一種二級加熱容積式太陽能空氣接收器的制作方法
本發明屬于太陽能熱利用領域，特別涉及一種二級加熱容積式太陽能空氣接收器。
背景技術：
太陽能具有儲量巨大、容易獲取、清潔環保等諸多優點，近年來基于太陽能的發電技術得到了快速發展。太陽能發電主要有兩類，一種是太陽能光伏技術，另一種是太陽能光熱發電技術。太陽能光伏發電是利用大面積鋪設太陽能電池板，將太陽能電池板表面接收到的太陽熱輻射通過光伏效應轉化為電能。而太陽能光熱發電是先通過大面積鋪設的鏡場先將太陽輻射聚集，通過接收器將其收集并轉化為工質(空氣、熔鹽等)的內能，然后再通過汽輪機將工質的內能轉換成電能。與太陽能光伏發電相比，太陽能光熱發電更清潔，更容易大型化，在替代傳統能源方面更具潛力。
聚焦式太陽能熱發電(csp)是解決人類能源和環境問題的一種有效方法，發展前景廣闊，具備熱能儲存系統的csp可提供和傳統燃料電站相近的調度電力和電網服務的能力，但目前其發電成本仍然是傳統火力發電成本的二至三倍，積極推動csp的發展和技術進步意義重大。一座典型的聚焦式太陽能發電站(csp)主要由三個子系統構成：太陽能鏡場，太陽能接收器和能量轉換系統。太陽能接收器是塔式太陽能發電三大子系統之一，通過鏡場聚集的太陽輻射在接收器內轉化為工質的熱能，接收器的轉化效率直接關系到整個機組的轉化率。按照太陽能接收器的結構來劃分，可以將其分為三類，外部受熱式、空腔式和容積式。其中容積式接收器結構簡單，造價低廉，集熱效率高，特別適合于高溫集熱，發展前景廣闊。
現有的容積式接收器普遍為直接加熱工質的一級加熱形式，由于經常聚集的太陽輻射存在中部能量密度高，兩側能量密度低，工質受熱均勻性差，加熱性能有限。并且由于容積式接收器的加熱面大面積暴露在環境中，經過太能輻射加熱的加熱面直接暴露在環境中，熱量損失巨大，嚴重限制了容積式接收器的加熱效率，因此亟需能夠改善工質受熱均勻性與降低整體熱量損失的新型容積式接收器。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種二級加熱容積式太陽能空氣接收器，其特征在于，所述二級加熱容積式太陽能空氣接收器依次由一級預熱區、空氣流道與二級加熱區三部分構成；其中預熱區絕熱外殼、支撐板與絕熱內板之間的腔體形成一級預熱區，流道絕熱外殼、支撐板與內側石英玻璃之間的腔體形成空氣流道，加熱區絕熱外殼與支撐板包圍的內部柱狀腔體形成二級加熱區；在一級預熱區、空氣流道與二級加熱區內均安裝有泡沫陶瓷材料，接收器前表面加蓋外側石英玻璃，以構成二級加熱容積式太陽能空氣接收器；其中，空氣先經過一級預熱區預熱后，流過空氣流道流入二級加熱區加熱。
所述預熱區絕熱外殼、流道絕熱外殼、加熱區絕熱外殼與絕熱內板均在腔體外殼外包有一層絕熱材料；其中絕熱材料選擇導熱系數極低的氣凝膠氈，起到明顯的絕熱效果，減少整個裝置的熱量耗散。
所述泡沫陶瓷材料具有
所述內側石英玻璃、外側石英玻璃能夠防止接收器內部高溫空氣向外界泄露，并且具有很高的短波輻射透過率，能夠最大限度讓太陽輻射通過，照射到二級加熱區，并將二級加熱區向低溫環境發射的長波輻射反射回二級加熱區，降低加熱器的輻射散熱損失和減少接收器與外部低溫環境的對流散熱損失；內側石英玻璃能夠防止空氣流道處產生氣流漩渦，防止氣流漩渦增大空氣流動阻力。
所述二級加熱容積式太陽能空氣接收器可并聯使用或單獨使用；由改變支撐板的安裝角度完成；在單獨使用情況下只需要在支撐板外側外包絕熱材料；在并聯使用情況下只需更改支撐板的安裝角度，以形成并聯結構。
本發明的有益效果是與現有技術相比具有以下特點：
1)太陽能接收器的運行效率受到運行工況的影響，隨空氣流量的增加而增加，隨空氣入口溫度的增加而減小，隨前表面投入輻射的增加而減小。通過調整空氣在高輻射區域和低輻射區域流過的先后次序，通過二級加熱的形式可以提高太陽能接收器的吸收效率。
2)加熱器流道一分為二，會使氣體流量更大，在一級預熱區可以獲得更高的吸收效率，在二級加熱區氣體入口溫度更高，高空氣流量會減弱二級加熱區的效率下降，在合適的結構參數下，可以獲得更高的運行效率。裝置前表面覆蓋外側石英玻璃，與內側石英玻璃一起起到密封作用，防止吸收器內的空氣泄露；并且具有很高的短波輻射透過率，能夠最大限度讓太陽輻射通過并照射到二級加熱區，并將二級加熱區向低溫環境發射的長波輻射反射回二級加熱區，降低加熱器的輻射散熱損失，內側石英玻璃能夠防止空氣流道處產生氣流漩渦，防止氣流漩渦增大空氣流動阻力，外側石英玻璃能夠減少接收器與外部低溫環境的對流散熱損失。
