CN101216220A - 异形模块式空腔太阳能高温接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种异形模块式空腔太阳能高温接收器，属于太阳能利用技术领域。该产品包括杯状吸热腔、进光透明玻璃窗、保温层、外壳，以及工作流体进口和出口，吸热腔由一组自其杯口延伸至杯底中心汇合的夹层壁板拼合而成，工作流体进口环绕杯口，且分别与就近的各夹层壁板连通，工作流体出口位于杯底中心，分别与汇合与此的各夹层壁板连通，从而形成由工作流体进口分别经各壁板的夹层内，再汇集到工作流体出口的工作流体通道。该太阳能接收器不仅增加了光热转换效率，而且因为采用了模块化设计，降低了成本，有利于推动太阳能热利用产业的发展。

Description

异形模块式空腔太阳能高温接收器
技术领域
本发明涉及一种太阳能接收器，特别是一种适合太阳能热发电装置使用的异形模块式空腔太阳能高温接收器，属于太阳能热利用技术领域。
背景技术
太阳能高温接收器是太阳能热发电系统的关键核心部件，各国围绕该技术进行了很多研究。现有高温太阳能接收器可分为两种形式：外部受光型和空腔型。相比之下，前者热损失较大，温度较低，一般在600度以下；而空腔型接收器温度较高，适合于高聚光比的高温太阳能热发电。例如，碟式太阳能热发电系统通常采用碟式抛物面反射聚光器和斯特林发动机，加热温度可达750℃左右。
空腔接收器的发展趋势是：工质温度参数越来越高，这样更适合于现代高温度参数的燃气轮机发电循环。国际上采用的空腔式接收器光热转换率已达90％以上。
然而，目前空腔太阳能高温接收器的制造工艺比较复杂，造价昂贵，不便于工程化推广应用，一直停留在实验阶段，成为太阳能热发电技术发展的瓶颈。
发明内容
本发明的目的是：针对以上现有技术存在的问题，提出一种模块结构的空腔太阳能高温接收器，从而在保证理想光热转换率的前提下，降低制造成本，便于规模化生产。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种异形模块式空腔太阳能高温接收器，包括一端开口的内凹杯状吸热腔、安装在杯口外的进光透明玻璃窗、覆盖吸热腔外壁的保温层、包覆保温层的外壳，以及工作流体进口和工作流体出口，所述吸热腔由一组自其杯口延伸至杯底中心汇合的夹层壁板拼合而成，所述工作流体进口环绕杯口，且分别与就近的各夹层壁板连通，所述工作流体出口位于杯底中心，分别与汇合与此的各夹层壁板连通，从而形成由工作流体进口分别经各壁板的夹层内，再汇集到工作流体出口的工作流体通道。
本发明进一步的完善是，所述吸热腔杯底呈锥顶状，所述各夹层壁板形状相同。
该异形模块式空腔太阳能高温接收器显然具有良好的吸热性能和理想的光热转换率，而由金属板夹层壁板拼接而成的内凹杯状吸热腔结构和制造工艺简单，因为采用模块化构造，因此显著降低成本，从而可以使空腔太阳能高温接收器走出实验室阶段，得到工业化推广应用，推动太阳能热发电技术的发展。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为本发明实施例一的剖面结构示意图。
图3为本发明实施例一的立体结构图。
图4为本发明实施例二的吸热箱体结构示意图。
图5为本发明实施例二的剖面示意图。
图6为本发明实施例二的俯视剖面示意图。
图7为本发明实施例三的吸热箱体结构示意图。
图8为本发明实施例三的结构剖面示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的异形模块式空腔太阳能高温接收器如图1、图2、图3所示，包括一端开口内凹形的杯状吸热腔1，安装于吸热腔杯口外的进光透明玻璃窗2，覆盖吸热腔外壁的保温层3，包覆保温层的外壳4，以及连通于吸热腔的工作流体进口5和工作流体出口6。
吸热腔1由一组12块自其杯口延伸至杯底中心汇合的夹层壁板拼合而成，杯底呈锥顶状，各夹层壁板形状相同，分别由曲面金属板11拼接而成，其内部形成工作流体通道13。杯状吸热腔1的外部由保温层3及其外壳4覆盖，该保温层3减少了吸热腔与外界空气的换热量，进一步降低了太阳能接收器的热损失，而保温层的外壳4则起到了固定及加强接收器结构的作用。杯状吸热腔1腔体内壁表面还涂有高温太阳能吸收涂层8，从而增加了太阳能接收器的吸收比。
吸热腔的工作流体进口5由一环绕杯口的进口环管12构成，该环管12分别由各曲面金属板11上的通孔与各夹层壁板的流体通道13相连。工作时，工作流体可以通过环形进口管12均匀的流入各夹层壁板。各夹层壁板的流体通道13在接收器锥顶端汇聚，与此处的工作流体出口6连通。工作时，经杯状吸热腔1加热的工作流体通过工作流体出口6流出接收器，进入下一级系统。为了使工作流体流动均匀，增强换热性能，可在吸热腔1内壁的双层结构内增加流道，如螺旋形上升流道或放射状上升流道。
本实施例中的吸热腔1杯口设有一组反射镜组成的外扩喇叭口状CPC复合材料曲面聚光器7，这样可以增加太阳能接收器的入射光角度。通过CPC聚光器7和高温太阳能吸收涂层8的设置，降低了太阳能高温接收器的光热损失，使得其光热转换率进一步提高。
平面透明玻璃窗2的周边卡装在密封橡胶垫9内，在杯口外的聚光器口与之密封相连，构成密封腔体。聚光器7外围固定有环状抽真空腔。使用时，通过抽真空管道10可以将吸热腔内部抽真空或充满惰性气体(如氮气等)，以保护吸热腔内壁上的吸收涂层8，降低太阳能接收器的热损失。平面透明玻璃2当然也可由凹形玻璃或凸形玻璃替换。
本实施例的异形模块式空腔太阳能高温接收器因采用了模块化构造，所以其生产成本较低，便于工程化推广应用。
实施例二
本实施例的异形模块式空腔太阳能高温接收器如图4、图5和图6所示，与实施例一的基本结构大体相同，其主要区别在于吸热腔1的夹层壁板由独立的吸热箱体21(即模块)组成。如图4所示，每个吸热箱体21由上、下夹层板构成，夹层板内部形成工作流体的流通通道，内表面由一块横截面为微弧形的曲面金属模块11构成。上夹层板呈等腰三角形，下夹层板呈梯形，上、下夹层板的一边对接，内侧形成钝角，外侧形成连通上、下夹层板的导流环22。上、下夹层板远离对接处的一端分别设有出口24和入口23。
十二个吸热箱体21拼合成吸热腔1，其横向剖面呈圆形(参见图5、图6)，每个吸热箱体21的流体入口23均与环形的进口环管12相连通，而流体出口24通过汇流器25与接收器工作流体出口连通。
本实施例的异形模块式空腔太阳能高温接收器采用的吸热箱体拼接结构使得其加工更为简便，模块化程度更高，因此进一步降低了制造成本。
实施例三
本实施例的异形模块式空腔太阳能高温接收器如图7、图8所示，与实施例二的基本结构大体相同，其主要区别在于在吸热箱体内表面11设有导热柱31。
导热柱31的外端位于吸热腔中，内端伸入吸热箱体的夹层壁板内，浸到工作流体内。工作时，具有良好导热性能的导热柱可以将吸热腔内的热量快速充分的传递给吸热箱体内的工作流体，从而更进一步提高太阳能高温接收器的传热效率。
本实施例吸热箱体上采用的导热柱结构不仅增大了吸热箱体的吸热面积，提高了接收器的吸热能力，而且增加了吸热箱体与工作流体的热交换面积，提高了接收器的光热转化效率。

