[发明专利]用于太阳能碟式热发电系统的高温钠热管集热器

说明书

技术领域

本发明是一种用于太阳能碟式热发电系统中的斯特林发动机用的太阳能高温钠热管集热器，它主要涉及到聚光式太阳能高温热利用与高温热管传热技术领域。

背景技术

太阳能碟式热发电技术是利用碟式抛物面聚光镜收集太阳能，然后利用位于其焦点位置附近的斯特林发动机作为核心动力机械，后者能够直接利用聚焦后的太阳能输出机械功，从而带动与其输出轴相联的发电机发电。而太阳能集热器位于聚光镜与斯特林发动机之间，其作用是把聚焦后的太阳能收集、传递给斯特林发动机的吸热器。该技术属于太阳能高温热利用领域，是一种利用聚焦后的太阳能进行热发电的先进技术。该技术具有光电转换效率高，使用灵活等优点，既可以单套系统独立发电，又可以联合多套系统、根据需要组成太阳能发电站(厂)。

太阳能集热器是太阳能斯特林发动机的关键部件之一，它的主要作用是把收集到的太阳能传入斯特林机内部，加热后者中的工质。其性能的优劣直接影响到斯特林机的热效率。一个设计优良的太阳能斯特林发动机的集热器应该能够尽可能多的把表面接收到的热量比较均匀的传递给斯特林发动机的吸热器，而热损失尽可能的小。从加热方式上，用于太阳能碟式聚光热发电系统的集热器又分为直接加热式和间接加热式。钠热管集热器属于后者。前者的结构简单、加工容易，但由于无法避免光照加热的不均匀性，其吸热器寿命较短；后者能够均匀加热，延长吸热器的使用寿命，但是加工和封装的难度较大。

发明内容

本发明的目的在于给出一种用于太阳能碟式聚光热发电系统中，斯特林发动机上的太阳能钠热管集热器。该钠热管集热器表面能在高温下传递大热流密度的热量，且集热器的蒸发段和冷凝段具有很好的均温性。与传统的直接受热式的集热器相比，它不仅能够提高集热效率，而且能够显著减小斯特林发动机上吸热器管壁的热应力，从而提高了斯特林发动机及其整套太阳能碟式热发电系统的使用寿命。

本发明是这样实现上述目的的：本发明——用于太阳能碟式热发电系统的高温钠热管集热器主要由一个重力回流式的钠热管、瞳孔以及外部的耐高温保温层组成，为轴对称结构。其中，钠热管主要由壳体和毛细引液芯组成。壳体在接受阳光照射的一面做成旋转抛物面形状，紧贴其背面(壳体内部的一侧)焊接有毛细引液芯。该引液芯由一种镍基合金金属丝烧结成，其厚度不超过8mm，目数不大于400目。这些共同组成热管的蒸发段。热管的冷凝段为斯特林发动机的吸热器。热管的壳体焊接在斯特林机吸热器的安装边上，形成集热器的壳体。对该壳体抽真空，然后将一定量的液态钠灌于壳体中，形成钠液池，之后封装好壳体。这些钠作为集热器内部的工质。集热器的瞳孔为直径不大于350mm、厚度不超过5mm且透光性非常好的石英玻璃，它被嵌于集热器的受光口处，起到阻隔外界空气、抑制集热器表面对流热损失的作用。除直接受光照的旋转抛物面之外，整个壳体的外表面均匀刷涂一种无机水性单组分的耐高温保温涂料。

工作时，将钠热管集热器安装在碟式热发电系统中的斯特林发动机的热头处。工作时，热管的头部朝下斜置一定角度。经聚焦后略微发散的太阳光打在热管的蒸发段——旋转抛物面的表面，钠液池中的一部分液态钠受到毛细引液芯的毛细力作用而浸满蒸发段壳体壁的内侧，吸收太阳光的热量蒸发，此时集热器整个壳体内部呈钠的气液两相共存状态，温度在690～760℃之间。其中钠蒸汽在热管的冷凝段，即斯特林发动机的吸热器外壁释放潜热后液化，将高温热量传入了斯特林发动机吸热器内部的工质。液态钠在重力的作用下沿着热管的壳体壁回流到壳体内侧角落处的钠液池中。如此完成一次相变传热过程。该过程在集热器工作时往复循环。

附图说明

图1为本发明的实体外观图。

图2为本发明主要零件的装配分解图。

图3a为本发明内部结构的剖面示意图。

图3b为图3a的局部放大图。

附图中主要标示说明：

1斯特林发动机的吸热器；2集热器壳体；3瞳孔；4瞳孔固定板；5螺母；6螺栓；7毛细引液芯；8耐高温保温涂料层；9斯特林发动机的主体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不是用于限定本发明。