CN103344050A - 带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热器及其方法 - Google Patents

带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热器及其方法 Download PDF

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范利武
董飞英
汪超
李佳琦
帅鸥
张良
洪荣华
俞自涛
胡亚才
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Abstract

本发明公开了一种带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热器及其方法。在腔体吸热器开口处设有半开式透明光圈孔盖，腔体吸热器包括腔体吸热器外壁保温材料、吸热器内壁面、吸热管、连接螺纹，腔体吸热器为开口式圆柱状腔体吸热器，腔体吸热器本体侧壁从外到内顺次设有腔体吸热器外壁保温材料、吸热器内壁面、吸热管，吸热管为热管，腔体吸热器本体开口处设有连接螺纹，腔体吸热器本体通过连接螺纹与半开式透明光圈孔盖相连，反射镜的焦点或焦平面与腔体吸热器的开口平面中心重合。本发明可为实际应用中碟式太阳能腔体吸热器的光协同优化设计和抑制对流热损失提供理论和实验依据，并将对碟式热发电技术的规模化发展产生积极的推动作用。

Description

带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热器及其方法
技术领域
    本发明涉及太阳能利用装置，尤其涉及一种带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热器及其方法。
背景技术
现有的碟式太阳能热发电系统通常由碟式抛物面反射镜、腔体吸热器和斯特林机三部分组成。系统所接收的太阳辐射总能量有很大一部分以热损失的形式消耗掉，其中腔体吸热器的热损失又占了总热损失的较大比例。腔体吸热器的热损失从传热机理上可以分为三种，即：腔体内高温空气的对流、通过光圈孔的辐射和通过腔体壁面的导热。导热在总热损失中所占的比例极小，通常在腔体吸热器外敷设一定厚度的耐热保温材料即可取得良好的效果。辐射和对流则在总热损失中占据了绝大部分，其中对流热损失所占比例可高达40%。
目前国内外相关研究已经阐明了腔体吸热器对流热损失的影响因素和变化特性，提出了一些可以有效提高聚光集热效率的新型腔体几何结构，但尚未系统性地对抑制对流热损失的途径进行探索。一种直接的思路是通过在腔体吸热器光圈孔上加装透明孔盖，隔绝腔体内外的空气对流以抑制对流热损失。如中国专利200910310370.4提出一种具有光学窗口的腔体式太阳能吸热器，光学窗口的二次反射效应提高了腔体内壁辐射能流分布的均匀性、降低了热损失，并存在一个临界温度点，在高于该温度时使用光圈孔盖可以提升腔体的吸热效率。然而该方法的缺点是孔盖的存在也会一定程度上降低腔体对太阳辐射能量的总吸收，有进一步改进提升的空间。
发明内容
本发明的目的是为了解决完全开口式腔体吸热器对流损失大，带光学窗口的腔体接收器降低了腔体对太阳能辐射能量的总吸收等问题，提供一种带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热器及其方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热器包括腔体吸热器、半开式透明光圈孔盖、反射镜、反射镜支架；在腔体吸热器开口处设有半开式透明光圈孔盖，反射镜通过反射镜支架固定，腔体吸热器包括腔体吸热器外壁保温材料、吸热器内壁面、吸热管、连接螺纹，腔体吸热器为开口式圆柱状腔体吸热器，腔体吸热器本体侧壁从外到内顺次设有腔体吸热器外壁保温材料、吸热器内壁面、吸热管，吸热管为热管，均匀盘绕分布于所述吸热器内壁面上，腔体吸热器本体开口处设有连接螺纹，腔体吸热器本体通过连接螺纹与半开式透明光圈孔盖相连，反射镜的焦点或焦平面与腔体吸热器的开口平面中心重合。
所述的半开式透明光圈孔盖的形状为环形、半圆形、半环形、月牙形。
带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热方法是：太阳光照射在反射镜上，经过反射直接将太阳光汇聚到腔体吸热器内部，部分由吸热管吸收，部分经过吸热管以及吸热器内壁面发生漫反射，半开式透明光圈孔盖将部分漫反射光再反射回吸热器内部，多次反射有利于吸热器内部热量均匀分布，半开式透明光圈孔盖开口大小根据反射镜反射太阳光形成的太阳光斑的大小确定，确保兼顾太阳光透过率和抑制对流损失，吸热管吸收热量传输至外部动力装置加以利用。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
（1）腔体吸热器开口处添加一个半开式透明光圈孔盖，兼顾太阳辐射能量吸收和对流热损失抑制两方面，在不影响有效反射太阳光进入吸热器的透过率，可以有效减少腔体内高温空气的对流损失，且提高了吸热器内温度场分布均匀度，克服了现有完全开口式吸热器对流损失大和带光学窗口吸热器太阳光透过率低的缺陷。
（2）半开式透明光圈孔盖便于拆卸、清洗和安装。
附图说明
图1是带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热器的结构示意图；
图2是本发明的带半开式透明光圈孔盖的腔体吸热器原理图；
图中：腔体吸热器1、腔体吸热器外壁保温材料2、吸热器壁面3、吸热管4、连接螺纹5、半开式透明光圈孔盖6、反射镜7、反射镜支架8，半开式透明光圈孔盖6包括环形透明光圈孔盖6.1、半圆形透明光圈孔盖6.2、半环形透明光圈孔盖6.3、月牙形透明光圈孔盖6.4。
具体实施方式
如图1所示，带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热器包括腔体吸热器1、半开式透明光圈孔盖6、反射镜7、反射镜支架8；在腔体吸热器1开口处设有半开式透明光圈孔盖6，反射镜7通过反射镜支架8固定，腔体吸热器1包括腔体吸热器外壁保温材料2、吸热器内壁面3、吸热管4、连接螺纹5，腔体吸热器1为开口式圆柱状腔体吸热器，腔体吸热器1本体侧壁从外到内顺次设有腔体吸热器外壁保温材料2、吸热器内壁面3、吸热管4，吸热管4为热管，均匀盘绕分布于所述吸热器内壁面3上，腔体吸热器1本体开口处设有连接螺纹5，腔体吸热器1本体通过连接螺纹5与半开式透明光圈孔盖6相连，反射镜7的焦点或焦平面与腔体吸热器1的开口平面中心重合。
吸热管4是大小一致的热管，反射镜7和腔体吸热器1随着入射光角度的变化二者随之变动角度。
所述的半开式透明光圈孔盖6的形状为环形6.1、半圆形6.2、半环形6.3、月牙形6.4。
如图2所示，半开式透明光圈孔盖6包括环形透明光圈孔盖6.1、半圆形透明光圈孔盖6.2、半环形透明光圈孔盖6.3、月牙形透明光圈孔盖6.4等。若腔体吸热器1都向下开口倾斜30°，由图2中（a）（b）（c）的对比可以看出，半开式透明光圈孔盖6的安装使腔体吸热器1内换热流产的静止区和对流区间的水平分界线下移，有效减小了腔体吸热器1内的对流区，抑制对流损失效果明显。
带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热方法是：太阳光照射在反射镜7上，经过反射直接将太阳光汇聚到腔体吸热器1内部，部分由吸热管4吸收，部分经过吸热管4以及吸热器内壁面3发生漫反射，半开式透明光圈孔盖6将部分漫反射光再反射回吸热器1内部，多次反射有利于吸热器1内部热量均匀分布，半开式透明光圈孔盖6开口大小根据反射镜7反射太阳光形成的太阳光斑的大小确定，确保兼顾太阳光透过率和抑制对流损失，吸热管4吸收热量传输至外部动力装置加以利用。

