CN100340821C - 腔式吸热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种腔式吸热器，包括：吸热器壳体、采光口、内部盘管和盘管中的工作介质，所述的内部盘管采用紫铜管制成；位于平顶锥形底板上的采光口的四周固定有采光遮板；所述的内部盘管的出口固定在吸热器壳体锥形顶面上，进口固定在采光口处的底板上；所述的吸热器壳体成平顶锥形；所述的内部盘管上加载肋片；所述的内部盘管通过管夹与吸热器壳体固定；所述的内部盘管的进口和出口管通过法兰连接与吸热器壳体固定；所述的采光遮板通过螺栓与吸热器壳体固定连接。该腔式吸热器的内部盘管采用紫铜制作，降低了生产成本，提高腔式吸热器的热性能、且承受能热流密度高、结构简单、设计灵活，并增加采光遮板以进一步提高热效率。
Description
技术领域
本发明涉及中低温热利用系统的吸热器，特别涉及一种腔式吸热器。
背景技术
碟式聚光太阳能高温热发电技术是当今太阳能领域的前沿课题，在20世纪70年代末到80年代初由瑞典的USAB、美国的Advanco Corporation、MDAC、NASA及DOE等发起研究，此后德国、韩国等国家的科研部门相继展开碟式聚光太阳能热发电技术的研制开发，美国、德国和瑞典的科研部门的研究主要针对高温热发电系统，韩国能源研究所的研究主要针对中低温热利用系统的吸热器，已完成样机的光-电转换最高效率为29.4％，吸热器的效率为65-90％，如文献【1】opez，C.W.，andStone，K.W.，Design and Performance of the Southern California Edison Stirling Dish.ASME Solar Engineering，1993，Vol.2；pp.945-952；文献【2】Droher，J.J.，and Squier，S.E.，Performance of the Vanguard Solar Stirling Engine Module.1986，Electric Power ResearchInstitute，EPRI AP-4608，July中所述。
在中低温热利用系统的吸热器领域，如文献【3】James A.and Terry G.，ThermalPerformance of Solar Concentrator/Cavity Receiver Systems.Solar Energy，1985，34(2)：135-142模拟分析了圆柱形、平顶锥形、椭圆形、球形及复合平顶锥形等5种腔式吸热器(如图1所示)的热性能，结果表明，根据太阳能能流分布图，最大程度符合太阳能能量分布的外形是平顶锥形，即截去圆锥顶剩下的部分即平顶锥形，然而，在采光口尺寸、保温层厚度相同的条件下，吸热器腔体的形状对系统的能量分布有很大影响，但对系统的整体热效率影响并不大，文献【4】Seo，T.，Ryu，S.，and Kang，Y.，Thermal Performance of the Receivers for the Dish-Type Solar Energy Collecting Systemof Korea Institute of Energy Research.Proceeding of the International Solar EnergyConference，2000，June 16-21.pp.303-306详细分析了平顶锥形和半球圆柱复合形的腔式吸热器(见图1)的热性能，分析表明平顶锥形比半球圆柱混合形吸热器的热性能好，但对系统的整体热效率的提高小于3％，因此，各种形状的腔式吸热器都不能有效提高热性能。
发明内容
本发明目的在于：为了提高腔式吸热器的热效率，从而提供一种用于太阳能中、低温热利用系统中的腔式吸热器。
本发明目的是这样实现的：本发明的腔式吸热器包括：包括：平顶锥形吸热器壳体、及开在平顶锥形底板上的采光口、内部盘管和盘管中的工作介质，其特征在于：还包括保温层和管夹；其中所述的吸热器壳体外设置所述的保温层，该吸热器壳体内通过所述的管夹的一端用螺栓固定内部盘管，另一端通过螺钉固定在吸热器壳体上；该内部盘管的一端的盘管口通过螺栓、法兰与吸热器壳体的底板固定，作为工作介质的入口，另一端的盘管口通过螺栓、法兰与吸热器壳体的顶板固定，作为工作介质出口；所述的采光口的四周通过螺栓把采光遮板固定在吸热器壳体上，聚焦太阳能光经采光口进入吸热器腔体；所述的内部盘管采用紫铜管制成。
第一，内部盘管采用紫铜管不仅易于加工，更重要的是铜的导热系数为398W/m.K，是不锈钢导热系数(约18W/m.K)的20倍，采用铜管可降低管壁与内部流体的温差(同热流密度条件下，Δt＝qδ/λ，其中，δ是管壁厚度，λ是导热系数，q是热流密度)；从热扩散率角度讲a＝λ/(ρc)，ρ为密度，c是材料的比热，铜的热扩散率大约是不锈钢的23倍，所以，采用紫铜管可以将太阳能迅速传递给工作介质，大大提高吸热器的热性能。第二，在采光口周围设有采光遮板，可根据聚焦的太阳光斑的大小选用不同孔径的采光遮板和调节圆孔的大小，以调整采光口的大小，能有效降低腔式吸热器的反射热损失、辐射热损失及对流热损失，以提高吸热器的热性能。第三，将导热介质的入口位置放置在吸热器的下方，可以避免导热介质进入盘管后在流动过程中产生气泡，进一步提高吸热器的热性能。
