專利名稱：一種太陽能腔式吸熱器的模擬裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及塔式太陽能熱發(fā)電研究領域，特別涉及一種太陽能腔式吸熱器的模 擬裝置，適用于塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中腔式吸熱器性能的模擬測試。
背景技術：
太陽能熱發(fā)電技術利用光學系統(tǒng)聚集太陽輻射能，用以加熱工質(zhì)產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)
動汽輪機發(fā)電機組發(fā)電。根據(jù)聚光方式的不同，太陽能熱發(fā)電可以分為:塔式太陽能 熱發(fā)電、槽式太陽能熱發(fā)電和碟式太陽能熱發(fā)電。目前，槽式太陽能熱發(fā)電已經(jīng)實 現(xiàn)商業(yè)化，而塔式太陽能熱發(fā)電和碟式太陽能熱發(fā)電目前大部分還處在實驗和示范 階段。自20世紀80年代以來，塔式太陽能熱發(fā)電技術得到了迅猛發(fā)展, 一批塔式太陽 能試驗電站先后投入試運行。大量實驗和運行數(shù)據(jù)證明，塔式太陽能熱發(fā)電不僅在 技術上可行，而且具有巨大的商業(yè)應用前景，如文獻1Geyer M. International market introduction of concentrated solar power—policies and benefits, Proceedings of ISES Solar World Congress 2007: Solar Energy and Human Settlement, S印.2007， Beijing, China. 75——82禾口文獻2Price H W， Carpenter S， The potential for low—cost concentrating solar power systems, NREL /CP2550226649, May 1999。但是因為塔式太陽能熱發(fā)電技術在世界上才經(jīng)歷了短 短幾十年的發(fā)展，許多關鍵技術還并未完全掌握，特別是腔式吸熱器這個實現(xiàn)光熱 轉(zhuǎn)化的關鍵部件，其各項熱性能指標以及安全可靠性的好壞直接關系到整個發(fā)電系 統(tǒng)的效率以及運行狀況，因此，透徹的了解塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中腔式吸熱器的 各項性能，對建造太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)有著及其重要的意義。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的腔式吸熱器的特點主要有吸熱器的結(jié)構(gòu)為腔式 的，能夠?qū)⑦M入吸熱器的大部分光能留在里面，增加了光能的利用率；吸熱器內(nèi)部 的太陽能熱流密度分布不均勻；由于受天氣的影響，吸熱器內(nèi)的太陽能熱流密度在 不斷地變化；同時， 一般吸熱器都是置于幾十米甚至上百米的高空中，吸熱器周圍
的氣流速度相對都比較快，而吸熱器的開口是敞開的，則氣流必然會流進吸熱器， 形成對流換熱，造成一部分的熱損失。
為了能夠預先知道腔式吸熱器的各種性能，需要搭建一套裝置來做模擬實驗，
以得到相關的數(shù)據(jù)。但是腔式吸熱器內(nèi)部的太陽光熱流密度有兩個顯著的特點一 是熱流密度非常大， 一般都在100kW/n^以上，最高的地方可達到500kW/m2，甚至更 高， 一般石英燈加熱或者電爐絲加熱都無法提供這么大的熱流密度；二是因為腔式 吸熱器內(nèi)太陽能光斑的分布不均勻，使得熱流密度分布不均勻，其中正對著腔式吸 熱器采光口的后墻面上的熱流密度相對最大，而采光口周圍的幾個面上的熱流密度 相對最小。因此，使得腔式吸熱器的模擬實驗的難度加大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種太陽能腔式吸熱器的模擬裝置，它能夠模擬腔式吸熱 器內(nèi)部的太陽光熱流密度，為獲取腔式吸熱器的熱效率、溫度分布、吸熱介質(zhì)的換 熱情況和換熱管道的安全可靠性等實驗數(shù)據(jù)提供便利。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn) 一種太陽能腔式吸熱 器的模擬裝置，包括鍋筒、六棱柱狀的吸熱腔體，所述吸熱腔體的一個側(cè)面設置 有采光口，采光口對面為吸熱腔體的正后側(cè)墻、左后側(cè)墻和右后側(cè)墻，靠近正后側(cè) 墻、左后側(cè)墻和右后側(cè)墻分別設置有正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管，采光口和正 后側(cè)墻之間設置有過熱管；所述正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管和過熱管分別與鍋 筒連通，其特征在于，所述正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管和過熱管均采用不銹鋼 盤管，所述不銹鋼盤管通過電源直接加熱。本發(fā)明的進一步改進在于