3)泡沫陶瓷材料具有
4)支撐板的安裝角度可改變；使二級加熱容積式太陽能空氣接收器既可并聯使用，又可單獨使用。
附圖說明
圖1為二級加熱容積式太陽能空氣接收器整體示意圖。
圖2為二級加熱容積式太陽能空氣接收器主視圖。
圖3為二級加熱容積式太陽能空氣接收器中心剖面示意圖。
圖4塔式csp系統中二級加熱容積式太陽能空氣接收器應用示意圖。
具體實施方式
本發明提供一種二級加熱容積式太陽能空氣接收器，下面根據附圖詳細闡述本發明。
圖1、圖2、圖3所示為二級加熱容積式太陽能空氣接收器結構示意圖。圖示二級加熱容積式太陽能空氣接收器由一級預熱區、空氣流道與二級加熱區三部分構成。其中預熱區絕熱外殼1、支撐板8與絕熱內板4之間的腔體形成一級預熱區；流道絕熱外殼2、支撐板8與內側石英玻璃7之間的腔體形成空氣流道，加熱區絕熱外殼3與支撐板8包圍的內部柱狀腔體形成二級加熱區；其空氣流道一分為二，使氣體流量更大，在一級預熱區可以獲得更高的吸收效率，在二級加熱區氣體入口溫度更高，高空氣流量會減弱二級加熱區的效率下降；裝置前表面覆蓋外側石英玻璃，與內側石英玻璃一起起到密封作用，防止吸收器內的空氣泄露。。在一級預熱區、空氣流道與二級加熱區內均安裝有泡沫陶瓷材料5，接收器前表面加蓋外側石英玻璃6，以構成二級加熱容積式太陽能空氣接收器。
在合適的結構參數下，可以獲得更高的運行效率，所述二級加熱容積式太陽能空氣接收器的：
預熱區絕熱外殼1、流道絕熱外殼2、加熱區絕熱外殼3與絕熱內板4均可采用腔體外殼外包絕熱材料的形式構成，其中絕熱材料選擇導熱系數極低的氣凝膠氈，可以起到明顯的絕熱效果，減少整個裝置的熱量耗散。
泡沫陶瓷5選用孔徑分布均勻、氣孔率高、比表面積大，流體混合性好、耐磨損、耐高溫、抗腐蝕并且能夠將空氣加熱到800℃以上的碳化硅泡沫陶瓷，al2o3泡沫陶瓷材料或zro2泡沫陶瓷材料。其孔隙率達到
外側石英玻璃6、內側石英玻璃7能夠防止接收器內部高溫空氣向外界泄露，并且具有很高的短波輻射透過率，能夠最大限度讓太陽輻射通過并照射到二級加熱區，并將二級加熱區向低溫環境發射的長波輻射反射回二級加熱區，降低加熱器的輻射散熱損失，內側石英玻璃能夠防止空氣流道處產生氣流漩渦，防止氣流漩渦增大空氣流動阻力，外側石英玻璃能夠減少二級加熱區的高溫材料與外部低溫環境的對流散熱損失。
支撐板8的安裝角度可改變，二級加熱容積式太陽能空氣接收器可并聯使用，可單獨使用。單獨使用情況下需要在支撐板外側外包絕熱材料，并聯使用情況下只需更改支撐板的安裝角度，以形成并聯結構。
圖4所示為塔式csp系統中二級加熱容積式太陽能空氣接收器應用示意圖；圖中接收器單元放在支座上；如圖3所示，二級加熱容積式太陽能空氣接收器的空氣先經過一級預熱區預熱后，流過空氣流道流入二級加熱區加熱。太陽能接收器的運行效率受到運行工況的影響，隨空氣流量的增加而增加，隨空氣入口溫度的增加而減小，隨前表面投入輻射的增加而減小。在實際的太陽能接收器運行過程中，接收器的前表面收到的投入輻射并不均勻，呈現出一種中間輻射量高，周邊輻射量小的分布形式，通過調整空氣在高輻射區域和低輻射區域流過的先后次序，通過二級加熱的形式可以提高太陽能接收器的吸收效率。常溫空氣首先從外側流道流入預熱區絕熱外殼1、支撐板8與絕熱內板4之間的腔體形成一級預熱區，經過輻射量較小的周邊輻射預熱后，流入流道絕熱外殼2、支撐板8與內側石英玻璃7之間的腔體形成的空氣流道后，流入加熱區絕熱外殼3與支撐板8包圍的內部柱狀腔體形成的二級加熱區，在二級加熱區內經過輻射量較高的中部輻射加熱為高溫空氣，最后流出接收器。在接收器內部，泡沫陶瓷5作為加熱部分，用以吸收射入接收器的太陽輻射，并將熱量傳遞給流過泡沫陶瓷5的空氣。二級加熱的形式加大了空氣流過泡沫陶瓷吸收體時的流速，在相同的條件下可以獲得更高的吸收效率。內側石英玻璃7、外側石英玻璃6能夠防止接收器內部高溫空氣向外界泄露，并且具有很高的短波輻射透過率，能夠最大限度讓太陽輻射通過并照射到二級加熱區，并將二級加熱區向低溫環境發射的長波輻射反射回二級加熱區，降低加熱器的輻射散熱損失，內側石英玻璃7能夠防止空氣流道處產生氣流漩渦，防止氣流漩渦增大空氣流動阻力，外側石英玻璃6能夠減少接收器與外部低溫環境的對流散熱損失。
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