CN102331094A - 一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器 - Google Patents

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Abstract

一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器，本发明涉及一种太阳能吸热器。本发明为了解决倒平顶锥形腔式太阳能吸热器底面处的金属管难于布满底面，存在吸热器吸收太阳能辐射热流死区的问题。锥形吸热器壳体下端内径小于锥形吸热器壳体上端内径，锥形吸热器壳体的底面为内凸式结构，锥形吸热器壳体的底面呈V字型结构，吸热器侧面部分盘管缠绕在锥形吸热器壳体侧面内壁上，吸热器底面内凸起段盘管缠绕在锥形吸热器壳体的底面上，吸热器侧面部分盘管的进口端与吸热器底面内凸起段盘管的出口端连通，锥形吸热器壳体的外表面上设置有矿渣棉保温层，工作介质出口管穿设在矿渣棉保温层内，工作介质进口管穿设在矿渣棉保温层内。本发明用于吸收太阳能。

Description

一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器
技术领域
本发明涉及一种太阳能吸热器，具体涉及一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器，属于太阳能热利用技术领域。
背景技术
太阳能热利用是可再生能源发展的有效途径之一。目前国际上太阳能热发电聚光技术主要有三种形式：槽式、塔式和碟式。槽式太阳能热发电技术已经为成熟的商业化技术，而塔式和碟式太阳能热发电技术仍处于试验和示范阶段。
太阳能热发电系统中的聚光器利用自身几何光学特性将低辐射热流密度的太阳光汇聚后，形成高的辐射热流密度。安置在聚光器焦点处的腔体吸热器吸收高倍汇聚的太阳能辐射，通过耦合换热的方式将汇聚的太阳能转换为热能。腔体式吸热器外形一般有如下5种：圆柱形、平顶锥形、椭圆形、复合平顶锥形以及球形。太阳能热发电平均效率为15％左右。导致太阳能热发电平均效率低的一个因素就是腔体吸热器的光学损失大。因此提高腔体吸热器的光学效率是提高太阳能热发电效率的途径之一。
倒平顶锥形腔式太阳能吸热器由于制造成本低和制造方便等优点，可以被广泛应用到塔式或碟式聚光系统中。倒平顶锥形腔式太阳能吸热器的效率高低，对整个太阳能热动力发电系统效率的高低有着重要的影响。然而，倒平顶锥形吸热器在制造过程中存在吸热器底面处的金属管在实际制造、盘绕过程中很难布满整个底面，存在吸热器吸收太阳能辐射热流的死区问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的倒平顶锥形腔式太阳能吸热器底面处的金属管难于布满整个底面，存在吸热器吸收太阳能辐射热流死区的问题，进而提供一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器。
本发明的技术方案是：一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器包括矿渣棉保温层、锥形吸热器壳体、吸热器侧面部分盘管、工作介质出口管、工作介质进口管和吸热器底面内凸起段盘管，锥形吸热器壳体为下敞口式壳体，锥形吸热器壳体的下端内径DA小于锥形吸热器壳体的上端内径DC，所述锥形吸热器壳体的底面为内凸式结构，锥形吸热器壳体的底面呈V字型结构，所述吸热器侧面部分盘管缠绕在锥形吸热器壳体侧面内壁上，所述吸热器底面内凸起段盘管缠绕在锥形吸热器壳体的底面上，吸热器侧面部分盘管的进口端与吸热器底面内凸起段盘管的出口端连通，所述锥形吸热器壳体的外表面上设置有矿渣棉保温层，所述工作介质出口管穿设在矿渣棉保温层内，且工作介质出口管与吸热器侧面部分盘管的出口端连通，所述工作介质进口管穿设在矿渣棉保温层内，且工作介质进口管与吸热器底面内凸起段盘管的进口端连通。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明的吸热器壳体的底面呈V字型结构，底面处的盘管在缠绕过程中，不再是在同一平面处盘绕，而是向腔体内侧成V字型螺旋状盘绕，形成一种内凸起吸热面。本发明的太阳能吸热器能够解决传统腔体式吸热器底面处金属管无法盘绕整个底面，存在吸热器腔体吸收太阳能辐射死角的情况，光学效率的提高最高可达8.516％。
附图说明
图1是本发明的底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器的整体结构主视图；图2是本发明的底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器的光学效率随着底面盘管内凸起无量纲高度h/H不同而变化曲线图(图中7表示底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器光学效率曲线，8表示存在吸收太阳能辐射死角的腔体吸收器的光学效率)；图3是锥形吸热器壳体2的下端内径DA与锥形吸热器壳体2的上端内径DC比例关系对底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器的光学效率影响曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器包括矿渣棉保温层1、锥形吸热器壳体2、吸热器侧面部分盘管3、工作介质出口管4、工作介质进口管5和吸热器底面内凸起段盘管6，锥形吸热器壳体2为下敞口式壳体，锥形吸热器壳体2的下端内径DA小于锥形吸热器壳体2的上端内径DC，所述锥形吸热器壳体2的底面为内凸式结构，锥形吸热器壳体2的底面呈V字型结构，所述吸热器侧面部分盘管3缠绕在锥形吸热器壳体2侧面内壁上，所述吸热器底面内凸起段盘管6缠绕在锥形吸热器壳体2的底面上，吸热器侧面部分盘管3的进口端与吸热器底面内凸起段盘管6的出口端连通，所述锥形吸热器壳体2的外表面上设置有矿渣棉保温层1，所述工作介质出口管4穿设在矿渣棉保温层1内，且工作介质出口管4与吸热器侧面部分盘管3的出口端连通，所述工作介质进口管5穿设在矿渣棉保温层1内，且工作介质进口管5与吸热器底面内凸起段盘管6的进口端连通。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的锥形吸热器壳体2的底面凸起高度h与锥形吸热器壳体2的高度H之比为0.75至1。如此设置，太阳能吸热器的光学效率随着底面盘管内凸起无量纲高度h/H不同而变化。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的锥形吸热器壳体2的底面凸起高度h与锥形吸热器壳体2的高度H之比为1。如此设置，当采用壁面吸收率为0.65，h/H＝1时，底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器的光学效率为78.139％，比吸热器底面处的金属管盘绕整个底面的理想情况下传统无内凸起倒平顶锥形腔体式太阳能吸热器的光学效率高2.491％，比存在吸收太阳能辐射死角的传统无内凸起倒平顶锥形腔体式太阳能吸热器的光学效率高4.981％其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的锥形吸热器壳体2的底面凸起高度h与锥形吸热器壳体2的高度H之比为0.875。如此设置，在保持吸热器其他物性及边界一致情况下，如吸热器采用相同的盘管的材质及壁面吸收率、相同的保温材料和采光口侧的太阳辐射热流密度分布等，与吸热器底面处管盘绕整个底面的理想情况下圆柱形腔体式吸热器相比，底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器的光学效率有所提高。如图2所示，当采用壁面吸收率为0.65时，随着底面盘管内凸起无量纲高度h/H的增加，底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器的光学效率增大；当h/H＝0.875时，底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器的光学效率达到最大值，为81.674％；比底面处金属管盘绕整个底面的理想情况下的传统无内凸起倒平顶锥形腔体式吸热器的光学效率(为75.648％)高6.026％，比存在吸收太阳能辐射死角传统无内凸起倒平顶锥形腔体吸热器的光学效率(为73.158％)高8.516％；此后，随着无量纲高度h/H的增加，底面内凸式倒平顶锥形腔体式太阳能吸热器的光学效率略有降低。当h/H＝1时，底面内凸式倒平顶锥形腔体式太阳能吸热器的光学效率为78.139％，比吸热器底面处的金属管盘绕整个底面的理想情况下传统无内凸起倒平顶锥形腔体式吸热器的光学效率高2.491％，比存在吸收太阳能辐射死角的传统无内凸起倒平顶锥形腔体吸热器的光学效率高4.981％。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的锥形吸热器壳体2的下端内径DA与锥形吸热器壳体2的上端内径DC的比值(即相对开口直径DA/DC)范围是0.4至0.9。如此设置，提高了光学效率。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的锥形吸热器壳体2的下端内径DA与锥形吸热器壳体2的上端内径DC的比值是0.5。如此设置，当h/H＝0.875时，底面内凸式倒平顶锥形腔体式太阳能吸热器的光学效率要比其他开口直径下的底面内凸式倒平顶锥形腔体式太阳能吸热器都要高，最高差值可达6.582％。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。

