CN103148607B - 一种太阳能吸热器 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能吸热器，内壳体（1）、外壳体（7）和工作流体水箱（8）均为圆柱状，内壳体（1）、工作流体水箱（8）在外壳体（7）内部，三者同轴布置；吸热器内部安装有若干带有金属肋片的圆柱状的热管（3），其轴线（RO）与吸热器轴线（O1O2）平行；热管（3）放热段置于工作流体水箱（8）内，外装有套管（18）；热管（3）吸热段置于内壳体（10）内，其上焊接有金属肋片；内壳体（1）、外壳体（7）底部中心开有圆形的采光口（6），采光口（6）处安装有光学玻璃窗（4）和二次聚光器（5）；工作流体进口管（10）进入工作流体水箱（7）之后分为若干支管（11），每根支管（11）与每根热管放热段外的套管（12）相连。

Description

一种太阳能吸热器
技术领域
本发明涉及一种太阳能吸热器，属于太阳能热利用技术。
背景技术
随着传统化石能源的逐渐枯竭和环境问题的不断凸显，太阳能的开发和利用受到人们的普遍关注。碟式太阳能集热系统是一种聚光比高、结构简单、可模块化、特别适合于分布式能源系统的太阳能高温利用系统。在碟式太阳能集热系统中，太阳能吸热器是将太阳能转换为热能的关键部件，对系统的光热转换效率和可靠性有重要影响。
碟式太阳能集热系统的吸热器按吸热方式可以分为利用聚焦太阳光直接加热的直接照射式吸热器和利用热管原理间接加热的热管式吸热器。吸热器通常安装在碟式聚光器的焦点处，不仅需要承受高温，而且需要承受不均匀的太阳辐射造成的局部过热。由于管道表面容易因过热而破坏，所以直接照射式吸热器的使用受到了很大限制。与直接照射式吸热器相比，热管式吸热器利用工质的相变来传递热量，传热能力明显增强，太阳辐射的不均匀不易造成吸热表面的破坏。因此，热管式太阳能吸热器是一种性能优良的光热转换装置。
中国发明专利“高温太阳能热管接收器”（专利号：ZL 200710191145.4）设计了一种高温太阳能接收器，其吸热腔由相邻的异型高温热管吸热段两两相连并对中均匀而成，热管吸热段与放热段用陶瓷圆锥体隔开；异型高温热管的吸热段为梭形，套管套在异型高温热管的放热段上，套管上设有工作流体进口、工作流体出口。经聚光器聚集后的太阳光从采光口入射到吸热腔内，由高温热管的吸热段吸收，在此光能转换成热能；热能从吸热段传向放热段；同时，从工作流体进口管流进的工作流体流经套管时将热量带走，之后从工作流体出口管流出。该发明解决了吸热效率低下、使用受到局限等缺陷。但其吸热腔顶部的陶瓷圆锥体在反射入射光线至热管表面的过程中必然会有一部分光线逸出采光口，使光学损失增加；同时，由高温热管发出的长波热辐射射线可通过采光口直接投向环境，辐射换热损失大，吸热效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能吸热器。
本发明是一种太阳能吸热器，包括内壳体1、保温材料2、带有金属肋片的圆柱状的热管3、玻璃窗4、二次聚光器5、采光口6、外壳体7、工作流体水箱8、工作流体出口管9、工作流体进口管10、工作流体进口管支管11、套管12，内壳体1、外壳体7和工作流体水箱8均为圆柱状，内壳体1、工作流体水箱8在外壳体7内部，三者同轴布置；吸热器内部安装有若干带有金属肋片的圆柱状的热管3，其轴线RO与吸热器轴线O1O2平行；热管3放热段置于工作流体水箱8内，外装有套管18；热管3吸热段置于内壳体1内，其上焊接有金属肋片；内壳体1、外壳体7底部中心开有圆形的采光口6，采光口6处安装有光学玻璃窗4和二次聚光器5；工作流体进口管10进入工作流体水箱7之后分为若干支管11，每根支管11与每根热管放热段外的套管12相连。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明采用热管作为基本的传热组件，热管及肋片上都涂有选择性吸收涂层，所有进入吸热器内部的太阳光线都能直接投射到热管或肋片表面上，提高了吸热效率；
2.吸热器采光口处安装有二次聚光器，不仅可以提高系统的聚光比，减小了由跟踪误差和制造安装误差等引起的光学损失，而且能有效阻拦空气流动，降低对流换热损失；
3.吸热器采光口处安装玻璃窗，除可阻断吸热器内外的空气流动，有效降低吸热器的对流换热损失外，还可反射由高温热管发出的长波辐射，降低辐射换热损失；
4.内壳体表面涂有红外反射涂层，热管发出的热辐射射线经其反射后又被热管吸收，从而使壳体温度降低，减小了吸热器的导热损失和辐射热损失。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图2是热管布置及肋片形状示例图，附图中：1－内壳体；2―保温材料；3－热管；4―玻璃窗；5－二次聚光器；6―采光口；7－外壳体；8－工作流体水箱；9－工作流体出口管；10－工作流体进口管；11－工作流体进口管支管；12—套管。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明是一种太阳能吸热器，包括内壳体1、保温材料2、带有金属肋片的圆柱状的热管3、玻璃窗4、二次聚光器5、采光口6、外壳体7、工作流体水箱8、工作流体出口管9、工作流体进口管10、工作流体进口管支管11、套管12，内壳体1、外壳体7和工作流体水箱8均为圆柱状，内壳体1、工作流体水箱8在外壳体7内部，三者同轴布置；吸热器内部安装有若干带有金属肋片的圆柱状的热管3，其轴线RO与吸热器轴线O1O2平行；热管3放热段置于工作流体水箱8内，外装有套管18；热管3吸热段置于内壳体1内，其上焊接有金属肋片；内壳体1、外壳体7底部中心开有圆形的采光口6，采光口6处安装有光学玻璃窗4和二次聚光器5；工作流体进口管10进入工作流体水箱7之后分为若干支管11，每根支管11与每根热管放热段外的套管12相连。
如图1、图2所示，内壳体1由耐高温材料制成，其上涂有红外反射涂层。热管3布置在距离吸热器轴线O1O2不同半径的圆周上，同一半径的圆周上均匀安装若干根热管；距吸热器轴线O1O2最远半径的圆周上的热管3的肋片为直肋，相邻热管通过肋片在吸热段两两相连；其余热管上的肋片为环肋。热管3的吸热段及肋片上涂有选择性吸收涂层。
如图1、图2所示，二次聚光器5为平顶锥形，内侧贴有反光材料；二次聚光器顶部直径与采光口6直径相等，底部直径与外壳体7直径相等。内壳体1、外壳体6、工作流体水箱7之间填充保温材料2。
如图1、图2所示，本发明由内壳体1、保温材料2、带有金属肋片的圆柱状热管3、玻璃窗4、二次聚光器5、采光口6、外壳体7、工作流体水箱8、工作流体出口管9、工作流体进口管10、工作流体进口管支管11、套管12组成。吸热器内部布置有热管3。太阳光线经聚光器反射后，理想光线直接通过安装在采光口处的玻璃窗4进入吸热器，非理想光线经过二次聚光器5的反射也通过玻璃窗4进入吸热器；入射光线进入吸热器后直接被热管3的吸热段或者金属肋片吸收，太阳辐射能转换成热能；热能由热管3的吸热段传至放热段；同时，从工作流体进口管10流进的工作流体经过支管11后进入高温热管3外部的套管12内，将热量带走，之后从工作流体出口管9流出。
本实施方式考虑了整个吸热器的吸热性能，入射光线进入吸热器后都能直接投射到热管表面或金属肋片上，提高了吸热性能；吸热器带有二次聚光器5，既可提高系统聚光比，又能有效阻拦空气流动，降低对流换热损失；采光口5处安装有高透光率的玻璃窗4，除可阻断吸热器内外的空气流动，降低对流换热损失外，还可反射高温热管发出的长波辐射，减小辐射换热损失；内壳体1表面涂有红外反射涂层，用于反射热管发出的热辐射射线，可降低壳体温度，减小吸热器的导热损失和辐射热损失。这样就最大限度地减小了吸热器的热损失，保证了吸热效率。