所述吸熱腔體內(nèi)設置有骨架，不銹鋼盤管通過管夾固定在骨架上，所述管夾至 少一端與骨架絕緣。
所述正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管分別與鍋筒連通，組成汽水回路，所述汽 水回路中設置有循環(huán)泵。
所述吸熱腔體的外周設置有模擬空氣場的風機。
本發(fā)明的太陽能腔式吸熱器的模擬裝置中，吸熱腔體中設置的正后側(cè)、左后側(cè)、 右后側(cè)沸騰管和過熱管均采用不銹鋼盤管，所述不銹鋼盤管通過電源直接加熱，用 來模擬吸熱腔體中的熱流密度。在實驗過程中，不銹鋼盤管耐高溫，電阻變化小， 電加熱容易控制以滿足局部熱流密度要求，而且不銹鋼盤管不易生銹，經(jīng)久耐用。
圖l為本發(fā)明的模擬裝置中吸熱腔體的幾何形狀圖； 圖2為本發(fā)明的模擬裝置中吸熱腔體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖3為本發(fā)明的模擬裝置中不銹鋼盤管的管夾結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明的模擬裝置中不銹鋼盤管布置和汽水回路的示意其中1、吸熱腔體；2、采光口； 3、正后側(cè)墻；4、左后側(cè)墻；5、右后側(cè)墻； 6、正后側(cè)沸騰管；7、左后側(cè)沸騰管；8、右后側(cè)沸騰管；9、過熱管；IO管夾； 11、絕緣套；12、絕緣墊；13、螺母；14、立柱；15、鍋筒；16、循環(huán)泵。
具體實施例方式
參照圖l、圖2，吸熱腔體l為六棱柱狀，其中一個側(cè)面設置有采光口2。吸熱腔 體1的殼體用304鋼板做成，殼體外面除采光口2之外包裹有絕緣層。采光口2對面為 吸熱腔體1的正后側(cè)墻3、左后側(cè)墻4和右后側(cè)墻5，靠近正后側(cè)墻3、左后側(cè)墻4和右 后側(cè)墻5分別設置有后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管6、 7、 8，采光口2和正后側(cè)墻3
5之間設置有過熱管9。
采光口2處的高度相對比較小，正對采光口2的正后側(cè)墻面的高度相對較大，整 個吸熱腔體1呈一個從采光口2往后逐漸擴大的形狀。正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰 管6、 7、 8和過熱管9采用不銹鋼盤管，不銹鋼為lCrl8Ni9Ti，它不易生銹，經(jīng)久耐 用，更重要的是能夠保證在實驗過程中耐受高溫、電阻變化小，電加熱容易控制， 能夠在吸熱腔體局部產(chǎn)生高熱流密度，其熱流密度可達300-500kW/m2。
吸熱腔體1內(nèi)，采光口2對面的正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管6、 7、 8，靠近 并分別與正后側(cè)墻3、左后側(cè)墻4和右后側(cè)墻5平行安裝，其對應的不銹鋼盤管可以 為一組或者多組，可以做成水平的、豎直的或者是傾斜的等各種型式。
為了模擬空氣場，本實施例在吸熱腔體l外周配置有風機，通過調(diào)整風向和風 速來模擬空氣場。吸熱腔體l內(nèi)設置有骨架，骨架由剛性立柱組成，不銹鋼盤管通 過管夾10固定在立柱上，所述管夾10至少一端與立柱絕緣。如圖3所示，管夾10的 兩臂設置有絕緣套ll，穿過立柱14后加裝絕緣墊片12，然后用螺母13緊固；管夾IO 和立柱14間加裝絕緣是為了防止電加熱時管夾10產(chǎn)生渦流以致燒壞。
參照圖4，本實施例的太陽能腔式吸熱器的模擬裝置，在高于吸熱腔體l的位置 設置有鍋筒15，鍋筒15的下出口經(jīng)高溫循環(huán)泵16后分三路，分別連通正后側(cè)、左后 側(cè)、右后側(cè)沸騰管6、 7、 8的下端入口，它們的上端出口分別連通鍋筒15的三個上 入口；鍋筒15的上出口連接過熱器9的下端入口，過熱器9的上端出口與汽輪機等蒸 汽需求設備連接。本實施例中的傳熱介質(zhì)為水，鍋筒10中的未飽和水從其下出口流 出，經(jīng)由高溫循環(huán)泵16微加壓后，進入吸熱腔體1中的三個沸騰管6、 7、 8，經(jīng)過沸 騰管的電加熱變成兩相狀態(tài)后，流進鍋筒IO，而鍋筒10內(nèi)飽和水蒸汽由其上出口排 出后，進入過熱管9，經(jīng)過過熱管9的再次加熱后成過熱蒸汽流出。
