CN105526716B - 一种在封闭腔室内进行光热转化的太阳能吸热器 - Google Patents

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Abstract

一种在封闭腔室内进行光热转化的太阳能吸热器，为由吸热器外壳和吸热器内壳组成的双层结构，吸热器内壳的底端通过入口导流管向下伸出吸热器外壳外，作为冷工质入口，吸热器内壳的顶端通过出口导流管向上伸出至吸热器外壳外，作为热工质出口，吸热器外壳外部安装承光头，聚光系统汇集的太阳光线经导光缆由承光头引导射入外腔室并照射在内壳外壁面上，被吸热涂层吸收形成高温，内壳外壁面反射的少部分光线经外壳内壁反射层反射后最终落在内壳外壁的吸热涂层并被完全吸收，可根据被加热工质的性质，决定导流管上是否开孔与外腔室连通。

Description

一种在封闭腔室内进行光热转化的太阳能吸热器
技术领域
本发明属于太阳能集热发电技术领域，特别涉及一种在封闭腔室内进行光热转化的太阳能吸热器。
背景技术
随着化石能源的不断枯竭以及人们对于环保要求的不断提高，可再生能源的开发步伐正在加快，其中太阳能作为一种开发潜力巨大并且清洁无污染的可再生能源正在逐步得到人们重视。太阳能发电是太阳能开发利用的最重要的形式之一，目前太阳能发电技术主要包括光伏发电和太阳能集热发电，其中光伏发电无论是采用单晶硅还是薄膜技术，都存在光电转化效率不高的问题，并且技术提升困难。太阳能集热发电领域主要包括槽式、塔式和蝶式太阳能集热发电技术，而在其中又以塔式技术在提高单机规模和提升蒸汽参数方面最有优势，以此来实现高效率的太阳能发电。
目前在太阳能集热发电技术领域，塔式太阳能集热发电系统所采用的吸热器主要为外光热转化式吸热器，吸热器吸收汇聚光线并将太阳光转化成热能的过程发生在吸热器的外壁面，热量再经过金属壁面传导将热量传递给吸热器内部的工质。由于传热热阻和散热损失较大，因此存在吸热器效率不高的问题。为了使被加热工质提升到更高的温度，首先要不断的提高吸热器的聚光度，随着地面反射镜数量的增加，集热塔高度需要不断增加，这大大增加了建设和运维的难度。进一步，由于吸热器外壳金属壁温很高，并且直接暴露在空气中，外壁在吸收太阳光能的同时，还会对外辐射大量的热能。金属外壁温度越高，则对外辐射热损失越大，另外，布置在高塔之上的吸热器受高空风力影响，与空气之间的对流换热也很强烈，因而吸热器散热损失很高，效率下降，阻碍了总体发电效率的提升。因此研制一种有效减少散热损失的吸热器对于提高太阳能集热发电的效率有重大意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种在封闭腔室内进行光热转化的太阳能吸热器，用以将集光系统汇聚并通过导光缆传输而来的太阳光束转化成高温热能并加热工质；由于吸热器外表面敷设了保温层，因此可以有效减少吸热器的散热损失，大大提高吸热器的效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种在封闭腔室内进行光热转化的太阳能吸热器，为由吸热器外壳2和吸热器内壳6组成的双层结构，吸热器外壳2内壁与吸热器内壳6外壁之间形成外腔室10，吸热器内壳6中形成内腔室11，吸热器内壳6的底端通过入口导流管13向下伸出吸热器外壳2外，作为冷工质入口9，吸热器内壳6的顶端通过出口导流管5向上伸出至吸热器外壳2外，作为热工质出口4，吸热器外壳2外部安装承光头8，通过承光头8将导光缆传输而来的汇聚太阳光接引至外腔室10，并由吸热器内壳6外壁面主要吸收太阳光转化高温热能并加热工质。
所述吸热器外壳2的外壁面敷设保温层1，内壁面敷设反光层3，吸热器内壳6的外壁面敷设吸热涂层7。
所述吸热器内壳6中设置有肋板和扰流板12。
所述承光头8是一种将多条导光缆汇集在一起的接头装置，承接导光缆传输而来的光线并引导至吸热器腔室内部，承光头8安装在吸热器外壳2上并贯穿吸热器外壳2，每个承光头8连接多路导光缆，并将导光缆传输过来的光以不同角度照射在吸热器内壳6的外壁面上。
当被加热工质为不透明介质，则在入口导流管13和出口导流管5位于外腔室10的部分上不开孔，被加热工质从入口导流管13进入内腔室11，在内腔室11被加热后经出口导流管5流出；
当被加热工质为透明介质时，则在入口导流管13和出口导流管5位于外腔室10的部分上开孔，被加热工质一部分从入口导流管13进入内腔室11，同时另一部分从入口导流管13上的孔进入外腔室10，工质在内腔室11和外腔室10同时受热，最终在出口导流管5混合并流出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、实现高效的太阳能光热转化，可以将导光缆传输而来的太阳光束几乎完全转化成热能并被工质吸收。
2、光热转化在吸热器腔室内进行，使吸热器高温核心处于封闭腔室之内，吸热器外壁面不接收太阳光，因此可以在外壁面增加保温层，散热损失大大降低，提高了吸热器的太阳能光热转化效率。并且，因为克服了随吸热器温度升高，散热损失成倍增加的问题，进一步的，可以通过设计提高聚光度以提升工质初温，使发电系统得到更高的循环效率，进而提升整体发电效率，而不必担心由于吸热器散热损失所带来的对整体发电效率的不确定性影响。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种在封闭腔室内进行太阳能光热转化的吸热器，吸热器设有吸热器外壳2和吸热器内壳6两层结构，在吸热器内壳6外壁面有吸热涂层7，是吸收汇聚太阳光线产生高温热能的主要区域，在吸热器外壳2的内壁面有反光层3，用以减少吸热器外壳2壁面对光能的吸收转化，降低壁温，在吸热器外壳2的外壁面敷设保温层1，用以减少吸热器对外散热损失。吸热器外壳2内壁与吸热器内壳6外壁之间形成外腔室10，吸热器内壳6中为内腔室11。
吸热器外壳2上安装有承光头8，将导光缆从集光器传输而来的汇集太阳光束引导至吸热器外腔室10，并照射在吸热器内壳6的外壁面，实现光热转化。吸热器外壳2和吸热器内壳6之间有导流管，用以引导工质流入和流出腔室，具体地，吸热器内壳6的底端通过入口导流管13向下伸出吸热器外壳2外，作为冷工质入口9，吸热器内壳6的顶端通过出口导流管5向上伸出至吸热器外壳2外，作为热工质出口4。
根据工质性质不同，决定两个导流管上开孔或不开孔，使被加热工质从吸热器内腔室11和外腔室10或只从内腔室11流过，实现金属壁面的冷却并加热工质。
本发明的工作原理为：
本发明作为太阳能集热系统的吸热器，需要与太阳能集热场中的聚光系统配合使用。吸热器布置在太阳能聚光系统中心的地面上，太阳能聚光系统由许多单个的聚光镜组成，每一面聚光镜汇聚的太阳光都进入导光缆并经过导光缆传输，导光缆另一端与安装在吸热器上的承光头连接。为了便于叙述本发明的工作过程，附图示意性的共画出五个承光头，而实际应用中安装在吸热器上的承光头数量要根据集热系统的聚光镜数量确定，故本专利并不限制安装在吸热器上的承光头数量。外部导光缆将多个聚光器聚集的太阳光束传输过来，多个承光头8按一定规律安装在吸热器外壳2上，导光缆与吸热器外壳2上的承光头8相连，承光头8将光束传导至外腔室10空间并最终照射在吸热器内壳6的外壁面上。吸热器内壳6外壁面上有吸热涂层7用以增强壁面吸收太阳光的能力。吸热器外壳2内壁面有反光层3，反光层3将吸热器内壳6外壁面反射和辐射的光线再反射回吸热器内壳6外壁面，以增加吸热器内壳6外壁面的光热利用效率并减少其辐射损失。
根据被加热工质的性质不同而决定在入口导流管13和出口导流管5穿过外腔室10的管段开不开孔。
当被加热工质为透光性较差的介质(一般指不透明介质)时，入口导流管13和出口导流管5上不开孔，被加热工质与外腔室10隔离。被加热工质从冷工质入口9进入内腔室11并被加热，然后经热工质出口4流出，吸热器内壳6内壁安装的肋板和导流板12目的是增加金属壁面与工质的换热面积并对工质产生扰流，可以增强被加热工质和吸热器内壳6之间的换热。
当被加热工质为透光性较强的介质(一般指透明介质，例如水和导热油等)时，入口导流管13和出口导流管5上开孔。被加热工质除了从内腔室11流过吸收热量之外，还有一部分工质经由入口导流管13上的孔进入外腔室10，从吸热器内壳6外壁面吸热，并且这部分工质本身被光束照射，直接吸收一部分太阳光能，因此，外腔室10流过的工质被吸热器内壳6的外壁面和太阳光照射同时加热。内腔室11和外腔室10的工质最终在出口导流管5混合并流出吸热器。吸热器外壳2外壁面敷设保温层1，用来降低吸热器对外散热损失。

