專利名稱：太陽能-燃氣混合型吸熱器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能—燃氣混合型吸熱器，屬于太陽能熱發電領域。
美國專利(US6487958)公開了一種太陽能碟式聚光斯特林系統混合型吸熱器。參見
圖1，該發明由以下四部分構成多孔燃燒板4、復合陶瓷纖維覆蓋物8、帶翅片的回熱器12和擴展表面的第一級換熱器19等四部分。吸熱面29的內表面敷設吸液芯。燃燒部分的流程為燃料13經預混器1、外冷卻套2、回熱器12、到達預燃室3，預混氣體對預燃室壁面16和17冷卻，通過多孔燃燒板4，點火，可采用加熱面點火或電子點火，經過鰭片陣列6，鰭片陣列6焊接在化石燃料燃燒受熱面5外表面上，化石燃料燃燒受熱面5內表面是吸液芯7，煙氣經過回熱器12后排放入大氣中，控制煙氣溫度的部件為煙氣導流管10和煙氣調節閥11，防止預混氣體溫度超過自然極限而提前點燃。
該實用新型存在以下缺陷首先，受熱面16、17和回熱器12之間空間狹窄，焊接、加工制造、拆裝檢修都很困難；其次，向外輻射熱損失大；最后，控制溫度難以實施，受熱面部件容易燒毀。
本實用新型的特點是容易制造、容易安裝，燃燒器等部件不容易被高溫太陽熱或燃氣燒壞；啟動/停機方便；更好地適應太陽能的隨機性和不穩定性，使得碟式聚光太陽能熱發電系統穩定運行。
圖3本實用新型的環形旋流燃燒器鰭片布置圖，其中a為側視圖，b為主視圖34毛細吸液芯，51穩燃棒，52鰭片，53吸熱器吸熱面，54旋流，65預混燃氣。
圖4本實用新型中的環形旋流燃燒器燃氣供給和預混部件圖37環形燃氣管路，39保溫材料，43法蘭，44調節閥門，45燃氣總管路，46壓力指示表，47燃氣流量指示計，62噴嘴，63燃氣預混管，64空氣，65預混氣體，66吸熱器受光口。
如圖2所示，該吸熱裝置由A、B和C三大部分組成A為燃燒器部分，B為鍋形吸熱器部分，C為斯特林發動機部分。A和B兩部分通過法蘭43連接，組成吸熱空腔31，吸熱空腔31外圍是保溫材料39和外殼38，相對于傳統的鍋式吸熱器來說，本吸熱器的熱輻射損失較小；燃燒器燃燒和太陽高溫熱狀態下，A和B之間不存在局部熱應力集中的問題；C和B之間也采用法蘭42連接，B的換熱空間內，即充滿鈉蒸汽的空間內，保持真空度為1.1×10-3Pa。加熱頭是斯特林發動機的一個關鍵部件，加熱頭管內保持高溫(650-850℃)和高壓(0.8-20MPa)，B和C連接后，對鍋形吸熱器B空間內抽真空，填加工質鈉，然后，封口。
如圖3所示，在鍋形吸熱器吸熱面53，焊接有旋流扭曲鰭片52和穩燃棒51，旋流扭曲鰭片52和穩燃棒51選用高溫耐熱不銹鋼材料制成。旋流扭曲鰭片52和穩燃棒51均增大了吸熱空腔31內的換熱表面積，在不使用燃氣燃燒的情況下，可以增大吸熱器對太陽能的吸收率。在鍋形吸熱器吸熱面背面53，焊接毛細吸液芯34。
如圖4所示，燃氣總管路37環繞燃燒器布置，燃氣的噴嘴62外套有燃氣預混管63，噴嘴62和燃氣預混管63布置于相鄰的兩個鰭片52之間，在燃氣預混管63內，高壓燃氣從噴嘴62噴出后卷吸空氣64形成預混氣體65，切向吹入旋流扭曲鰭片52內，點燃后，進入吸熱器空腔31內形成旋流燃燒，預混燃氣65可以采用電弧等方式來點燃。旋流燃燒方式可以提高燃燒效率；在鰭片52間安裝穩燃棒51來穩定燃氣燃燒火焰，并且增強燃燒過程的湍流混合。用溫度傳感器36監測吸熱器[B]內鈉蒸汽的溫度，根據吸熱器鈉蒸汽的溫度來調節燃氣總管45路中的燃氣流量，通過電動或手動閥門來實現調節燃氣流量。鈉蒸汽的溫度控制在973～1123K之間。
