[发明专利]一种吸热体旋转的容积式太阳能腔体吸热器

说明书

本发明公开了一种吸热体旋转的容积式太阳能腔体吸热器，由外筒体、吸热体、玻璃盖板、电动机、控制器和温度传感器等组成；吸热体由呈凹形腔的吸热主体、若干设在吸热主体外侧面和外底面的外翅片、若干设在吸热主体内侧面的内翅片和设在吸热主体底部的传动轴组成；吸热主体凹形腔的内表面吸收太阳光；吸热主体的侧壁和底部，以及外翅片均设有若干通孔；传动轴通过其轴面和安装的轴承与外筒体底部的阶梯孔配合，传动轴的末端由连接套筒与电动机的输出轴固定连接。通过控制电动机驱动吸热体进行旋转，提升吸热体与传热工质的对流换热强度，改善吸热体的工作温度分布和吸收的太阳能量分布的均匀性，实现太阳能吸热器的安全、可靠和高效运行。

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，尤其是一种吸热体旋转的容积式太阳能腔体吸热器。

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。

由于空气介质工作温度不受限制（可以高达1000℃以上），它不会像太阳能光热用熔盐和导热油一样存在高温分解（一般在500℃以内）和低温冷冻等问题，而且空气介质的获取极为方便且低廉。因此，采用空气作为传热介质的容积式太阳能吸热器是太阳能高温热利用的重要形式之一。现有技术中（如授权公告号CN103123175B和专利号ZL201610803966.8），容积式太阳能吸热器通常由一个腔体形状的外筒体、安装在外筒体内部的由多孔介质材料制造的吸热体、固定在密封筒体前端开口位置的并用于透过聚光器聚集的太阳光的玻璃盖板组成闭式容腔；吸热体吸收聚集来的太阳光能，空气从密封筒体靠近玻璃盖板侧的进气管进入容腔，再经过吸热体被加热后沿密封筒体尾端的出气管流出。由于实际运行时，太阳能聚光集热系统中聚集到吸热体上的辐射能量分布极为不均匀，而且工质通常是从吸热体一侧流入并从另一侧立即流出，整个换热接触次数有限；而且随着沿程流动阻力和温差（工质与吸热体）的双重影响，靠近出口侧的换热强度明显下降，尤其是对于高热流区域如果换热不及时将导致吸热体产生高温差和高温热斑，容易使吸热体产生热应力破坏和热烧蚀等不利问题。因此，发明创造一种新形式的容积式太阳能吸热器，提升容积式太阳能吸热器的流动换热能力，改善其光-热转换效率和吸热体温度分布均匀性，对于工程实践而言尤为重要。

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吸热体旋转的容积式太阳能腔体吸热器；通过电动机驱动外筒体内的吸热体进行旋转运动，增强吸热体与传热工质的对流换热强度，并可以实现吸热体圆周方向吸收的太阳能量动态均匀化，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，实现容积式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：一种吸热体旋转的容积式太阳能腔体吸热器，包括呈轴对称空腔结构的外筒体且其前端板开有孔、位于外筒体内且与外筒体同轴布置的吸热体、安装在前端板开孔位置并密封外筒体的玻璃盖板、包裹于外筒体的保温层，与外筒体内腔连通的工质流入管和工质流出管；所述的吸热体由一侧开口的凹形腔体结构的吸热主体、若干沿吸热主体外侧面和外底面的周向均匀布置的外翅片、若干沿吸热主体内侧表面周向均匀布置的内翅片和固接在吸热主体底部外表面的带阶梯的传动轴组成；该吸热主体的凹形腔体的内表面面对玻璃盖板并吸收从玻璃盖板透射而来的太阳光能；吸热主体的侧壁和底部，以及外翅片均设有若干通孔；所述的传动轴上安装有轴承，该传动轴的轴面和轴承的外圈与外筒体的底部中心设有的阶梯孔进行配合，并通过安装在外筒体底部的端盖来进行传动轴的轴向定位；该传动轴的末端通过连接套筒与电动机的输出轴固定连接。