Claims (3)

1.一种带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热器，其特征在于包括腔体吸热器（1）、半开式透明光圈孔盖（6）、反射镜（7）、反射镜支架（8）；在腔体吸热器（1）开口处设有半开式透明光圈孔盖（6），反射镜（7）通过反射镜支架（8）固定，腔体吸热器（1）包括腔体吸热器外壁保温材料（2）、吸热器内壁面（3）、吸热管（4）、连接螺纹（5），腔体吸热器（1）为开口式圆柱状腔体吸热器，腔体吸热器（1）本体侧壁从外到内顺次设有腔体吸热器外壁保温材料（2）、吸热器内壁面（3）、吸热管（4），吸热管（4）为热管，均匀盘绕分布于所述吸热器内壁面（3）上，腔体吸热器（1）本体开口处设有连接螺纹（5），腔体吸热器（1）本体通过连接螺纹（5）与半开式透明光圈孔盖（6）相连，反射镜（7）的焦点或焦平面与腔体吸热器（1）的开口平面中心重合。
2.根据权利要求1所述的一种带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热器，其特征在于半开式透明光圈孔盖（6）的形状为环形（6.1）、半圆形（6.2）、半环形（6.3）、月牙形（6.4）。
3.一种使用如权利要求1所述吸热器的带半开式透明光圈孔盖的太阳能腔体吸热方法，其特征在于太阳光照射在反射镜（7）上，经过反射直接将太阳光汇聚到腔体吸热器（1）内部，部分由吸热管（4）吸收，部分经过吸热管（4）以及吸热器内壁面（3）发生漫反射，半开式透明光圈孔盖（6）将部分漫反射光再反射回吸热器（1）内部，多次反射有利于吸热器（1）内部热量均匀分布，半开式透明光圈孔盖（6）开口大小根据反射镜（7）反射太阳光形成的太阳光斑的大小确定，确保兼顾太阳光透过率和抑制对流损失，吸热管（4）吸收热量传输至外部动力装置加以利用。
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US5465708A (en) * 1993-09-18 1995-11-14 Deutsche Forschungsanstalt Fuer Luft- Und Raumfahrt E.V. Trough-shaped collector
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