Claims (9)

1.一种异形模块式空腔太阳能高温接收器，包括一端开口的内凹杯状吸热腔、安装在杯口外的进光透明玻璃窗、覆盖吸热腔外壁的保温层、包覆保温层的外壳，以及工作流体进口和工作流体出口；其特征在于：所述吸热腔由一组自其杯口延伸至杯底中心汇合的夹层壁板拼合而成；所述工作流体进口环绕杯口，且分别与就近的各夹层壁板连通；所述工作流体出口位于杯底中心，分别与汇合与此的各夹层壁板连通；形成由工作流体进口分别经各壁板的夹层内，再汇集到工作流体出口的工作流体通道。
2.如权利要求1所述的异形模块式空腔太阳能高温接收器，其特征在于：所述吸热腔杯底呈锥顶状，所述各夹层壁板形状相同。
3.如权利要求1或2所述的异形模块式空腔太阳能高温接收器，其特征在于：所述杯状吸热腔的腔体内壁表面涂有高温太阳能吸收涂层。
4.如权利要求3所述的异形模块式空腔太阳能高温接收器，其特征在于：所述吸热腔的杯口设有由一组反射镜组成的外扩喇叭口状聚光器。
5.如权利要求4所述的异形模块式空腔太阳能高温接收器，其特征在于：所述聚光器外围固定有环状抽真空腔。
6.如权利要求5所述的异形模块式空腔太阳能高温接收器，其特征在于：所述进光透明玻璃窗的周边卡装在密封橡胶垫内，在杯口外的聚光器口与之密封相连，构成密封腔体。
7.如权利要求3所述的异形模块式空腔太阳能高温接收器，其特征在于：所述吸热腔的夹层壁板由独立的吸热箱体拼接组成，所述吸热箱体由上、下夹层板构成，所述夹层板内部形成工作流体的流通通道；所述上夹层板呈等腰三角形，所述下夹层板呈梯形，所述上、下夹层板的一边对接，内侧形成钝角，外侧形成连通上、下夹层板的导流环。
8.如权利要求7所述的异形模块式空腔太阳能高温接收器，其特征在于：所述上、下夹层板远离对接处的一端分别设有出口和入口；所述入口与所述进口环管相连通，所述出口通过汇流器与所述工作流体出口连通。
9.如权利要求8所述的异形模块式空腔太阳能高温接收器，其特征在于：所述吸热箱体内表面设有导热柱，所述导热柱的外端位于吸热腔中，内端伸入吸热箱体的夹层板浸到工作流体内。
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