CN101551169A - 腔体式太阳能吸收器 - Google Patents

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王如竹
吴静怡
翟辉
白涛
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Abstract

一种腔体式太阳能吸收器，包括正面开口的方形外壳，嵌在外壳里的槽型腔体结构，在腔体结构和外壳各个侧面之间的空隙为保温层，腔体结构为三角形，由两个吸收管道，一个玻璃盖板围成，两个吸收管道连接在一起，组成腔体结构的两个壁面，并与外壳的两个侧面连接在一起，玻璃盖板设置在外壳的正面开口内。利用三角形腔体的结构，充分吸收太阳入射光和二次反射光，大大提高光学效率，只需传统的材料和制造技术便可生产，加工简单，价格相对低廉。

Description

腔体式太阳能吸收器
技术领域
本发明涉及的是一种太阳能技术领域的设备，具体是一种腔体式太阳能吸收器。
背景技术
腔体式吸收器是聚焦太阳能集热器中负责吸收太阳辐射并将其转化为热能的部件，为一槽形腔体，外表面包有隔热材料。由于腔体的黑体效应，使其能充分吸收聚焦后的太阳光。其优点为：经聚焦的辐射热流几乎均匀地分布在腔体内壁，与真空管吸收器相比，避免了玻璃管与金属管因热膨胀系数不同导致的漏气等问题，而且工艺简单，成本低。
通过对现有技术文献的检索发现：侴乔力等在《太阳能学报》，1997，：36-38，45.发表的名称为：管簇结构腔体式吸收器热性能的数值分析，设计了圆弧形腔体式吸收器和槽型抛物镜结合的太阳能集热器并测得其热效率，聚光比为40，吸收器的腔体内嵌管道，开口宽度10cm，这种系统加工成本较低，但其在充分利用二次光线等方面存在不足，且圆弧形腔体吸收器的开口宽度必须很小，否则热损失较大。而三角形腔体吸收器二次光线损失小，受腔体开口宽度的限制小，对聚光器跟踪装置要求低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种腔体式太阳能吸收器，充分吸收太阳入射光和二次反射光，提高热效率，且其结构简单，降低了加工工艺难度。
本发明是通过以下技术方案实现的：本发明包括：正面开口的方形外壳，嵌在外壳里的槽型腔体结构，在腔体结构和外壳各个侧面之间的空隙为保温层，所述腔体结构为三角形，由两个吸收管道，一个玻璃盖板围成，两个吸收管道连接在一起，组成腔体结构的两个壁面，并与外壳的两个侧面连接在一起，外壳的正面开口内设置玻璃盖板。
位于所述的玻璃盖板和外壳的侧面之间，设置活动三角板，用于固定和拆卸玻璃盖板。
所述壁面涂有选择性吸收涂层。其能够吸收尽量多的太阳辐射短波段热流，而抑制自身向环境发射的长波段热辐射，由此减少热损失。
在最简单的情况下，涂层应具有不同吸收层的两个区域。这种分区可以进行细化，方法是在太阳光短波区段时其吸收率较高，而在本体的长波区段其发射率较低，抑制热损失。吸收涂层优选分为两个具有不同的极限波长的区域。在其中对太阳短波的辐射热流具有较高的吸收系数，而对吸收器本体的长波辐射热流具有较低的反射率，增加吸收器收集的能量收益。
所述的玻璃盖板为透光率91.5％以上的超白玻璃，底面和侧面均为钢板。增加玻璃盖板可以减小腔体外空气的运动，抑制吸收器腔体结构与外部的空气的对流换热，试验表明平板型盖板具有简单、光线分布均匀等优点，效果最好。
所述的吸收管道外部有保温材料包裹，为钢或者不锈钢材料。
所述吸收管道为圆形管道、方形管道或圆形管道加肋片。
保温层填料为矿渣棉、超细玻璃棉或微孔硅酸钙。
圆弧形腔体结构，一旦改变其表面曲率和拐角，由内壁(腔体)与外界温差产生的热流体流场将发生变化从而改变其温度场，并最终影响腔体热损失。此外，还将改变光线在腔体内的二次反射，影响其光学性能。
本发明加大接收面积(同样的开口面积，三角形腔体内部的接受面积大于圆弧等其他几种腔体的接受面积)增加光学效率，同时减少热损面积减小热量损失。利用三角形腔体的特殊结构，不增加热损失面积的情况下，加大了内部吸收面积，而且可以使光线在腔体内部的分布比较均匀，从而使吸收涂层上的温度分布更加均匀，降低了吸收涂层上温度的梯度；再加上选择性吸收涂层，腔体散热面外部有保温层，实现了对太阳辐射非常高的能量收益。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：利用三角形腔体的结构，充分吸收太阳入射光和二次反射光，大大提高光学效率；只需传统的材料和制造技术便可生产，加工简单，价格相对低廉。
附图说明
图1是本发明的工作示意图；
图2是本发明实施例的光线分布图；
图3是本发明与其比较的几种腔体的效率图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以本发明的技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种腔体式太阳能吸收器，包括：正面2开口的方形外壳1，嵌在外壳1里的槽型腔体结构7，在腔体结构7和外壳1各个侧面3之间的空隙为保温层10，所述腔体结构7为三角形，由两个吸收管道8，一个玻璃盖板5围成，两个吸收管道8连接在一起，组成腔体结构7的两个壁面，并与外壳1的两个侧面3连接在一起，玻璃盖板5设置在外壳1的正面2开口内。位于玻璃盖板5和外壳1的侧面之间，设置活动三角板6。所述壁面涂有选择性吸收涂层13。所述的外壳1正面2的玻璃盖板5为透光率91.5％以上的超白玻璃，底面4和侧面3均为钢板。所述的吸收管道8外部有保温材料包裹，为钢或者不锈钢材料。所述吸收管道8为圆形管道、方形管道或圆形管道加肋片。保温层10填料为矿渣棉、超细玻璃棉或微孔硅酸钙。
本实施例可以在抛物槽式聚光器中使用，其具有纵向延伸的吸收管道8，该吸收管道8被一种传热介质(如导热油、水)流通，其中纵向延伸的抛物槽式聚光器将太阳辐射热流聚焦到吸收器上，在吸收管道8内流动的工作流体为载热体，把热量导走到用热/换热装置。
如图1为吸收器和聚光器。工作流体在纵向延伸吸收管道8内部流通。入射的太阳辐射热流12由一种抛物槽式聚光器聚焦在吸收器上，该吸收器吸收来着聚焦器的太阳辐射热流12，太阳辐射经过吸收器上面的玻璃盖板5，进入腔体结构7，腔体结构7上的选择性吸收涂层13吸收大部分的太阳光，并向玻璃盖板5辐射一小部分的长波热流，吸收涂层13吸收到更多的太阳光，并把热量传到吸收管道8上，进而热量进入工作流体中，工作流体经过换热器把热量传递给用热装置，然后回来继续进入腔体吸收器，如此进行循环。
图2为本实施例的光线追迹图。由图可以看出，入射光线14进入三角形腔体达到腔体结构7壁面上吸收涂层13上，经过数次反射和吸收，所有入射光线14和二此反射光线15均能被腔体吸收。
如图3所示，与圆弧形腔体吸收器、长方形腔体吸收器、半圆形腔体吸收器进行了对比，结果表明：半圆形腔体和三角形腔体随着孔径比(腔体的开口宽度与腔体的内径的比值，如三角形腔体的孔径比为开口宽度与三角形高度的比值)增大而增大，但是增大到一定后趋于缓和，但半圆形腔体的光学效率远低于三角形腔体的；长方形腔体和圆弧形腔体随着孔径比增加先增后减，存在一个最佳关系，但都低于三角形腔体的光学效率。