Claims (6)

1.一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器，它包括矿渣棉保温层(1)、锥形吸热器壳体(2)、吸热器侧面部分盘管(3)、工作介质出口管(4)、工作介质进口管(5)和吸热器底面内凸起段盘管(6)，其特征在于：锥形吸热器壳体(2)为下敞口式壳体，锥形吸热器壳体(2)的下端内径DA小于锥形吸热器壳体(2)的上端内径DC，所述锥形吸热器壳体(2)的底面为内凸式结构，锥形吸热器壳体(2)的底面呈V字型结构，所述吸热器侧面部分盘管(3)缠绕在锥形吸热器壳体(2)侧面内壁上，所述吸热器底面内凸起段盘管(6)缠绕在锥形吸热器壳体(2)的底面上，吸热器侧面部分盘管(3)的进口端与吸热器底面内凸起段盘管(6)的出口端连通，所述锥形吸热器壳体(2)的外表面上设置有矿渣棉保温层(1)，所述工作介质出口管(4)穿设在矿渣棉保温层(1)内，且工作介质出口管(4)与吸热器侧面部分盘管(3)的出口端连通，所述工作介质进口管(5)穿设在矿渣棉保温层(1)内，且工作介质进口管(5)与吸热器底面内凸起段盘管(6)的进口端连通。
2.根据权利要求1所述的一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器，其特征在于：锥形吸热器壳体(2)的底面凸起高度h与锥形吸热器壳体(2)的高度H之比为0.75至1。
3.根据权利要求2所述的一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器，其特征在于：锥形吸热器壳体(2)的底面凸起高度h与锥形吸热器壳体(2)的高度H之比为1。
4.根据权利要求2所述的一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器，其特征在于：锥形吸热器壳体(2)的底面凸起高度h与锥形吸热器壳体(2)的高度H之比为0.875。
5.根据权利要求4所述的一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器，其特征在于：锥形吸热器壳体(2)的下端内径DA与锥形吸热器壳体(2)的上端内径DC的比值范围是0.4至0.9。
6.根据权利要求5所述的一种底面内凸式倒平顶锥形腔式太阳能吸热器，其特征在于：锥形吸热器壳体(2)的下端内径DA与锥形吸热器壳体(2)的上端内径DC的比值是0.5。
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