[发明专利]一种内置搅拌增强换热的太阳能腔体吸热器

说明书

本发明公开了一种内置搅拌增强换热的太阳能腔体吸热器，由外筒体、在外筒体内的吸热体、搅拌体和电动机等组成；吸热体为一侧全开且与外筒体内腔形状相同的凹形腔体结构，它与外筒体焊接使吸热体与外筒体间构成U形空腔，换热工质在U形空腔内流动；搅拌体在该U形空腔内，它由设有若干通孔的射流板和底孔板，以及传动轴三者固接而成；射流板是与吸热体同轴布置的管状结构，其前后端面与外筒体接触，且内表面设有若干翅片；传动轴固定在底孔板底部中心并与外筒体底部的阶梯孔配合，传动轴末端与电动机输出轴固定。本发明通过电动机驱动搅拌体运动来强化换热工质与吸热体的对流换热能力，提升吸热器的光‑热转换效率和吸热体的温度分布均匀性。

技术领域

本发明属于太阳能聚光集热利用领域，涉及一种太阳能吸热器，尤其是一种内置搅拌增强换热的太阳能腔体吸热器。

背景技术

太阳能是清洁环保和分布广泛的可再生能源，开发和利用太阳能进行高温供热或热发电是实现人类可持续发展的重要途径之一。上述技术的实现通常是采用大面积反射镜组成的聚光器将低密度太阳光聚集到一个小型的腔体吸热器内，并被吸热器内的吸热体吸收，进而产生高温来加热传热工质，实现太阳光能到工质热能的转换；然后，通过这些热工质对外供热，或推动热机（例如蒸汽涡轮发动机）做功带动发电机并生产电能。无论是中高温供热还是高品位的太阳能光热发电利用，太阳能吸热器始终是其核心装置，它的光-热转换性能直接影响整个太阳能光热利用系统的运行效率和经济性。

目前，在高倍聚光太阳能热利用领域广泛使用金属盘管作为吸热体的吸热器，它是将金属管盘绕或弯折成一个腔体形状。例如圆柱形腔体吸热器就是由金属铜管按螺旋状盘绕而成，盘管的内表面吸收聚光器聚集而来的高密度太阳光能，盘管内部流通有换热工质，而在盘管的外侧包裹保温材料。由于金属管盘绕的吸热器的管与管之间留有间隙或线接触，导致管之间的导热很少，再加上聚光器聚集在盘管表面的太阳辐射能流密度分布的不均匀，通常会导致吸热器的温度分布明显不均匀，尤其是高温热斑和高热应力显著影响吸热器的安全可靠运行。同时，金属盘管型吸热器没有充分利用金属的高导热性能，使得整个吸热器的温度分布差异较大，其光-热转换效率仍有待提升。因此，创新太阳能吸热器结构形式，引入新的高效换热理念，实现太阳能中高温吸热器的安全、可靠和高效光-热转换尤为重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单且操作方便的内置搅拌增强换热的太阳能腔体吸热器，它是通过电动机驱动搅拌体来增强换热工质与吸热体的对流换热强度，有效提升太阳能吸热器的光-热转换效率和吸热体的温度分布均匀性，实现太阳能吸热器的安全、可靠和高效运行。

本发明采用的技术方案是：一种内置搅拌增强换热的太阳能腔体吸热器，包括呈轴对称的空腔结构的外筒体、位于外筒体内且与外筒体同轴布置的吸热体、搅拌体、电动机和包裹于外筒体的保温层；所述的外筒体的前端板中心开有通孔，该外筒体上设有与外筒体内腔连通的工质流入管和工质流出管；所述的吸热体为一侧全开口的且与外筒体内腔几何形状相同的凹形腔体结构，该吸热体的开口侧与外筒体的前端板焊接且使吸热体与外筒体之间形成U形空腔，换热工质在该U形空腔内流动；吸热体的内凹表面正对前端板的通孔，并吸收从该通孔进入而来的太阳光能；所述的搅拌体位于该U形空腔内，它由射流板、底孔板和传动轴组成；所述的射流板是与吸热体同轴布置的管状结构，该射流板的前后端面分别与外筒体的前端板和底部表面接触；该射流板沿高度和周向均设有若干通孔，射流板面对吸热体的表面上设有若干间断布置的翅片；所述的底孔板位于吸热体底部和外筒体之间并与射流板焊接固定，该底孔板上设有若干通孔且面对吸热体的一侧设有若干凸起的翅片；所述的传动轴是固定在底孔板底部中心的一个凸起的阶梯轴，该传动轴通过轴面和安装的轴承与外筒体底部中心设有的阶梯孔配合，并通过端盖对传动轴进行轴向限位；该传动轴伸出到外筒体外部的一端通过连接套筒与电动机的输出轴固定连接。