CN101846402A - 菲涅尔太阳集热器 - Google Patents

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Abstract

一种菲涅尔太阳集热器，包括接收器与聚光模块，其中该聚光模块设有多个反射镜，用以将太阳光反射至接收器，而该接收器通过支架设于聚光模块的上方，并且该接收器分为数段，每段之间通过一传输管连接，而接收器的每段均包括一系列相互平行延伸的吸热管，这些吸热管的两端均与该段接收器两端的传输管连接，通过如此设置，从每段接收器的吸热管流出的热传输流体流入传输管中进行混合，交换热量，之后再流入下一段接收器中吸收热量，如此可克服现有接收器吸热管中热传输流体受热不均的缺陷，从而更利于提高吸热效率。

Description

菲涅尔太阳集热器
【技术领域】
本发明涉及一种太阳能集热器，特别是指菲涅尔太阳集热器的接收器。
【背景技术】
菲涅尔太阳集热器主要包括一线性菲涅尔反射器(Linear FresnelReflector，LFR)系统及一接收器，该线性菲涅尔反射器系统包括一线性反射器场，该线性反射器场由多个并排平行设置的反射器组成，同时这些反射器可通过一跟踪装置驱动以跟踪太阳的运动。这些反射器反射的太阳光被集中射向设置于这些反射器上方的接收器内，通过该接收器将太阳能转换为热能。通常一个接收器可设置在多个反射器之间，以便接收该多个反射器反射的太阳光。此相关的现有技术可参阅公开号为WO2009/023063的PCT专利申请，该专利申请所揭示的菲涅尔太阳集热器的吸收器在中间设有多个与反射器的反射镜平行的吸热管，而在该吸收器的侧面设置反射元件，如此一部分经反射器反射的太阳光会经过该反射元件反射后再照射至吸热管上，此种结构的不足之处是因吸热管贯穿整个接收器，部分吸热管可能因为受辐射集中而令其内部的热传输流体加热充分，从而能够吸收最大容量的热能，而处于边缘的吸热管因受辐射较少而令其内的热传输流体加热不充分，从而未能充分利用热传输流体的吸热性能，从而不利于提高吸热效率。再者，由于部分吸热管受辐射集中，温度较高，相应的热变形较大，而边缘的吸热管则变形较小，如此需在系统设计时考虑此种状况而做相应的处理，从而增加系统设计的复杂度。特别是如果吸热管较长时，此种热变形不均的情况将更加严重。
【发明内容】
本发明目的在于提供一种菲涅尔太阳集热器，用以克服现有菲涅尔太阳集热器的吸热效率较低及吸热管变形不均的缺陷。
为实现上述目的，实施本发明的菲涅尔太阳集热器包括接收器与聚光模块，其中该聚光模块设有多个反射镜，用以将太阳光反射至接收器，而该接收器通过支架设于聚光模块的上方，其中该接收器分为数段，每段之间通过一传输管连接，而接收器的每段均包括一系列相互平行延伸的吸热管，这些吸热管的两端均与该段接收器两端的传输管连接。
依据上述主要特征，每段接收器的一系列相互平行延伸的吸热管共同形成一腔体，并且该腔体面对聚光模块的一端设有一开口，从聚光模块聚焦的太阳光从开口进入腔体，并在腔体内多次反射并被吸收。
依据上述主要特征，该接收器在开口外部覆盖一透明盖体。
依据上述主要特征，该透明盖体为平板状。
依据上述主要特征，该透明盖体向背离开口的方向凸出并呈曲面设置。
依据上述主要特征，该透明盖体由高透光率低反射率的材料制成。
依据上述主要特征，该透明盖体的材质为硅气凝胶。
依据上述主要特征，该密封盖体至开口处均填充有硅气凝胶，该吸热管被包覆于硅气凝胶中。
依据上述主要特征，该接收器的腔体呈拱形或马蹄形结构。
依据上述主要特征，该吸热管表面依次镀有半导体吸收层与氧化物保护层。
依据上述主要特征，该密封盖体上设有单向空气阀。
依据上述主要特征，每段接收器两端设有固定法兰，固定法兰之间设有分流槽，该分流槽一端与传输管连接，而另一端与所有吸热管端口连接。
与现有技术相比较，本发明通过将接收器分为数段，每段之间通过一传输管连接，而接收器的每段均包括一系列相互平行延伸的吸热管，这些吸热管的两端均与该段接收器两端的传输管连接，通过如此设置，从每段接收器的吸热管流出的热传输流体流入传输管中进行混合，交换热量，之后再流入下一段接收器中吸收热量，如此可克服现有接收器吸热管中热传输流体受热不均的缺陷，从而更利于提高吸热效率，同时也可克服吸热管受热变形不均的缺陷。
【附图说明】
图1为实施本发明的菲涅尔太阳集热器的结构示意图。
图2为图1所示的菲涅尔太阳集热器的接收器的示意图。
图3为图2所示的接收器的一段的立体示意图。
图4为图3所示的一段接收器的透视图。
图5为图3所示的一段接收器的端面侧视图。
【具体实施方式】
请参阅图1所示，为实施本发明的菲涅尔太阳集热器的结构示意图，该菲涅尔太阳集热器1包括聚光模块10与接收器11。其中该聚光模块10设有多个条状反射镜100，并且该聚光模块10还设有太阳跟踪结构(未图示)，该太阳跟踪结构转动反射镜100以跟踪太阳的运动从而维持聚焦，此太阳跟踪结构在现有技术中多有描述，此处不再详细说明。
请参阅图2所示，接收器11分为数段，每段吸收器之间通过传输管120连接。
