CN104061694B - 一种复合肋结构的太阳能吸热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合肋结构的太阳能吸热器，包括一带有保温层的吸热腔，吸热腔的左端开口，开口处设置有光学窗口，吸热腔的上端设有设置有工质入口，固定壁的下端设置有工质出口，吸热腔内部右端设置有底座，底座上固定有与底座表面垂直的针肋，针肋轴向方向上间隔等距镶嵌有若干个环肋，其中，所述的针肋根部为交错设置，所述的环肋直径自针肋端部至针肋根部方向上逐渐增大。本发明换热面积大，对工质扰动性强，换热强度和换热效果较好；工质的流动阻力小，热化学反应结渣对吸热器安全工作的影响也小。环肋半径逐渐增加，每片环肋能均等地吸收聚集太阳光，促使复合肋温度均匀分布，利于提高工质换热效果，防止吸热器高温热应力损坏。

Description

一种复合肋结构的太阳能吸热器

技术领域

本发明涉及太阳能应用技术领域，具体的说，本发明涉及一种复合肋结构的太阳能吸热器。

背景技术

太阳能是一种丰富的清洁能源。开发利用太阳能资源对节能减排、促进生态环境建设具有重要意义。太阳能吸热器将聚集太阳光转换成高温热源，加热工质做功或驱动微粒进行热化学反应，是太阳能高温热转换系统的核心器件。根据可实现功能不同，目前已提出的太阳能吸热器方案有很多。

在中华人民共和国国家知识产权局网站上，查到与本发明相关的专利9项，具体信息如下：

(1)名称：一种底面内凸圆柱形腔体式太阳能吸热器

申请号：201110233330.1

发明人：王富强；帅永；袁远；刘彬；谈和平

摘要：一种底面内凸圆柱形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。本发明的吸热器壳体的底面为内凸式结构，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吸热器壳体侧面内壁上，吸热器底面内凸起段盘管缠绕在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，吸热器壳体的外表面上设有矿渣棉保温层，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，且与吸热器底面内凸起段盘管的进口端连通。本发明用于吸收太阳能。

(2)名称：一种单侧多纵向涡强化换热的聚焦槽式太阳能吸热器

申请号：200810231652.0

发明人：何雅玲；程泽东；陶文铨；陶于兵；肖杰

摘要：一种单侧多纵向涡强化换热的聚焦槽式太阳能吸热器，包括玻璃外管以及通过连接端部封装在玻璃外管内的不锈钢接收内管，玻璃外管与不锈钢接收内管之间形成了真空腔；在不锈钢接收内管的外壁上涂敷有选择性吸收太阳光涂层，而在不锈钢接收内管管壁的单侧，即接收聚焦太阳能热流侧，设置有向管内凸起或凹进的不连续多纵向涡发生器。本发明只针对接收聚焦太阳能热流侧(其温度梯度很大)的单侧设置有不连续多纵向涡发生器，在该侧管内近壁处形成了纵向涡流动结构，改善了速度场与热流场协同程度，强化了管内流体对流换热。同时，在增加相同流动阻力的情况下，其强化换热效果较布置于温度梯度较小侧要好，单侧布置可以达到高效低阻的强化换热效果与节能降耗的目的。具体结构见图2。

(3)名称：含内凹玻璃罩的球形腔式太阳能吸热器

申请号：201110255144.8

发明人：龙新峰；毛青松

摘要：本发明公开了含内凹玻璃罩的球形腔式太阳能吸热器，主要用于在蝶式太阳能高温热利用系统中收集太阳光并将其转化成热能。吸热器主要由换热盘管、内凹式玻璃罩、外壳、内壳、真空层、反光式挡风板、导热流体组成。与传统的开口式和腔口带玻璃窗的腔式吸热器不同，本腔式吸热器是采用内凹玻璃罩的开口式球形吸热器，既具有开口式腔式吸热器捕获光线的能力，又具有腔口带玻璃窗的腔式吸热器低热损的特点。同时本腔式吸热器具有反光式挡风板，能增强对偏离光线的捕捉，减少内壁热辐射和外部自然风引起的对流传热损失。本腔式吸热器的内外壳间含有真空层，能有效降低通过壳体损失的热量。