Claims (7)

1、一种腔体式太阳能吸收器，包括正面开口的方形外壳，嵌在外壳里的槽型腔体结构，在腔体结构和外壳各个侧面之间的空隙为保温层，其特征在于：所述腔体结构为三角形，由两个吸收管道，一个玻璃盖板围成，两个吸收管道连接在一起，组成腔体结构的两个壁面，并与外壳的两个侧面连接在一起，外壳的正面开口内设置玻璃盖板。
2、根据权利要求1所述的腔体式太阳能吸收器，其特征是，位于玻璃盖板和外壳的侧面之间，设置活动三角板。
3、根据权利要求1所述的腔体式太阳能吸收器，其特征是，所述壁面涂有涂层。
4、根据权利要求1所述的腔体式太阳能吸收器，其特征是，所述的外壳正面的玻璃盖板为透光率91.5％以上的超白玻璃，底面和侧面均为钢板。
5、根据权利要求1所述的腔体式太阳能吸收器，其特征是，所述的吸收管道外部有保温材料包裹，为钢或者不锈钢材料。
6、根据权利要求1所述的腔体式太阳能吸收器，其特征是，所述吸收管道为圆形管道、方形管道或圆形管道加肋片。
7、根据权利要求1所述的腔体式太阳能吸收器，其特征是，保温层填料为矿渣棉、超细玻璃棉或微孔硅酸钙。
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