在純太陽、太陽/燃氣混合和純燃氣三種不同模式下運行，混合吸熱器的工作過程和原理都是相同的，即燃氣燃燒熱或聚焦的太陽熱通過吸熱面[53]和吸液芯[34]傳給斯特林發動機[32]的加熱頭[33]。具體如下吸熱面[53]將燃氣燃燒熱或聚焦的太陽熱吸收下來以后，通過鍋式吸熱面53來加熱蒸發吸液芯34中的工質鈉，氣態的工質鈉蒸發上升碰到斯特林發動機32的加熱頭33冷凝成液態鈉41，液態鈉41依靠重力下降回到鈉池35中，毛細吸液芯34的作用是利用毛細力使鈉池35中的液態鈉充滿到吸液芯34的微孔中；然后再進行鈉吸熱→鈉蒸發上升→冷凝下降→回到鈉池→擴散到毛細吸液芯微孔這一過程，如此循環往復下去，完成吸熱傳熱的過程。
本實用新型具有優點第一，燃燒器和太陽能吸熱體采用同一個吸熱面53和吸液芯34，使得結構緊湊；采用法蘭41和42連接A、B、C三部分使得裝置易于拆裝，制造難度低，容易實現；第二，旋流扭曲式鰭片52焊接于吸熱面53的內表面，在鍋形吸熱器的前端布置環形旋流式燃燒器，采用預混燃燒，提高燃燒效率；在太陽下運行時，A和B兩部分組成了一個腔體31，鍋體表面焊接的鰭片52和穩燃棒51增加了吸熱面53表面積，可以大大提高太陽能的吸收率，降低能量向外界散失和輻射的比例；第三，用溫度傳感器監測鈉蒸汽的溫度，鈉蒸汽的溫度控制在973-1123K之間，采用手動閥門來控制總的燃氣供給量。
根據以上實施方式設計了用于發電功率為10千瓦的碟式聚光太陽熱發電系統的吸熱器，其主要結構和參數如下(1)受光口66直徑180毫米，空腔31的最大直徑420毫米；(2)燃氣噴嘴62采用拉法爾噴嘴，燃氣噴嘴的數目20～50只，燃氣的流量5m3/h；(3)完全采用燃燒來供給熱能時，輸入熱功率為50千瓦，燃燒效率達90％，吸熱器熱效率達80％。
權利要求1.太陽能—燃氣混合型吸熱器，由燃燒器、吸熱器、發動機等構成，其特征在于吸熱器[B]為鍋形，其凹面前端布置旋流式燃燒器[A]，燃燒器[A]和吸熱器[B]兩部分通過法蘭[41]連接，組成吸熱腔體[31]，吸熱器[B]和發動機[C]之間采用法蘭[42]連接。
2.根據權利要求1所述的太陽能—燃氣混合型吸熱器，其特征在于在吸熱器吸熱面[53]上焊接有旋流扭曲鰭片[52]和穩燃棒[51]。
3.根據權利要求1所述的太陽能—燃氣混合型吸熱器，其特征在于燃燒器環形燃氣總管[37]上安裝多個燃氣噴嘴[62]，每個噴嘴外同軸套有燃氣預混管[63]，燃氣噴嘴與燃氣預混管二者之間留一定的間隙，燃氣預混管軸線與環形旋流燃燒器的圓周方向和軸線呈一定角度，并伸入與燃燒器連接的鍋形吸熱器的相鄰的兩個鰭片之間。
專利摘要太陽能－燃氣混合型吸熱器，屬于太陽能熱發電領域。由于太陽能的隨機性和不穩定性，使太陽能熱發電裝置在純太陽下的使用率比較低。本實用新型采用旋流式燃氣燃燒器與太陽熱鍋形吸收器結合成一個吸熱腔體，在吸收器凹面前端布置有燃燒器。本實用新型安裝簡便；不使用燃氣時，太陽熱的吸收率也有所提高，采用燃氣燃燒時，燃燒效率高，燃燒可以穩定進行；亦可以同時打開燃氣與太陽吸熱器并列使用。
文檔編號F02G1/043GK2597893SQ0229352
公開日2004年1月7日 申請日期2002年12月23日 優先權日2002年12月23日
發明者李斌, 李安定, 楊培堯, 臧春城, 斌 李 申請人:中國科學院電工研究所