(4)名称：圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器

申请号：201210056836.4

发明人：王富强；谈和平；张旭升；易红亮；帅永；袁远

摘要：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。

(5)名称：一种基于光热吸收锥构型的高效太阳能吸热器

申请号：201310041996.6

发明人：黄国平；洪树立；夏晨；傅鑫；康剑雄

摘要：本发明涉及一种基于光热吸收锥构型的太阳能吸热器，包括密封盖、绝热管套、气流管道、吸热体、玻璃罩和吸热体紧固件，其特征是吸热体为棱台型结构，各平面可分开制造；每一平面均为光热吸收锥板，表面分布由多个尖锐棱锥，由高导热多孔疏松材料制成；玻璃罩为圆台形；所述的密封盖、吸热体、玻璃罩形成闭式容腔，空气通过密封盖的进气孔进入容腔，再经过多孔介质光热吸收锥板被加热而带走太阳能，最后沿着气流管道由吸热器出口端流出。优点：改善现有的吸热器存在吸热效率低、加工困难、内部流动损失大等问题。能够单独使用，也能通过接口互相组合使用；主要适用于太阳能热电转换系统，确保其能高效运行。

(6)名称：蛇形波纹管式太阳能吸热器

申请号：201220412104.X

发明人：张国寿；吴立平；石富江

摘要：本实用新型涉及一种太阳能吸热器，特别是一种蛇形波纹管式太阳能吸热器，所述吸热器包括吸热管，该吸热管由支架或板箱集装成整体；所述吸热管包括多根并联安装的玻璃真空管，所述玻璃真空管内装有金属波纹内管，所述金属波纹内管由单根金属波纹管弯曲成蛇形，依次装入每个所述的玻璃真空管，所述金属波纹内管两端用可拆接头分别同热水出水管和热水回水管相连。本实用新型吸热器采用可分解架构，可拆开成零部件仓贮、包装、运输和维修；并可适当增减蛇形金属波纹管长度，适应用户所在地太阳强弱需求；蛇形金属波纹管具有更大的吸热面积，并通过多级和多次循环吸热，热水温度高；可拆开清洗排污，能有效防止冬季爆管，有利于实现太阳能热水装置与建筑物一体化。

(7)名称：一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器

申请号：201220612985.X

发明人：王富强；林日亿；李夏赟；魏东兰；张慧；秦爱民；孟凡军；刘娟娟；初小林

摘要：一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器，本实用新型涉及一种太阳能吸热器。本实用新型为了解决金属管盘绕过程中无法布满整个底面的问题，以及吸热器存在光学损失的问题。吸热器壳体的底部为曲面半球体，吸热器侧面段螺旋盘管缠绕在吸热器壳体的侧面内壁上，吸热器底面段螺旋盘管缠绕在吸热器壳体的底面上，吸热器侧面段螺旋盘管与吸热器底面段螺旋盘管连通，吸热器壳体的外表面上设置有石英棉保温层，工作介质进口管穿设在石英棉保温层内，且工作介质进口管与吸热器侧面段螺旋盘管的进口端连通，工作介质出口管穿设在石英棉保温层内，且工作介质出口管与吸热器侧面段螺旋盘管的出口端连通。本实用新型用于吸收太阳能。

(8)名称：一种圆柱形太阳能高温腔式吸热器

申请号：201020160953.1

发明人：吴双应；肖兰；李友荣

摘要：一种圆柱形太阳能高温腔式吸热器，属太阳能热发电工程领域。主要由被加热工质进出口接管、保温层、被加热工质通道外壁、腔式吸热器内外壁和采光口等组成。腔式吸热器外壁与被加热工质通道外壁之间组成被加热工质通道；腔式吸热器内壁和外壁之间组成真空腔体，真空腔体内均匀设有金属翅片，且在金属翅片中心线上开有圆形小孔；在金属翅片表面及真空腔体内表面均设有吸液芯；在除采光口处的吸热器外壁表面四周均设有保温层；在被加热工质通道外壁最右端四周每隔90度布置有一个被加热工质进口接管，被加热工质出口接管位于圆柱形腔式吸热器轴向中心线上。本实用新型具有加工制造方便、热效率高、结构紧凑和运行可靠等特点。

(9)名称：太阳能热发电用内循环式固体颗粒空气吸热器

申请号：201310129899.2

发明人：张亚南；白凤武；王方舟；王艳；张喜良；李鑫；王志峰；廖志荣

摘要：一种太阳能热发电用内循环式固体颗粒空气吸热器，其吸热器腔体(1)面对聚光辐射能流(8)投射的一侧安装有透光窗口(9)。固体颗粒(2)位于吸热器腔体(1)内。进气导管(3)位于吸热器腔体(1)内。进气导管(3)壁面上开有开孔(4)。所述的进气导管(3)一端密封，另一端作为空气进口(6)。空气进口(6)位于吸热器腔体(1)的底部或侧面或顶部。空气出口(10)位于吸热器腔体(1)的顶部。本发明可获得700℃-1300℃、常压或者1MPa压力以上的空气。