Claims (5)

1.一种太阳能吸热器，包括内壳体（1）、保温材料（2）、带有金属肋片的圆柱状的热管（3）、玻璃窗（4）、二次聚光器（5）、采光口（6）、外壳体（7）、工作流体水箱（8）、工作流体出口管（9）、工作流体进口管（10）、工作流体进口管支管（11）、套管（12），其特征在于内壳体（1）、外壳体（7）和工作流体水箱（8）均为圆柱状，内壳体（1）、工作流体水箱（8）在外壳体（7）内部，三者同轴布置；吸热器内部安装有若干带有金属肋片的圆柱状的热管（3），其轴线（RO）与吸热器轴线（O1O2）平行；热管（3）放热段置于工作流体水箱（8）内，外装有套管（18）；热管（3）吸热段置于内壳体（1）内，其上焊接有金属肋片；内壳体（1）、外壳体（7）底部中心开有圆形的采光口（6），采光口（6）处安装有光学玻璃窗（4）和二次聚光器（5）；工作流体进口管（10）进入工作流体水箱（7）之后分为若干支管（11），每根支管（11）与每根热管放热段外的套管（12）相连；所述的热管（3）布置在距离吸热器轴线（O1O2）不同半径的圆周上，同一半径的圆周上均匀安装若干根热管；距吸热器轴线（O1O2）最远半径的圆周上的热管（3）的肋片为直肋，相邻热管通过肋片在吸热段两两相连；其余热管上的肋片为环肋。
2.根据权利要求1所述的太阳能吸热器，其特征在于：所述的内壳体（1）由耐高温材料制成，其上涂有红外反射涂层。
3.根据权利要求1所述的太阳能吸热器，其特征在于：所述的热管（3）的吸热段及肋片上涂有选择性吸收涂层。
4.根据权利要求1所述的太阳能吸热器，其特征在于：所述的二次聚光器（5）为平顶锥形，内侧贴有反光材料；二次聚光器顶部直径与采光口（6）直径相等，底部直径与外壳体（7）直径相等。
5.根据权利要求1所述的太阳能吸热器，其特征在于：所述的内壳体（1）、外壳体（6）、工作流体水箱（7）之间填充保温材料（2）。
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