请结合图3所示，以下仅针对一段接收器的结构进行说明，其他段的接收器结构均与此相同，该接收器11包括一密封盖体110，在具体实施时，该密封盖体110外表面呈流线形(如半圆形或椭圆形)，从而减少空气阻力，并且该密封盖体110内部设有一系列相互平行延伸的吸热管113，该些吸热管113共同形成一腔体111，并且该腔体111面对聚光模块10的一端设有一开口112，该腔体111一端至开口112一端的截面的横向尺寸依次增大，如此形成上部较小而底部较大的呈拱形结构，以减少黑体辐射所造成的热损失，或者腔体111也可呈马蹄形，通过如此设置，聚光模块10所聚集的太阳光12从开口112射入该腔体111内部，并在腔体内多次反射从而实现高效率的吸收。
请参阅图3与图4所示，该密封盖体110内设有一些管支架117，该吸热管113通过这些管支架117而支撑在密封盖体110内，在实施时，这些管支架117为绝热性较佳的材料制成，从而防止吸热管113通过管支架117向外部传导热能。同时为防止接收器11内的热量因空气对流而散发，该接收器11还可在开口112外部覆盖一透明盖体114，在本实施例中，该透明盖体114呈平板状。当然，该透明盖体114也可设置呈曲面，即可设置为向背离开口112的方向凸出，如此经聚光模块10集中的太阳光以垂直于该曲面的方向从该透明盖体114透射至该腔体111内，如此可减少反射，从而最大效率的利用被集中的太阳光。较佳的，该透明盖体114可由硅气凝胶材料制成，因为硅气凝胶纤细的纳米网络结构可有效地限制局域热激发的传播，其固态热导率比相应的玻璃态材料低2-3个数量级。同时，硅气凝胶的折射率接近1，而且对红外线的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光，并阻止环境温度的红外，成为一种理想的透明隔热材料，并且可通过掺杂的手段，可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导，常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低达0.013W/m·K，是目前热导率最低的固态材料，而掺入二氧化钛可使硅气凝胶成为新型高温隔热材料，800K时的热导率仅为6.03w/m·K。由于硅气凝胶材料具有较佳的绝热效果，因此可在密封盖体110至开口112之间均可填充上硅气凝胶材料，以达到防止对流热损失的目的。另外，为防止吸热管通过空气为媒介传输热能，可在密封盖体110与透明盖体114之间的空间抽为真空形成一真空室118，在具体实施时，可在密封盖体110上设置一单向空气阀116，利用抽气装置(未图示)通过此单向空气阀116而将密封盖体110与透明盖体114之间的空间抽为真空。再者，该接收器11两端设有固定法兰119，固定法兰119之间设有分流槽121，该分流槽121一端与传输管120连接，而另一端与所有吸热管113一端连接。
再者，由于达45％的太阳辐射能量主要集中于波长为(0.3-0.7μm)的可见光的光谱范围内，因此可以在吸热管113表面依次涂覆有半导体涂层与氧化物保护层，该半导体涂层是作为选择性吸收涂层，在太阳能利用领域，理想的选择性吸收材料是对太阳光的可见光部分完全吸收，即对可见光波段的光线吸收率高，而对红外波段具有很高的反射率，同时也利用基底金属材料(金属吸热管)的低红外发射率而提高整个吸热管的红外反射率，即尽可能降低红外区域的发射率，以减小接收器的黑体辐射。由于半导体材料中存在禁带宽度Eg，它只能吸收能量大于Eg的波长，所以存在一个截止波长λc(λc(μm)＝1.24/Eg(eV))，即只有波长λ＜λc的可见、紫外光等，才能使半导体中电子发生跃迁进入导带，引起电子与晶格中质点碰撞，将光能转化为热能；而对于波长λ＞λc的红外光因为能量低不被吸收而透过此半导体涂层，并利用金属吸热管(通常为铜或铁)的高反射特性反射出来，从而构成了半导体涂层的光谱选择性吸收作用。通常Ge、Si、GaAs的禁带宽度在室温下分别为0.66eV、1.12eV、1.42eV，即其对应的截止波长λc(μm)相应为1.88、1.11、0.87，因此波长为(0.3-0.7μm)的可见光均可很好的被上述半导体材料的涂层吸收。
而该氧化物保护层主要是消光系数很小的电介质，如Al2O3，SiO2等，厚度通常是四分之一可见光波长范围内，可以起到增透可见光的作用，同时该氧化物保护层具有较强的抗腐蚀能力和热稳定性，从而也可保护半导体涂层与金属吸热管，防止氧化及腐蚀。
与现有技术相比较，本发明通过将接收器分为数段，每段之间通过一传输管连接，而接收器的每段均包括一系列相互平行延伸的吸热管，这些吸热管的两端均与该段接收器两端的传输管连接，通过如此设置，从每段接收器的吸热管流出的热传输流体流入传输管中进行混合，交换热量，之后再流入下一段接收器中吸收热量，如此可以充分利用热交换流体的吸热性能，并克服现有接收器吸热管中热传输流体受热不均的缺陷，从而更利于提高吸热与传热效率，同时也可克服吸热管受热变形不均的缺陷。同时将透明盖体与密封盖体之间设为真空，从而可以有效的减少对流热损失，提高接收器的吸热效率，并且通过在吸热管表面设置半导体涂层与氧化物保护层，可也以更好的吸收太阳光，并且不对外辐射红外光，从而令该接收器腔体的热平衡温度较小，以降低接收器的黑体辐射及提高提高光能-热能转换效率，同时利用氧化物保护层可以令半导体涂层与金属吸热管与空气隔离，从而避免半导体涂层与金属吸热管氧化，从而增加接收器的使用寿命。

