Полостной приемник солнечного излучения

 

Изобретение относится к гелиотехнике и может применяться в установках с полостными приемниками излучения и аккумулированием тепла Изобретение позволяет повысить надежность и стабильность работы приемника за счет снижения тепловой инерции и повышения равномерности распределения тепловой нагрузки. Приемник содержит цилиндрический корпус с боковой поверхностью 1 и стенкой 11, одна поверхность 12 которой образует приемную полость 13, а другая поверхность 14 совместно с боковой поверхностью 1 - пространство 4 корпчса Последнее заполнено легкоплавким щелоч ным металлом (ШМ) 15, в который погрч жены секции 7, 8 спирального змеевика и бы 16, параллельно подключенные ко входному и выходному патрубкам 9, 10 газообра i- ного теплоносителя (Г). Трубы 16 охвачены капсулами 5 с теплоаккумулирующим материалом (ТМ) 6. В период наличия солнечного излучения поверхность 12 стенки 1 1 поглощает радиацию, нагреваясь, отдает теп ю ЩМ 15. Часть тепла отводится Т, проходящим через секции 7, 8 змеевика, а часть т сила воспринимается ТМ 6, который при эюм расплавляется. При отсутствии Г. проходя по трубам 16. отнимает тепло TUG, который при этом твердеет. Одновременное начало нагрева Т и аккумулирования тепла стабилизирует работу, а равномерное распределение тепла повышает надежность и поию ляет уменьшить габариты устронсгва 2 ил ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 24 2 34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4654238/06 (22) 24.02.89 (46) 15.01.91. Бюл. № 2 (71) Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г. М. Кржижановского (72) А. И. Рзаев, Л. Л. Филатов и Г. В. Циклаури (53) 662.997 (088.8) (56) Грилихес В. А. и др. Солнечные высокотемпературные источники тепла для космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1975 с. 194 — 195, рис. 7.12. (54) ПОЛОСТНОЙ ПРИЕМНИК СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к гелиотехнике и может применяться в установках с полостными приемниками излучения и аккумулированием тепла. Изобретение позволяет повысить надежность и стабильность работы приемника за счет снижения тепловой инерции и повышения равномерности распределения тепловой нагрузки. Приемник содержит цилиндрический корпус с боковой поверхИзобретение относится к гелиотехнике и применимо в установках, использующих полостные приемники солнечного излучения с аккумулированием тепла.

Цель изобретения — повышение надежности и стабилизация работы за счет снижения тепловой инерции и повышения равномерности распределения тепловой нагрузки.

На фиг. 1 показан приемник, разрез; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1.

Приемник солнечного излучения содержит цилиндрический корпус с боковой поверхностью I и открытым и глухим торцами 2 и 3 соответственно и размещенную в пространстве 4 корпуса трубчатую теплообменную поверхность, частично охваченную капсула, 80,» 1620786 А 1

2 ностью 1 и стенкой 1, одна поверхность 12 которой образует приемную полость 13, а другая поверхность 14 совместно с ооковой поверхностью 1 — пространство 4 корпуса

Последнее заполнено легкоплавким щелочным металлом (ШМ) 15, в который погружены секции 7, 8 спирального змеевика и тр бы !6, параллельно подключенные ко входному и выходному патрубкам 9, 10 газообразного теплоносител я (T) . Трубы 16 охва ч ен ы капсулами 5 с теплоаккумулирующим материалом (ТМ) 6. В период наличия со, нечного излучения поверхность 12 стенки ! поглощает радиацию, нагреваясь, отдает теп !(ЩМ 15. Часть тепла отводится Т, прохо ишим через секции 7, 8 змеевика, а ча ть тена» воспринимается ТМ 6, который при эгом расплавляется. При отсутствии излучения Г, проходя по трубам 16, отнимает тепло у ТМ 6, который при этом твердеет. Одновременное начало нагрева Т и аккумулирования тепла стабилизирует работу, а равномерное распределение тепла повышает надежность и позволяет уменьшить габариты устройства. 2 ил. ми 5 с теплоаккумулирующим материалом 6 и включающую спиральный змеевик «секциями 7 и 8, изогнутыми ссютветственно по форме поверхности 1 корпуса и его торцH 3.

Секция 7 подключена ко входному патрубку 9, а секция 8 — к выходному патрубку !0 теплоносителя. Корпус дополнительно снаб- жен цилиндрической стенкой 1, поверхность

12 которой образует приемную полость 13, а другая поверхность 14 ограничивает прос1ранство 1, последнее заполнено легкоплавким щелочным металллом 15, а охваченная капсулами 5 часть теплообменной поверхности выполнена в виде размещенных между стенкой 11 и секцией 7 змеевика труб !6, параллельно подключенных к патрубкам 9 и 10.

