CN102589160B - 圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器 - Google Patents

圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器 Download PDF

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Abstract

圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器，本发明涉及一种太阳能吸热器。本发明为了解决圆柱形腔体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。吸热器壳体的内腔为圆柱与圆锥复合腔体，吸热器侧面部分盘管缠绕在圆柱形壳体内壁上，吸热器底面圆锥形段盘管缠绕在圆锥形壳体内壁上，吸热器侧面部分盘管的进口端与吸热器底面圆锥形段盘管的出口端连通，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，且工作介质出口管与吸热器侧面部分盘管的出口端连通，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圆锥形段盘管的进口端连通。本发明用于吸收太阳能。

Description

圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器
技术领域
本发明涉及一种太阳能吸热器，具体涉及一种圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器，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式太阳能吸热器的光学损失大。因此提高腔体式太阳能吸热器的光学效率是提高太阳能热发电效率的途径之一。
圆柱形腔体式太阳能吸热器和平顶锥形腔体式太阳能吸热器的吸热体一般由金属管盘绕而成圆柱形或平顶锥形换热面，吸热体的金属管内部走换热流体，金属管外壁面靠近吸热器腔体内部侧吸收高汇聚太阳能辐射热流，金属管外壁面远离吸热器腔体侧敷以保温层进行隔热以减少换热损失。然而，圆柱形腔体式太阳能吸热器和平顶锥形腔体式太阳能吸热器底面处的金属管在盘绕过程中很难布满整个底面，存在吸收太阳能辐射热流的死角问题，死角面积约占底面面积的10％；如文献M.Prakash，S.B.Kedare，J.K.Nayak，Investigations on heat losses from a solar cavity receiver.Solar Energy，200983：157-170所示的圆柱形腔体式太阳能吸热器及文献中国专利200410000650.2所示的平顶锥形腔体式太阳能吸热器就存在吸收太阳能辐射热流的死角问题。吸热器底面处无金属管盘绕的死角越大，光学损失也就越大。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的圆柱形腔体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角的问题，进而提供一种圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器。
本发明的技术方案是：圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器包括矿渣棉保温层、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圆锥形段盘管，吸热器壳体的内腔为圆柱与圆锥复合腔体，吸热器壳体为下敞口式壳体，吸热器壳体的下部为圆柱形壳体，吸热器壳体的上部为圆锥形壳体，所述吸热器侧面部分盘管缠绕在圆柱形壳体内壁上，所述吸热器底面圆锥形段盘管缠绕在圆锥形壳体内壁上，吸热器侧面部分盘管的进口端与吸热器底面圆锥形段盘管的出口端连通，所述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圆锥形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正圆锥型结构，腔体式太阳能吸热器底面处的盘管在缠绕过程中，不再是在同一平面处盘绕，而是向腔体外侧呈圆锥形螺旋状盘绕。本发明的太阳能吸热器能够解决传统腔体式太阳能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。当吸收器壁面吸收率为0.60时，圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器的光学效率为68.249％。
附图说明
图1是本发明的圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器的整体结构主视图；图2是本发明的圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器的光学效率随着圆锥形壳体无量纲高度h/H不同而变化曲线图(图中7表示圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器光学效率曲线，8表示圆柱形腔体式太阳能吸热器光学效率，9表示存在吸收太阳能辐射死角的传统圆柱形腔体式太阳能吸收器的光学效率)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器包括矿渣棉保温层1、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和吸热器底面圆锥形段盘管6，吸热器壳体2的内腔为圆柱与圆锥复合腔体，吸热器壳体2为下敞口式壳体，吸热器壳体2的下部为圆柱形壳体，吸热器壳体2的上部为圆锥形壳体，所述吸热器侧面部分盘管3缠绕在圆柱形壳体内壁上，所述吸热器底面圆锥形段盘管6缠绕在圆锥形壳体内壁上，吸热器侧面部分盘管3的进口端与吸热器底面圆锥形段盘管6的出口端连通，所述吸热器壳体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与吸热器底面圆锥形段盘管6的进口端连通。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的吸热器壳体2的圆锥形壳体的高度h与吸热器壳体2的高度H之比为0.125。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金属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，与吸热器底面处金属管盘绕整个底面的理想情况下圆柱形腔体式太阳能吸热器相比，圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器的光学效率有所提高。当吸收器的壁面吸收率为0.60时，圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器的光学效率为68.249％，比理想情况下圆柱形腔体式太阳能吸热器的光学效率高0.338％，理想情况下圆柱形腔体式太阳能吸热器的光学效率为67.911％。比传统圆柱形腔体式太阳能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达2.458％。当圆锥段无量纲高度h/H小于0.375时，圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器的光学效率高于底面含有10％吸收太阳能辐射热流死角的圆柱形腔体式太阳能吸收器。当圆锥段无量纲高度h/H大于0.375时，接收面积的降低对圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器的光学效率的影响大于底部通过圆锥形改变几何光学路线的影响，因此圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器的光学效率甚至低于底面含有10％吸收太阳能辐射热流死角的圆柱形腔体式太阳能吸收器。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

Claims (1)

1.一种圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器，圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器包括矿渣棉保温层(1)、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)和吸热器底面圆锥形段盘管(6)，其特征在于：吸热器壳体(2)的内腔为圆柱与圆锥复合腔体，吸热器壳体(2)为下敞口式壳体，吸热器壳体(2)的下部为圆柱形壳体，吸热器壳体(2)的上部为圆锥形壳体，所述吸热器侧面部分盘管(3)缠绕在圆柱形壳体内壁上，所述吸热器底面圆锥形段盘管(6)缠绕在圆锥形壳体内壁上，吸热器侧面部分盘管(3)的进口端与吸热器底面圆锥形段盘管(6)的出口端连通，所述吸热器壳体(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)与吸热器底面圆锥形段盘管(6)的进口端连通，吸热器壳体(2)的圆锥形壳体的高度h与吸热器壳体(2)的高度H之比为0.125。 
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