[实用新型]一种太阳能吸热器壁面热流密度均匀化装置

说明书

技术领域

本实用新型属于太阳能腔式吸热器壁面热流密度均匀化利用领域，具体涉及一种太阳能吸热器壁面热流密度均匀化装置。

背景技术

太阳能吸热器作为塔式太阳能热发电系统中实现太阳辐射能转化为热能的核心部件，其性能的好坏直接影响到整个发电系统的效率和经济性。由于换热面积大、热损失小，腔式吸热器得到了广泛的应用。腔式吸热器通常只有一个开口，并且单侧采光，所有的定日镜场都将太阳能聚焦到开口处，使开口平面上太阳光能流密度呈现中心高四周低的高度非均匀分布，并且极大的影响了吸热器内吸热表面上热流密度和温度的分布，使其同样呈现高度非均匀的分布特性，因温度梯度产生的管道热应力会严重影响吸热器的运行的安全可靠性。在加上太阳能吸热器的非连续性工作性质，导致管道热应力频繁的加载和卸御，极易产生机械疲劳应力，严重影响吸热管的使用寿命。前述问题严重制约并降低了太阳能吸热器的光热转化效率，更加影响了整个太阳能热发电系统的安全性，不利于产业化发展。

传统的吸热器壁面热流密度均匀化技术一种方式是通过改变吸热管道内传热工质的流动形式，如在高热流密度区域增大工质流动或通过较高的换热系数来降低壁面温度。另一种是从镜场角度出发，采用多点聚焦或模糊聚焦等方式来降低开口平面上阳光能流密度的不均匀性，从而达到降低吸热器吸热表面热流密度分布的不均匀性。上述方法都是比较间接，没有从吸热器本身出发去解决热流密度非均匀分布问题，而且具有操作比较复杂、维护费用高和维护周期长等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种太阳能吸热器壁面热流密度均匀化装置，以克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型可以在降低对流热损失的情况下又能使得吸热器壁面热流密度均匀化，提高整个太阳能吸热器的光热转化效率。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种太阳能吸热器壁面热流密度均匀化装置，包括吸热器，吸热器的壁面内侧设有沸腾管，吸热器的太阳光进口处设有石英玻璃窗体，吸热器的内部填充有气溶胶，吸热器的一侧设有气溶胶进口，另一侧设有气溶胶出口，吸热器的侧壁上还连接有用于保持吸热器内部压力平衡的压力平衡单元。

进一步地，气溶胶进口连接有气溶胶进料管道，气溶胶进料管道上设有进料阀。

进一步地，气溶胶出口连接有气溶胶出料管道，气溶胶出料管道上设有出料阀。

进一步地，气溶胶出口和出料阀之间设有用于收集气溶胶的收集Y型过滤器。

进一步地，吸热器顶部的壁面内侧设有波纹管。

进一步地，所述的压力平衡单元包括压力平衡管道，吸热器的侧壁上设有进气排气口，压力平衡管道的一端连接在进气排气口上，另一端连接有离心风机，离心风机和进气排气口之间依次设有安全阀、压力表以及用于防止气溶胶泄露的防漏Y型过滤器。

进一步地，安全阀和压力表之间设有第一进气阀，离心风机和安全阀之间设有第二进气阀。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型在吸热器的太阳光进口处设有石英玻璃窗体，吸热器的内部填充具有强烈辐射、吸收和散射颗粒相的气溶胶，通过定日镜场投射到吸热器腔体内的光线在遇到颗粒相气溶胶时会发生吸收、辐射和散射，颗粒吸收能量后又均匀的辐射到吸热器腔体壁面，仅需要通过改变气溶胶颗粒粒径、浓度和气溶胶中颗粒相的浓度来调节壁面热流密度的分布，即可使得壁面热流密度均匀化，腔式吸热器在运行过程中当侧向风速度为9m/s时对流热损失最大可以达到15％，另外石英玻璃窗体有效的降低了与外界的对流热损失，有效提高吸热器的光热转化效率，本实用新型具有结构简单、操作方便、投资及维护费用少等优点。

进一步地，在气溶胶出口设置收集Y型过滤器，可以有效回收气溶胶。

进一步地，在吸热器顶部的壁面内侧设有波纹管，通过波纹管控制吸热器内部压力平衡。

进一步地，通过设置安全阀、压力表以及用于防止气溶胶泄露的防漏Y型过滤器，在吸热器内部压力超过波纹管控制范围时，可以通过安全阀进行泄压，泄压时防漏Y型过滤器可以将气溶胶收集起来，防止气溶胶泄露。

附图说明

图1为本实用新型装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型验证过程的蒙特卡洛计算步骤流程总框图；

图3为单个光束在介质系内辐射传递的蒙特卡洛模拟流程图；

图4为本实用新型的蒙特卡洛计算二维模型简图；

图5为本实用新型加热器开口处阳光热流密度分布图；

图6为加入粒径为0.08μm介质的正面壁面分布；