參照圖5，為了模擬吸熱腔體l內(nèi)部熱流密度高且分布不均勻，對布置在吸熱腔 體l內(nèi)部的不銹鋼盤管施加不同的加熱功率來實現(xiàn)?？梢詫γ拷M不銹鋼盤管整體加熱，也可以分段加熱，其方法類似。本實施例僅以一組不銹鋼盤管為例進行說明。
因不銹鋼管的電阻率相對較小，不宜直接加熱，而是采用低電壓大電流的方法 來加熱，故需要由低電壓大電流變壓器和電壓調(diào)整器組成電源。電壓調(diào)整器的輸入
端接380V市電，其輸出端連接低電壓大電流變壓器的輸入端。而變壓器的輸出端分 有3檔低壓，分別是12V， 24V和36V，將其中一檔電壓接入不銹鋼盤管。通過調(diào)整電 壓調(diào)整器，使不銹鋼盤管兩端的電壓發(fā)生變化，從而產(chǎn)生不同的功率，以此來模擬 太陽能熱流密度因天氣的影響而不斷地變化。實際應用中，給每組不銹鋼盤管分別 配一臺低電壓大電流變壓器和一臺電壓調(diào)整器，這樣可做到每組不銹鋼盤管上的加 熱功率各不相同，并且可以調(diào)整電壓調(diào)整器，使每組不銹鋼盤管上的加熱功率也在
不斷的變化，以達到模擬吸熱腔體內(nèi)太陽能熱流密度的不均勻性以及太陽能熱流密 度隨天氣不斷變化的目的。
本實施例中，每組不銹鋼盤管的兩端分別設置有電流傳感器和電壓傳感器，通 過NI采集器采集電流傳感器和電壓傳感器的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算機進行熱流密度等計 算。本發(fā)明的太陽能腔式吸熱器的實驗模擬裝置，使吸熱腔體在模擬空氣場環(huán)境下， 可以實現(xiàn)吸熱腔體內(nèi)部溫度場的模擬與測量、熱效率的測量與計算、沸騰管和過熱 管的安全評估等試驗研究。
權利要求
1、一種太陽能腔式吸熱器的模擬裝置，包括鍋筒、六棱柱狀的吸熱腔體，所述吸熱腔體的一個側(cè)面設置有采光口，采光口對面為吸熱腔體的正后側(cè)墻、左后側(cè)墻和右后側(cè)墻，靠近正后側(cè)墻、左后側(cè)墻和右后側(cè)墻分別設置有正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管，采光口和正后側(cè)墻之間設置有過熱管；所述正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管和過熱管分別與鍋筒連通，其特征在于，所述正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管和過熱管均采用不銹鋼盤管，所述不銹鋼盤管通過電源直接加熱。
2、 根據(jù)權利要求l所述的一種太陽能腔式吸熱器的模擬裝置，其特征在于，所 述吸熱腔體內(nèi)設置有骨架，不銹鋼盤管通過管夾固定在骨架上，所述管夾至少一端 與骨架絕緣。
3、 根據(jù)權利要求l所述的一種太陽能腔式吸熱器的模擬裝置，其特征在于，所 述正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管分別與鍋筒連通，組成汽水回路，所述汽水回路 中設置有循環(huán)泵。
4、 根據(jù)權利要求l所述的一種太陽能腔式吸熱器的模擬裝置，其特征在于，所 述吸熱腔體的外周設置有模擬空氣場的風機。
全文摘要
本發(fā)明涉及塔式太陽能熱發(fā)電研究領域，公開了一種太陽能腔式吸熱器的模擬裝置，適用于塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中腔式吸熱器的模擬性能測試。它包括鍋筒、六棱柱狀的吸熱腔體，所述吸熱腔體的一個側(cè)面設置有采光口，采光口對面為吸熱腔體的正后側(cè)墻、左后側(cè)墻和右后側(cè)墻，靠近正后側(cè)墻、左后側(cè)墻和右后側(cè)墻分別設置有正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管，采光口和正后側(cè)墻之間設置有過熱管；所述正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管和過熱管分別與鍋筒連通，其特征在于，所述正后側(cè)、左后側(cè)、右后側(cè)沸騰管和過熱管均采用不銹鋼盤管，所述不銹鋼盤管通過電源直接加熱。
文檔編號G01M99/00GK101504331SQ200910021308
公開日2009年8月12日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權日2009年2月27日
發(fā)明者張西民, 方嘉賓, 王躍社, 郭烈錦, 魏進家 申請人:西安交通大學