Claims (12)

1.一种菲涅尔太阳集热器，包括接收器与聚光模块，其中该聚光模块设有多个反射镜，用以将太阳光反射至接收器，而该接收器通过支架设于聚光模块的上方，其特征在于：该接收器分为数段，每段之间通过一传输管连接，而接收器的每段均包括一系列相互平行延伸的吸热管，这些吸热管的两端均与该段接收器两端的传输管连接。
2.如权利要求1所述的菲涅尔太阳集热器装置，其特征在于：每段接收器的一系列相互平行延伸的吸热管共同形成一腔体，并且该腔体面对聚光模块的一端设有一开口，从聚光模块聚焦的太阳光从开口进入腔体，并在腔体内多次反射并被吸收。
3.如权利要求2所述的菲涅尔太阳集热器，其特征在于：该接收器在开口外部覆盖一透明盖体。
4.如权利要求3所述的菲涅尔太阳集热器，其特征在于：该透明盖体为平板状。
5.如权利要求3所述的菲涅尔太阳集热器，其特征在于：该透明盖体向背离开口的方向凸出并呈曲面设置。
6.如权利要求4或5所述的菲涅尔太阳集热器，其特征在于：该透明盖体由高透光率低反射率的材料制成。
7.如权利要求6所述的菲涅尔太阳集热器，其特征在于：该透明盖体的材质为硅气凝胶。
8.如权利要求7所述的菲涅尔太阳集热器，其特征在于：该密封盖体至开口处均填充有硅气凝胶，该吸热管被包覆于硅气凝胶中。
9.如权利要求1所述的菲涅尔太阳集热器，其特征在于：该接收器的腔体呈拱形或马蹄形结构。
10.如权利要求1所述的菲涅尔太阳集热器，其特征在于：该吸热管表面依次镀有半导体吸收层与氧化物保护层。
11.如权利要求1所述的菲涅尔太阳集热器，其特征在于：该密封盖体上设有单向空气阀。
12.如权利要求1所述的菲涅尔太阳集热器，其特征在于：每段接收器两端设有固定法兰，固定法兰之间设有分流槽，该分流槽一端与传输管连接，而另一端与所有吸热管端口连接。
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