吸热器是太阳能高温热转换的重要部件。聚集太阳能流在吸热器内被吸收，加热空气工质驱动热机，输出电功率；或驱动微粒完成热化学反应，获得氢气或甲烷等燃料。传统的吸热器可分为盘管式和多孔吸热芯式两类。盘管式吸热器结构比较简单，但换热效率和换热强度比较低。多孔吸热芯式由光学窗口和多孔吸热芯材料组成，换热效率和强度较高，但是对工质流动阻力比较大，而且热化学反应微粒容易在多孔吸热芯材料内结渣，堵塞流动孔隙，影响吸热器安全工作。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种带有针肋和环肋复合肋结构太阳能吸热器装置。该装置具有较强的换热强度和效率，同时工质流动阻力较小，既适合加热空气工质输出电功率，又适合驱动微粒进行热化学反应，获得燃料。

本发明提供的技术方案是：一种复合肋结构的太阳能吸热器，包括一带有保温层的吸热腔，吸热腔的左端开口，开口处设置有光学窗口，吸热腔的上端设有设置有工质入口，固定壁的下端设置有工质出口，吸热腔内部右端设置有底座，底座上固定有与底座表面垂直的针肋，针肋轴向方向上间隔等距镶嵌有若干个环肋，其中，所述的针肋根部为交错设置，所述的环肋直径自针肋端部至针肋根部方向上逐渐增大,一般针肋根部是指靠近底座的部分，端部是指针肋顶端；聚集太阳光自吸热腔左端的光学窗口进入吸热器腔体，被针肋和环肋吸收，成形为高温热源；空气工质从吸热器上端的入口进入吸热器腔体，环绕环肋和针肋流动，进行吸热升温或热化学反应，然后从吸热器下端的出口流出吸热器，完成太阳能高温热转换

本发明的有益效果是：

(1)复合肋换热面积大，对工质扰动性强，换热强度和换热效果较好；同时，肋表面之间的空隙较大，工质的流动阻力小，热化学反应结渣对吸热器安全工作的影响也小。

(2)从针肋的端部到根部环肋半径逐渐增加，这样每片环肋能均等地吸收聚集太阳光，促使复合肋温度均匀分布，有利于提高工质换热效果，防止吸热器高温热应力损坏。

(3)每一根针肋和每一片环肋均为独立结构，加工、安装和维修十分方便。同时某一组肋失效时，吸热器也能安全可靠工作。整个吸热器系统具有良好的适应性和工程应用价值。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为图1中的A-A向截面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的总体结构示意图，图2为图1中的A-A向截面结构示意图。如图1、图2所示，本发明的一种复合肋结构的太阳能吸热器，包括一带有保温层的吸热腔1，吸热腔1的左端开口，开口处设置有光学窗口2，吸热腔1的上端设有设置有工质入口3，固定壁的下端工质出口4，吸热腔内部右端设置有底座5，底座5上固定有与底座表面垂直的针肋6，针肋6轴向方向上间隔等距镶嵌有若干个环肋7，针肋6的根部为交错固定在底座5上，环肋7的直径自针肋6端部至针肋6根部方向上逐渐增大。

图1中箭头方向为空气工质的流动路线，聚集太阳光自吸热腔1左端的光学窗口2进入吸热器腔体，被针肋6和环肋7吸收，成形为高温热源；空气工质从吸热腔1上端的入口3进入吸热器腔体，环绕环肋7和针肋6流动，进行吸热升温或热化学反应，然后从吸热器下端的出口4流出吸热器，完成太阳能高温热转换。

环肋7和针肋6具有较大的换热面积，对流动工质也具有较好的扰动，因此本发明的吸热器具有良好的换热强度和效率。此外，肋与肋之间具有较宽的间隙，工质流动阻力较小，微粒热化学反应结渣对诸塞流动的影响也较小。为减少散热损失，在吸热器的外表面覆有保温层。由于针肋以及针肋上的环肋相对独立，加工、安装、维修也十分便利。某个针肋或环肋失效时，系统仍可以安全可靠工作，具有很好的适应性。

以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种复合肋结构的太阳能吸热器，包括一带有保温层的吸热腔，吸热腔的左端开口，开口处设置有光学窗口，吸热腔的上端设置有工质入口，固定壁的下端设置有工质出口，其特征在于，所述的吸热腔内部右端设置有底座，底座上固定有与底座表面垂直的针肋，针肋轴向方向上间隔等距镶嵌有若干个环肋，其中，所述的针肋根部为交错设置，所述的环肋直径自针肋端部至针肋根部方向上逐渐增大；聚集太阳光自吸热腔左端的光学窗口进入吸热腔，被针肋和环肋吸收，成形为高温热源；空气工质从吸热器上端的入口进入吸热腔，环绕环肋和针肋流动，进行吸热升温或热化学反应，然后从吸热器下端的出口流出吸热器，完成太阳能高温热转换。