CN101762022A

CN101762022A - 一种光热转换方法

Info

Publication number: CN101762022A
Application number: CN200910256105A
Authority: CN
Inventors: 马乔; 马春元
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2010-06-30

Abstract

本发明属于新能源技术领域，一种利用黑体原理，将太阳光通过小孔直接辐照容器内的被加热工质，工质直接接收太阳光进行光热转换的方法。为增加能量密度，采用太阳光聚光器将太阳光聚集成强光束，聚光器是抛物线形的球形面或柱形面；位于抛物线焦点的接收器接受聚集的太阳光，并传送给光缆或管道镜；光缆或管道镜将聚集的强光束输送到容器或管道的入射口；由入射口并经散射器散射将强光束传送到容器或管道内；在容器或管道内实现光热转换。本发明将太阳光直接引入容器内工质，避免了传统太阳能热水器光热利用效率的不足，提高了太阳能光热利用效率。

Description

一种光热转换方法

所属技术领域

本发明属于新能源技术领域，尤其是一种通过介质直接吸收太阳光进行光热转换的方法。

背景技术

目前的太阳能热水器，是通过集热管吸收热量后传递给管内工质水的。集热管涂层的吸收效率、热传导阻力、集热管的对外散热，影响光热利用效率。生活常识告诉我们：太阳通过窗户射入房间，房间温度升高；房间温度过高时，可通过窗帘遮挡太阳光。同样的窗户，接受相同的太阳辐射，当有窗帘遮挡时，房内接受的太阳热量较少。其原因是当太阳光射进房间，很少反射出去，大部分太阳光被房间内空气介质及四壁吸收，光热转换效率高。而当窗帘遮挡时，窗帘、窗户玻璃吸收太阳光少，吸收的热量通过窗户玻璃或窗帘再传入房内，热阻作用，房间内接受的热量已很少。这样一个生活常识，启发一个太阳能热利用的方法：将太阳光直接辐射被加热介质及容器内壁，介质直接参与光热转换，如太阳光直接辐射水，在水内直接进行光热转换，如果太阳光不再反射出去，那么光热转换效率可以达到近100％。根据黑体原理，在一个空腔容器上开一个小孔，从小孔射入光线，该光线几乎100％被吸收，即吸收率a接近1，该小孔称为“黑体”。盛水容器上开一个小孔，从小孔送入太阳光，那么该太阳光几乎100％被吸收。

发明内容

本发明的目的在于克服现有光热转换技术的不足，提供一种可通过介质直接吸收太阳光进行光热转换的方法。

本发明是通过以下方式实现的：

一种光热转换方法，其特征是利用黑体原理，将太阳光通过小孔直接辐照被加热工质，工质直接接收太阳光进行光热转换。

上述光热转换方法，包括聚光器、接收器、光缆或管道镜、入射口、散射器、容器或管道，聚光器是抛物线形的球形面或柱形面，接收器与光缆或管道镜相连，光缆或管道镜与入射口相连。接收器位于聚光器的焦点接受聚集的太阳光，并传送给光缆或管道镜；光缆或管道镜将强太阳光束多次反射，最终输送到入射口；强光束经入射口进入散射器，散射器将光缆或管道镜内传播方向基本一致的的强光束散射开来；容器或管道接收经入射口射入并经散射器散射的太阳光束，内部介质与内壁面吸收太阳光，将太阳光转换成热能。入射口是耐高温高压的透光体，允许光线射入容器或管道，而防止容器或管道内的介质外泄；容器或管道上的入射口的面积很小，直径为2mm～50mm，与光缆或管道镜的直径大致相当，容器接近理想的黑体。

本发明利用黑体原理，将太阳光通过小孔直接辐照被加热工质(如水)，工质直接接收太阳光进行光热转换。为增加能量密度，可采用太阳光聚光器将太阳光聚集成强光束，聚光器是抛物线形的球形面或柱形面；位于抛物线形球状面或柱状面焦点的接收器接收聚集的太阳光，并传送给光缆或管道镜；光缆或管道镜将聚集的强光束输送到容器或管道的入射口；由入射口将强光束传送到容器或管道内；在容器或管道内实现光热转换。采用聚光和光传输技术可以强化光热转换能力。

聚光器是将低能量密度的自然太阳光聚集成高能量密度的强太阳光，是太阳能高品位利用的前提。聚光器采用抛物线形球状面或柱状面，这是利用抛物线的光学特性：经过焦点并经抛物线反射后的光线平行于抛物线的对称轴，反之平行抛物线对称轴的入射线经抛物线反射后聚集到焦点。太阳光是平行的，将抛物线的对称轴平行于太阳光，太阳光沿平行抛物线对称轴的入射线射向聚光器，经抛物线反射后聚集到焦点。

