[发明专利]圆柱阵列容积换热器

说明书

技术领域

本发明属于太阳能热电站容积换热器装置领域，尤其是一种改善辐射特性和内部流动过程，从而提高系统综合效率的圆柱阵列容积换热器。

背景技术

太阳能热电站联合动力装置一般由反射器、聚焦设备、换热器、以及透平发电机组及跟踪控制系统等组成，其总效率主要取决于太能集热器效率和发电效率。研究并设计相应的高温高压高容量的太阳能换热器已成为目前太阳能领域的重要研究课题。

目前太阳能热电站容积换热器存在的问题是：辐射特性和内部流动过程影响了系统的综合效率。

我国第一座太阳能热发电示范电站于2005年在南京市江宁区建成，采用的是塔式系统，它利用众多的定日镜，将太阳能热辐射反射到高塔顶部的接收器，加热工作介质产生过热蒸汽或高温高压空气驱动蒸汽轮机或燃气轮机发电机组，变太阳能为电能。其中，太阳能容积换热器接收太阳辐射并加热工作介质。目前，蜂窝和格栅换热器效率和可靠性方面存在问题，对太阳能容积换热器的研究还处于初级阶段，缺乏大量的实用数据，但对与此换热器内部结构类似的扰流柱排的流动及换热，科学家们已经进行了大量研究，这些研究可作为本发明的技术参考。

NASA-Lewis(VanFossen et al.)和Arizona State University(Metzger et al.)等人通过实验研究了在矩形通道中H/D＝0.5和2.0四排叉排型扰流柱的换热系数，研究结果表明，短扰流柱的总换热系数比长扰流柱(l/d＝8)低。柱面换热系数比端壁高35％。排数从4排增加到8排，平均换热系数稍有增加。从叉排方向向顺排方向转2/3时换热系数增加9％，阻力损失下降18％。当柱高l/d＜2时，平均换热系数不受扰流柱高的影响，Nu＝f(Re)；而当l/d＞2时，换热系数随着l/d的增大而增大，这时，Nu＝f(Re，l/d)。

Metzger等人通过实验测量了矩形通道中叉排短扰流柱排(H/D＝2.5和H/D＝1.5)的局部换热系数，结果表明，沿流动方向的排平均换热系数先增加，在3-5排达到最大值，然后逐渐缓慢下降；还发现，沿流向间距大时峰值出现得早(H/D＝2.5时，出现在第三排；H/D＝1.5时，出现在第五排)。他们的研究表明，短扰流柱排内换热不如长管排内换热，通道内布置扰流柱在增强换热的同时也加大了压力损失。

Chyu采用奈升华和传热传质比拟的方法测量了扰流柱排列形式对端壁热质交换的影响。l/d＝1，s/d＝2.4，x/d＝2.08，顺排与叉排在前两排传质系数高，第三排以后开始周期性变化。在靠近柱的区域传质系数都较高，顺叉排差别不大，但在远离柱的区域，顺叉排差别很大。平均传质系数顺叉排时分别比光滑通道增加46％和53％。

Chyu在1990年研究有铸造圆角的短扰流柱排内的换热时得出：随流向扰流柱间距的增加，前两排扰流柱的平均换热系数增加的更快一些；扰流柱间距减小，各排平均换热系数都增加，同时流动压力损失也增加，扰流柱存在铸造圆角时仍有这种规律。有铸造圆角的扰流柱与无圆角相比，换热系数小而压力损失大。柱面与端面换热系数几乎相等。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善辐射特性和内部流动过程，从而提高系统综合效率的圆柱阵列容积换热器。

本发明的技术方案是：圆柱阵列容积换热器，包括腔体，其特征是在所述腔体内侧壁上设置有由数个圆柱体组成的圆柱阵列。

所述的腔体为正六边形。

所述圆柱表面是以拉毛、轧花、切削和沸石技术处理的粗糙表面及空隙。

本发明的效果是：太阳能热电站圆柱阵列容积换热器，在腔体内侧壁上设置有圆柱阵列。该换热器良好的换热性能可归结为两点，其一是优异的辐射特性，其二是内部流动过程的改善。流场中的圆柱具有湍流发生器的功能，而圆柱阵列的适当布置可以达到使湍流更趋强化的效果。聚焦后的太阳光经过窗口进入换热器，并通过圆柱阵列的反射作用形成相对较为均匀的能量分布。初步研究表明，在现有技术水平下以圆柱阵列作为换热器的太阳能热电站其系统综合效率可达到21％。