Claims (3)

1.一种在封闭腔室内进行光热转化的太阳能吸热器，由吸热器外壳(2)和吸热器内壳(6)组成的双层结构，吸热器外壳(2)内壁与吸热器内壳(6)外壁之间形成外腔室(10)，吸热器内壳(6)中形成内腔室(11)，吸热器内壳(6)的底端通过入口导流管(13)向下伸出吸热器外壳(2)外，作为冷工质入口(9)，吸热器内壳(6)的顶端通过出口导流管(5)向上伸出至吸热器外壳(2)外，作为热工质出口(4)，其特征在于，吸热器外壳(2)外部安装承光头(8)，通过承光头(8)将导光缆传输而来的汇聚太阳光接引至外腔室(10)，并由吸热器内壳(6)外壁面主要吸收太阳光转化高温热能并加热工质；
所述承光头(8)安装在吸热器外壳(2)上并贯穿吸热器外壳(2)，每个承光头(8)连接多路导光缆，并将导光缆传输过来的光以不同角度照射在吸热器内壳(6)的外壁面上；
当被加热工质为不透明介质，则在入口导流管(13)和出口导流管(5)位于外腔室(10)的部分上不开孔，被加热工质从入口导流管(13)进入内腔室(11)，在内腔室(11)被加热后经出口导流管(5)流出；
当被加热工质为透明介质时，则在入口导流管(13)和出口导流管(5)位于外腔室(10)的部分上开孔，被加热工质一部分从入口导流管(13)进入内腔室(11)，同时另一部分从入口导流管(13)上的孔进入外腔室(10)，工质在内腔室(11)和外腔室(10)同时受热，最终在出口导流管(5)混合并流出。
2.根据权利要求1所述在封闭腔室内进行光热转化的太阳能吸热器，其特征在于，所述吸热器外壳(2)的外壁面敷设保温层(1)，内壁面敷设反光层(3)，吸热器内壳(6)的外壁面敷设吸热涂层(7)。
3.根据权利要求1所述在封闭腔室内进行光热转化的太阳能吸热器，其特征在于，所述吸热器内壳(6)中设置有肋板和扰流板(12)。
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