接收器位于抛物线焦点，接收抛物线反射来的太阳光。因抛物线反射来的太阳光线方向不一致，接收器利用反射原理，将各方向的太阳光线反射成传播方向基本一致的光束，然后送入光缆或管道镜。

强太阳光束在光缆或管道镜内经过多次反射，最终输送到加热容器或管道入射口处。要求光缆或管道镜对太阳光的吸收率低、可以弯曲。

加热容器或管道入射口除接收、传递光束到容器或管道内部外，还应具有密封、可承受高温高压作用的性质。

容器或管道盛有需加热介质，在其内部完成光热转换。容器或管道的入射口面积相对很小，直径为2mm～50mm，接近辐射黑体。黑体的吸收率α＝1，这意味着黑体能够全部吸收各种波长的辐射能。进入入射口的太阳光在容器或管道内要经过介质与壁面多次的吸收和反射，而每经历一次吸收，太阳辐射能就按照介质和内壁吸收率的大小被减弱一次，最终能离开小孔的能量是微乎其微的，可以认为所投入的太阳辐射完全在容器或管道内被吸收。接近辐射黑体的容器或管道，对输入的太阳光束接近全吸收，从而使本发明的太阳能光热利用效率高。

本发明将太阳光直接引入容器内工质，避免了传统太阳能热水器光热利用效率的不足。高温、高压是目前太阳能热利用技术难题，而本技术则容易解决。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明实施例结构示意图

图中1.聚光器，2.接收器，3.光缆或管道镜，4.入射口，5.散射器，6.容器或管道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

抛物线形聚光器1将自然太阳光在抛物线焦点处聚集成强太阳光；安装在抛物线焦点处的接收器2将聚集后方向不一的太阳光线反射成方向基本一致的强太阳光束；接收器2与光缆或管道镜3相连，接收器2将强光束送入光缆或管道镜3；强光束在光缆或管道镜3内多次反射，光缆或管道镜3与入射口4相连，将强光束输送到入射口4；入射口4是耐高温高压的透光体，允许光线射入容器或管道6，而防止容器或管道6内的介质外泄；容器或管道6上的入射口4的面积很小，直径为2mm～50mm，与光缆或管道镜的直径大致相当，容器或管道6接近理想的黑体；进入入射口4设置散射器5，将传播方向基本一致的强光束散射开来；容器或管道6接收入射口4射入并经散射器5散射的太阳光束，在内部介质与内壁面吸收，将太阳光转换成热能。

入射口4采用耐温耐压的高温玻璃密封光缆或管道镜3与容器或管道6的连接，被加热介质可以处于高压状态；容器或管道6实施良好的保温，被加热介质可以达到很高的温度。因此，本发明可以用于太阳能热发电技术，有效拓展了太阳光热利用技术的用途。

图2是本发明的另一实施例结构示意图。在该实施例中，抛物线形聚光器1将自然太阳光在抛物线焦点处聚集成强太阳光；安装在抛物线焦点处的接收器2将聚集后方向不一的太阳光线反射成方向基本一致的强太阳光束；接收器2直接与入射口4相连；入射口4是耐高温高压的透光体，允许光线射入管道6，而防止容器或管道6内的介质外泄；容器或管道6上的入射口4的面积很小，直径为2mm～50mm，与光缆或管道镜的直径大致相当，容器或管道6接近理想的黑体；进入入射口4设置散射器5，将传播方向基本一致的强光束散射开来；容器或管道6接收入射口4射入并经散射器5散射的太阳光束，在内部介质与内壁面吸收，将太阳光转换成热能。

Claims

1.一种光热转换方法，其特征是利用黑体原理，将太阳光通过小孔直接辐照被加热工质，工质直接接收太阳光进行光热转换。

2.根据权利要求1所述的一种光热转换方法，其特征是包括聚光器[1]、接收器[2]、光缆或管道镜[3]、入射口[4]、散射器[5]、容器或管道[6]，聚光器[1]是抛物线形的球形面或柱状面，接收器[2]与光缆或管道镜[3]相连，光缆或管道镜[3]与入射口[4]相连；接收器[2]位于聚光器的焦点接受聚集的太阳光，并传送给光缆或管道镜[3]；光缆或管道镜[3]将强太阳光束多次反射，最终将强光束输送到入射口[4]；强光束经入射口[4]进入散射器[5]，散射器[5]将传播方向基本一致的强光束散射开来；容器或管道[6]接收经入射口[4]射入并经散射器[5]散射的太阳光束，在内部介质与内壁面吸收，将太阳光能转换成热能。

3.根据权利要求2所述的一种光热转换方法，其特征是入射口[4]是耐高温高压的透光体，允许光线射入容器或管道[6]，而防止容器或管道[6]内的介质外泄；容器或管道[6]上的入射口[4]的面积很小，直径为2mm～50mm，与光缆或管道镜[3]的直径相当，容器或管道[6]接近理想的黑体。