CN104534688A - 一种两级太阳能吸热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两级吸热太阳能吸热器，包括一腔体，腔体分为低温吸热区和高温吸热区，高温吸热区为一端开口的圆柱状，腔体的底端设有工质出口；低温吸热区为圆锥台形结构；腔体的内壁设置有容纳空气工质通过的夹层通道，夹层通道位于圆锥台形结构的边缘处设有空气工质入口；工质从工质入口进入工质流动的夹层通道，穿过低温吸热区，吸收光斑边缘低密度太阳能流预热升温，随后进入高温吸热区，吸收光斑中心高密度太阳能流达到高温状态，最后通过工质出口流出吸热器，完成光热转换。本发明充分考虑光斑太阳能流密度高斯分布特点，将吸热器分为低温吸热区和高温吸热区，有利于降低吸热器的辐射散热损失，提高吸热器的热效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能应用技术领域，具体的说，本发明涉及一种两级太阳能吸热器。
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、改善生态环境十分重要。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7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。
(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。
(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。
太阳能吸热器在吸收聚集太阳能的同时，也会从吸热器的太阳光入口辐射散失热量，降低吸热器的热效率。由于太阳能光锥模型、聚集器跟踪误差和面型误差等因素，聚集太阳能流密度一般呈中心高、边缘低的高斯分布。目前的太阳能吸热器结构设计集中在吸热器内部的工作介质(简称工质)强化换热方面，对聚集太阳能流密度高斯分布特点考虑不够深入，导致吸热器的实用性较差。
发明内容
本发明的目的在于针对目前太阳能吸热器结构的不足，在充分考虑聚集太阳能流密度高斯分布特点基础上，提出一种两级吸热结构的太阳能吸热器。吸热器的第一级吸收光斑边缘的低密度太阳能流，预热工质，第二级用于吸收光斑中心的高密度太阳能流，加热工质达到高温状态。两级吸热器将低温吸热区与高温吸热区分离，有效降低吸热器的辐射散热损失，提高吸热器的热效率与实用性。
本发明提供的技术方案是：一种两级吸热太阳能吸热器，包括一腔体，腔体分为低温吸热区和高温吸热区，高温吸热区为一端开口的圆柱状，腔体的底端设有工质出口；低温吸热区为圆锥台形结构；腔体的内壁设置有容纳空气工质通过的夹层通道，夹层通道位于圆锥台形结构的边缘处设有空气工质入口；工质从工质入口进入工质流动的夹层通道，穿过低温吸热区，吸收光斑边缘低密度太阳能流预热升温，随后进入高温吸热区，吸收光斑中心高密度太阳能流达到高温状态，最后通过工质出口流出吸热器，完成光热转换。
所述的夹层通道位于高温吸热区的一段通道内布置有泡沫材料。所述的夹层通道外侧敷有保温材料。
进一步的优选技术方案是，所述的夹层通道为一端为圆锥台面、一端为圆柱筒形结构。
更进一步的优选技术方案是，所述的夹层通道为盘管结构，盘管前端位于低温吸热区为圆锥台形结构，盘管后端位于高温吸热区为圆筒状结构。
本发明的有益效果为：
(1)充分考虑光斑太阳能流密度高斯分布特点，将吸热器分为低温吸热区和高温吸热区，有利于降低吸热器的辐射散热损失，提高吸热器的热效率；
(2)在高温吸热区工质流动通道内布置有泡沫材料，能大大强化工质与高温吸热壁面的对流换热，防止高温吸热壁面过热烧坏；
(3)低温吸热区与高温吸热区一体化设计，没有螺钉连接部件，吸热器的抗热性能好，可靠性高。
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为本发明的结构示意图；
图2为本发明另一实施例结构示意图。
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。
实施例1：
参考图1，本发明提供一种两级吸热太阳能吸热器，包括一腔体1，腔体分为低温吸热区10和高温吸热区11，高温吸热区11为一端开口的圆柱状，腔体1的底端设有工质出口2；低温吸热区10为圆锥台形结构；腔体1的内壁设置有容纳空气工质通过的夹层通道3，夹层通道3位于圆锥台形结构的边缘处设有空气工质入口4，夹层通道3位于高温吸热区的一段通道内布置有泡沫材料5，强化工质与高温吸热壁面的强化换热，提高吸热器的热效率，防止高温吸热壁面烧坏。本实施例的夹层通道3为一端为圆锥台面、一端为圆柱筒形结构。夹层通道3外侧敷有保温材料；工质从工质入口4进入工质流动的夹层通道3，穿过低温吸热区10，吸收光斑边缘低密度太阳能流预热升温，随后进入高温吸热区11，吸收光斑中心高密度太阳能流达到高温状态，最后通过工质出口2流出吸热器，完成光热转换。
本实施例的两级吸热太阳能吸热器，将低温吸热区与高温吸热区分开，有效减小了高温吸热区的开口面积。同时在高温吸热区的工质通道内布置泡沫材料，强化工质与吸热壁面的对流换热性能，降低高温吸热壁面温度。由此降低了吸热器的辐射散热损失，提高了吸热器热效率，具有良好的应用潜力。
实施例2：
参考图2，本发明提供一种两级吸热太阳能吸热器，包括一腔体1，腔体分为低温吸热区10和高温吸热区11，高温吸热区11为一端开口的圆柱状，腔体1的底端设有工质出口2；低温吸热区10为圆锥台形结构；腔体1的内壁设置有容纳空气工质通过的夹层通道3，夹层通道3位于圆锥台形结构的边缘处设有空气工质入口4，夹层通道3位于高温吸热区的一段通道内布置有泡沫材料5，强化工质与高温吸热壁面的强化换热，提高吸热器的热效率，防止高温吸热壁面烧坏。本实施例的夹层通道3为盘管结构，盘管前端位于低温吸热区为圆锥台形结构，盘管后端位于高温吸热区为圆筒状结构。夹层通道3外侧敷有保温材料；工质从工质入口4进入工质流动的夹层通道3，穿过低温吸热区10，吸收光斑边缘低密度太阳能流预热升温，随后进入高温吸热区11，吸收光斑中心高密度太阳能流达到高温状态，最后通过工质出口2流出吸热器，完成光热转换。
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 (5)
1.一种两级吸热太阳能吸热器，其特征在于，包括一腔体，腔体分为低温吸热区和高温吸热区，高温吸热区为一端开口的圆柱状，腔体的底端设有工质出口；低温吸热区为圆锥台形结构；腔体的内壁设置有容纳空气工质通过的夹层通道，夹层通道位于圆锥台形结构的边缘处设有空气工质入口；工质从工质入口进入工质流动的夹层通道，穿过低温吸热区，吸收光斑边缘低密度太阳能流预热升温，随后进入高温吸热区，吸收光斑中心高密度太阳能流达到高温状态，最后通过工质出口流出吸热器，完成光热转换。
2.根据权利要求1所述的一种两级太阳能吸热器，其特征在于，
所述的夹层通道位于高温吸热区的一段通道内布置有泡沫材料。
3.根据权利要求1所述的一种两级太阳能吸热器，其特征在于，
所述的夹层通道外侧敷有保温材料。
4.根据权利要求1所述的一种两级太阳能吸热器，其特征在于，
所述的夹层通道为一端为圆锥台面、一端为圆柱筒形结构。
5.根据权利要求1所述的一种两级太阳能吸热器，其特征在于，
所述的夹层通道为盘管结构，盘管前端位于低温吸热区为圆锥台形结构，盘管后端位于高温吸热区为圆筒状结构。
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