作为本发明的进一步改进，所述的采光遮板为一中心带有圆孔的圆板，该采光遮板通过螺栓将其圆板的四周与吸热器壳体固定连接，中心的圆孔形成采光口。
作为本发明的进一步改进，所述的内部盘管上加载肋片。由于聚焦后的太阳能的热流分布不均，为防止热流密度比较高的区域盘管烧毁，可在此区域的盘管上加载肋片增加吸热面积，以使吸热器承受更高的热流密度，以解决腔体内壁温度过高损毁盘管和吸收涂层。因为目前能耐450℃以上温度的吸收涂层比较少，且价格很高。
所述的内部盘管通过管夹与吸热器壳体固定。
所述的内部盘管的进口和出口管通过法兰连接与吸热器壳体固定。
所述的吸热器壳体外还设置一保温层。一般来讲，保温层越厚，导热热损失越小，但保温层越厚，吸热器的体积越大，因此，设置厚度为50mm左右的保温层较合理。
所述的吸热器壳体的内壁涂有吸收涂层，盘管内壁涂有选择性吸收涂层，可有效降低吸热器的反射热损失。
本发明的腔式吸热器是根据太阳光聚光后的能流分布特点设计的，在热利用过程中，采光口对准聚焦太阳光的焦点，聚焦后的太阳光经采光口进入吸热腔，经过多次漫反射，太阳能被吸热腔吸收，传递给吸热腔内盘管中循环流动的工作介质，再传递到外部的换热设备，太阳能便被高效吸收利用。
本发明的优点在于：本发明适用于太阳能中、低温热利用系统中的腔式吸热器，内部盘管采用紫铜制作，提高了传热速率即提高腔式吸热器的热性能，且降低了生产成本；在采光口周围设有采光遮板，同时，将导热介质的入口位置放置在吸热器的下方以进一步提高吸热器的热性能。另外，加载肋片提高了所能承受的能热流密度、管夹的设计使得吸热器结构简单、设计灵活，可随意拆卸、更换。
附图说明
图1是现有腔式吸热器的几种形状的示意图
图2是本发明腔式吸热器的剖面示意图
图3是本发明腔式吸热器盘管口的局部示意图
图4是本发明腔式吸热器管夹的结构示意图
图5是本发明腔式吸热器肋片的结构示意图
图6是本发明腔式吸热器盘式肋片的仰视图
附图标示
1、保温层 2、吸热器壳体 3、工作介质出口
4、工作介质入口 5、内部盘管 6、采光口
7、聚焦太阳能 8、吸热器腔体 9、盘管口
10、螺栓 11、法兰 12、采光遮板
13、肋片 14、管夹 15、螺钉
具体实施方式
实施例1
制作一腔式吸热器，如图2、图3和图4所示，吸热器壳体2采用不锈钢材料制作成平顶锥形，吸热器壳体2外还设置一保温层1，吸热器壳体2内通过管夹14固定内部盘管5，内部盘管5采用紫铜管制成，其一端的盘管口9通过螺栓10、法兰11与吸热器壳体2的底板固定，作为工作介质的入口4，另一端的盘管口9通过螺栓10、法兰11与吸热器壳体2的顶板固定，作为工作介质出口3；管夹14的一端通过螺栓10固定内部盘管5，另一端通过螺钉15固定在吸热器壳体2；对准聚焦太阳光焦点的采光口6开在平顶锥形底板上，采光口6的四周通过螺栓把采光遮板12固定在吸热器壳体2上；聚焦太阳能7光经采光口6进入吸热器腔体8。
本例中，工作介质采用DowthermRP(最高工作温度为385℃)导热油，内部盘管5的外壁涂有吸收涂层铬黑。
该腔式吸热器的采光遮板12通过螺栓10与吸热器壳体2连接，可拆卸，内部盘管5通过管夹14与吸热器壳体2固定，结构简单、设计灵活；本发明吸热器是根据碟式聚光镜聚光后在焦平面处形成的能流分布特点所设计的，因此，本发明吸热器适用于碟式聚光集热系统，但也可用于其它聚焦系统。
实施例2
制作一腔式吸热器，如图5、图3和图4所示，本实施例与实施例1不同的是：在热流密度比较高区域，即吸热器的顶部的内部盘管5上加载盘式肋片13，利用肋片13增加吸热面积，使吸热器承受更高的热流密度，以解决腔体内壁温度过高损毁盘管和吸收涂层。实践中，由于盘管受管材弯曲半径的影响，很难在吸热器的顶部设置盘管，而对聚焦太阳能来说，吸热器顶部往往是能流密度最高的区域，加载肋片13可充分利用吸热器的顶部空间，而且由于增加了肋片，即增加了换热面积，可充分提高吸热器的热性能。
Claims (3)
1、一种腔式吸热器，包括：平顶锥形吸热器壳体、及开在平顶锥形底板上的采光口、内部盘管和盘管中的工作介质，其特征在于：还包括保温层和管夹；其中所述的吸热器壳体外设置所述的保温层，该吸热器壳体内通过所述的管夹的一端用螺栓固定内部盘管，另一端通过螺钉固定在吸热器壳体上；该内部盘管的一端的盘管口通过螺栓、法兰与吸热器壳体的底板固定，作为工作介质的入口，另一端的盘管口通过螺栓、法兰与吸热器壳体的顶板固定，作为工作介质出口；所述的采光口的四周通过螺栓把采光遮板固定在吸热器壳体上，聚焦太阳能光经采光口进入吸热器腔体；所述的内部盘管采用紫铜管制成。
2、按权利要求1所述的腔式吸热器，其特征在于，所述的内部盘管上加载肋片。
3、按权利要求1所述的腔式吸热器，其特征在于，所述的吸热器壳体的内壁涂有吸收涂层。
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Legal Events
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20071003 |