1620786

Формула изобретения

50 . 55

Трубы 16 соединены входным и выходным коллекторами 18 и 19. Входной патрубок 9 подключен к входному коллектору 18 посредством трубки 20 с вентилем 21, а выходной патрубок 10 подключен к выходному коллектору 19. Патрубок 9 дополнительно подключен ко входу секции змеевика посредством дополнительной входной трубки 22 с вентилем 23. Выход секции 7 змеевика подключен ко входу секции 8 трубкой 24, а выход секции 8 соединен с выходным патрубком 10 газового теплоносителя трубкой 25.

Устройство работает следующим образом.

При наличии солнечной инсоляции поток лучистой энергии через апертурное отверстие открытого торца 2 попадает на тепловоспринимающую поверхность 12 стенки !1, передающую тепло легкоплавкому щелочному металлу 15, например, литию, который быстро расплавляется. За счет своей высокой тепло- и температуропроводности жидкий металл создает в пространстве 1 корпуса 3 поле температур, близкое к равномерному.

В то же время газовый теплоноситель (гслий, гелий-ксеноновая смесь) по дополнительной входной трубке 22 с открытым вентилем 23 (при этом вентиль 21 закрыт) подается для нагрева до необходимой температуры в секцию 7 змеевика (например, двухзаходного) и затем по трубке 24 поступает в секцию 8 змеевика (например, трубчатая плоская двухзаходная спираль), после чего выходит из приемника по трубке 25.

Непосредственный контакт теплообменной поверхности секции 7 змеевика с высокотенлопроводным щелочным металлом 15 позволяет приемнику начать работу практически одновременно с появлением солнечного излучения, а секция 8 змеевика, расположенная в зоне относительно низких плотностей теплового потока, предотвращает разогрев глухого торца 3 и снижает таким образом тепловые потери через него.

Одновременно с нагревом газового теплоносителя при наличии инсоляции происходит аккумулирование части тепла теплоаккумулирующим материалом 6, например солью

1 iF, в капсулах 5. При этом за счет равномерного поля температур и, следовательно, равномерной плотности теплового потока по длине и периметру капсул 5 эффективно и быстро происходит фазовый переход — плавление теплоаккумулирующего материала 6.

При этом возможность обеспечения одновременного нагрева газового теплоносителя и аккумулирования тепла снижает инерционность приемника солнечного излучения.

При отсутствии инсоляции и необходимости нагрева газового теплоносителя последний подается по трубке 20 с открытым вентилем 21 (при этом вентиль 23 закрыт) во входной коллектор 18, из которого нагреваемый газ распределяется по теплообменным трубам 16. Проходя по трубам 16, газовый теплоноситель отбирает тепло от тепло5

35 аккумулирующего материала 6, который при этом претерпевает обратный переход и затвердевает. Затем нагретый газ собирается в выходном коллекторе 19 и через патрубок

10 удаляется из приемника. Расплавленный щелочной металл 15 при отсутствии инсоляции обеспечивает компенсацию тепловых потерь приемника за счет своей теплоемкости.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить стабильность и надежность работы полостного приемника солнечного излучения путем введения перегородки, образующей вместе с корпусом пространство, в котором расположены теплообменные трубки, соединенные с входным и выходным коллекторами, окружающие трубки капсулы с теплоаккумулирующим материалом и змеевиковая теплообменная поверхность.

Легкоплавкий щелочной металл 15 с высокой теплопроводностью обеспечивает равномерное температурное поле в зоне теплообменной поверхности, что приводит к наиболее эффективному использованию теплоаккумулирующего.материала 6 и, следовательно, к уменьшению его массы, снижению весогабаритных характеристик приемника.

Параллельное подключение секций 7 и 8 змеевика и труб 16 позволяет оптимальным образом организовать движение газового теплоносителя в приемнике при наличии и отсутствии солнечной инсоляции, снизить при этом инерционность работы приемника и повысить его эффективность. Кроме того, при возможной разгерметизации любой из капсул 5 взаимодействия теплоаккумулирующе-. го материала, например LiF с расплавленttb1M щелочным металлом 5, например, литием не происходит, что повышает надежность работы приемника.

Полостной приемник солнечного излучения, содержащий корпус в форме тела вращения с боковой поверхностью и открытым и глухим торцами и размещенную в пространстве корпуса трубчатую теплообменную поверхность, частично охваченную капсулами с теплоаккумулирующим материалом и включающую спиральный- змеевик, изогнутый по форме боковой поверхности корпуса и его глухого торца и в зоне первой подключенный к входному патрубку теплоносителя, а в зоне второго — к выходному, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и стабилизации работы, корпус выполнен цилиндрическим и дополнительно снабжен цилиндрической стенкой, одна из поверхностей которой образует приемную полость, а другая ограничивает пространство корпуса, последнее заполнено легкоплавким щелочным металлом, а охваченная капсулами часть теплообменной поверхности выполнена в виде размещенных между стенкой и змеевиком труб, параллельно подключенных к входному и выходному патрубкам.

1620786

15 2 18

17

1б

7

Составитель К. Заграничная

Техред A. Кравчук Корректор В. Гирняк

Тираж Подписное

Редактор И. Сегляник

Заказ 4235

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям пpt1 ГКН ССС! ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., л. 4 5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, у,t. Гагарина, !0!