，三氧化二铝颗粒粒径为0.1-5微米，二氧化碳的体积分数为10%-30%。

2.根据权利要求1所述的一种强制对流的太阳能热流密度均匀化装置，其特征在于：所述窗口（10）由石英玻璃密封。

3.一种基于权利要求1至2任一所述装置的太阳能热流密度均匀化方法，包括以下步骤：

步骤一：打开第一进料阀（7）和第二进料阀（8），输进二氧化碳气体和三氧化二铝颗粒，使二氧化碳和三氧化二铝通过静态混合器（9）充分混合后进入腔式吸热器（11）中，经30-40分钟，打开取样阀（15），取样检测腔式吸热器（11）中填充的二氧化碳-三氧化二铝浓度是否达到要求，若达到要求，关闭第一进料阀（7）和第二进料阀（8）；

步骤二：利用定日镜场反射太阳光通过窗口（10）进入腔式吸热器（11）接触二氧化碳-三氧化二铝，首先三氧化二铝颗粒将部分太阳辐射吸收，然后以红外辐射的形式释放于气体中，将腔式吸热器（11）腔体内光照区高温热源辐射到整个腔体内低温区域，改善腔体空间温度场的非均匀性；接着利用三氧化二铝颗粒的散射作用，改变腔式吸热器（11）内阳光辐射能量和红外辐射能量的传递路径，降低阳光直接辐射区域的热流密度峰值；最后利用二氧化碳气体的选择性光谱吸收特性，增加对红外辐射能量的吸收率，减少石英玻璃窗口（10）对红外辐射能量的吸收，改善腔体空间温度场的非均匀性，提高太阳能热流密度分布的均匀性；

步骤三：打开风扇（12），采用主动强化技术，使腔式吸热器（11）腔体内部由自然对流变成强制对流状态，迫使高温区域的二氧化碳-三氧化二铝与低温区域的二氧化碳-三氧化二铝快速交换，从而进一步提高太阳能热流密度分布的均匀性；

步骤四：随着腔式吸热器（11）的温度不断升高，内部的压力也会不断增大，当压力表（5）指针显示腔式吸热器（11）内部压力超过安全值时，打开第二进气阀（4）和安全阀（3），对腔式吸热器（11）内部压力进行泄压，保持腔式吸热器（11）内部的压力处于安全压力的范围；

步骤五：秋冬季节，日照强度相对较低，导致阳光辐射能量较少，适当降低腔式吸热器（11）内部的二氧化碳-三氧化二铝的浓度，春夏季节，日照强度相对较高，导致阳光辐射能量较多，适当提高腔式吸热器（11）内部的二氧化碳-三氧化二铝的浓度，因此，当需要更换腔式吸热器（11）内部的二氧化碳-三氧化二铝时，打开离心风机（1）、第一进气阀（2）、第二进气阀（4）、出料阀（14），通过离心风机（1）向腔式吸热器（11）内部通入空气排出二氧化碳-三氧化二铝；当二氧化碳-三氧化二铝经过收集Y型过滤器（13）时，二氧化碳-三氧化二铝中的三氧化二铝颗粒被收集重新利用；

步骤六：二氧化碳-三氧化二铝排空后，关闭离心风机（1）、第一进气阀（2）、第二进气阀（4）、出料阀（14），重新打开第一进料阀（7）和第二进料阀（8），注入新的二氧化碳-三氧化二铝。