CN104697186A - 一种双层光学窗口结构太阳能吸热器 - Google Patents

一种双层光学窗口结构太阳能吸热器 Download PDF

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戴贵龙
杜晓瑞
侯根富
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Abstract

本发明公开了一种双层光学窗口结构太阳能吸热器，包括保温层和壳体，所述壳体外侧包裹有保温层,所述壳体内侧为高温吸热表面；所述壳体开口处镶嵌有减少热量散失的石英光学窗口，所述石英光学窗口内侧镶嵌有防止石英光学窗口破裂的蓝宝石光学窗口，所述蓝宝石光学窗口与壳体形成密封的吸热腔，石英光学窗口和蓝宝石光学窗口之间形成密封的隔热腔。本发明兼顾吸热器热效率和工作可靠性，提高太阳能吸热器的实用推广性。

Description

一种双层光学窗口结构太阳能吸热器
技术领域
本发明涉及一种太阳能吸热器，特别涉及一种双层光学窗口结构太阳能吸热器。
背景技术
太阳能高温热转换吸热表面温度高，辐射与对流散热损失大。利用光学窗口将吸热表面与周围大气环境隔开，形成容积式太阳能吸热，消除吸热表面的对流散热损失，是提高太阳能高温热转换效率的关键技术途径。石英和蓝宝石是两类重要的太阳能高温光学窗口材料，石英窗口的特性是太阳光透过率高(约90％)，但是质脆易破裂，且工作温度不高(失透温度约1000℃)。根据我们的前期实验发现，在实验前的挤压密封过程中，光学窗口都很容易破裂，在太阳辐照高温条件下，更容易由于支撑法兰的高温变形引起光学窗口破裂，导致石英光学窗口的工作可靠性较差。蓝宝石光学窗口熔点高(约3500℃)，不会发生失透现象，且高温力学性能优异，化学性质稳定但是太阳光透过率略低(约80％)。
目前已有吸热器重点在吸热器内部的结构设计上，对吸热器光学窗口的关注不多。例如专利201110233330.1公开了一种吸热器壳体的底面呈V字型结构的底面内凸圆柱形腔体式太阳能吸热器；专利200810231652.0公开了一种在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的单侧多纵向涡强化换热的聚焦槽式太阳能吸热器；专利201110255144.8公开了一种含内凹玻璃罩的球形腔式太阳能吸热器，主要由换热盘管、内凹式玻璃罩、外壳、内壳、真空层、反光式挡风板和导热流体组成。专利201210056836.4公开了一种壳体的内腔为圆柱与圆锥复合腔体的圆柱与圆锥复合腔体式太阳能吸热器。专利201310041996.6公开了一种为棱台型结构，各平面可分开制造的基于光热吸收锥构型的高效太阳能吸热器。专利201220412104.X公开了一种金属波纹内管由单根金属波纹管弯曲成蛇形的蛇形波纹管式太阳能吸热器。专利201220612985.X公开了一种壳体的底部为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器。
发明内容
针对上述现状，本发明结合石英光学窗口太阳光透过率高，蓝宝石光学窗口质地坚固的特点，提出一种石英光学和蓝宝石光学双层光学窗口结构太阳能吸热器，兼顾吸热器热效率和工作可靠性，提高太阳能吸热器的实用推广性。
为实现上述目的本发明的技术方案是：
一种双层光学窗口结构太阳能吸热器，包括保温层和壳体，所述壳体外侧包裹有保温层,所述壳体内侧为高温吸热表面；所述壳体开口处镶嵌有减少热量散失的石英光学窗口，所述石英光学窗口内侧镶嵌有防止石英光学窗口破裂的蓝宝石光学窗口，所述蓝宝石光学窗口与壳体形成密封的吸热腔，石英光学窗口和蓝宝石光学窗口之间形成密封的隔热腔。
进一步的技术方案，石英光学窗口厚度为1-2mm，蓝宝石光学窗口厚度为2-5mm。
进一步的技术方案，石英光学窗口和蓝宝石光学窗口为平面结构。
本发明具有如下优点：
1、由于蓝宝石的耐高温熔点(约3500℃)，力学特性优异，利用内侧的蓝宝石光学窗口与高温吸热壁面形成高压、高温吸热腔体，系统的安全可靠性高；
2、通过外侧的石英光学窗口将高温蓝宝石窗口与周围大气环境隔开，有利降低了蓝宝石光学窗口的对流、辐射散热损失，提高系统热效率；石英光学窗口与蓝宝石光学窗口之间形成的密封的隔热腔进一步降低了热量的散失；
3、充分考虑石英光学窗口太阳光透过率高，但是质脆易破裂的特性。通过双层光学窗口设计，外侧石英光学窗口不承受任何压力，具有较好的安全可靠性。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1本发明实施例的示意图。
其中：1、保温层；2、壳体；3、石英光学窗口；4、蓝宝石光学窗口；5、吸热腔；6、隔热腔。
具体实施方式：
实施例
如图1所示的一种双层光学窗口结构太阳能吸热器，包括保温层1和壳体2，所述壳体2外侧包裹有保温层1,所述壳体2内侧为高温吸热表面；所述壳体2开口处镶嵌有减少热量散失的石英光学窗口3，所述石英光学窗口3内侧镶嵌有防止石英光学窗口3破裂的蓝宝石光学窗口4，所述蓝宝石光学窗口4与壳体2形成密封的吸热腔5，石英光学窗口3和蓝宝石光学窗口4之间形成密封的隔热腔6。
石英光学窗口3厚度为1-2mm，蓝宝石光学窗口4厚度为2-5mm，且均为平面结构。
其工作过程如图1所示在吸热器的太阳光入口，依次布置有石英光学窗口3玻璃和蓝宝石光学窗口4两层光学窗口。聚集太阳光依次穿过石英光学窗口3、蓝宝石光学窗口4，最后进入吸热腔5，完成光热转换。蓝宝石光学窗口4与壳体2挤压密封，形成高压、高温吸热腔5。蓝宝石光学窗口4承受吸热腔5的高压应力和高温红外辐照，承受的加热热应力和工作温度高。石英光学窗口3布置在蓝宝石光学窗口4外侧，形成隔热腔6将蓝宝石光学窗口4与外界大气环境隔开，减小高温蓝宝石光学窗口4的辐射与对流散热损失。
通过双层光学窗口设计，外侧石英光学窗口3不承受任何压力，具有较好的安全可靠性。若仅采用一层蓝宝石光学窗口4，其热效率不如双层光学窗口结构吸热器；若仅采用一层石英光学窗口3，其安全可靠性不如双层光学窗口结构吸热器。
以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种双层光学窗口结构太阳能吸热器，包括保温层(1)和壳体(2)，其特征在于，所述壳体(2)外侧包裹有保温层(1),所述壳体(2)内侧为高温吸热表面；所述壳体(2)开口处镶嵌有减少热量散失的石英光学窗口(3)，所述石英光学窗口(3)内侧镶嵌有防止石英光学窗口(3)破裂的蓝宝石光学窗口(4)，所述蓝宝石光学窗口(4)与壳体(2)形成密封的吸热腔(5)，石英光学窗口(3)和蓝宝石光学窗口(4)之间形成密封的隔热腔(6)。
2.如权利要求1所述的双层光学窗口结构太阳能吸热器，其特征在于，石英光学窗口(3)厚度为1-2mm，蓝宝石光学窗口(4)厚度为2-5mm。
3.如权利要求1所述的双层光学窗口结构太阳能吸热器，其特征在于，石英光学窗口(3)和蓝宝石光学窗口(4)为平面结构。
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