CN105841363A - 一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器及其工作方法。吸热器包括正六边形凸面镜、玻璃外壳、绝热真空层、钢质内壳、软质传热层、螺旋换热盘管、导热流体、反光式挡风板、腔口凸面镜；与传统的吸热器不同，本吸热器呈8字外形，低温加热部分、高温加热部分有独立进出料口，可分别用于中高温太阳能热利用系统内对不同温度要求工质的加热并实现不同温度工质的输送；利用正六边形凸面镜的聚焦作用可实现对工质的二次加热；软质传热层与螺旋换热盘管间半嵌入式连接使得盘管受热更均匀，避免出现热斑；通过腔口凸面镜的聚焦及封闭作用，可达到高效吸热并减少对流热损失的效果。

Description

一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能高温吸热器，特别涉及一种应用于单碟或多碟太阳能高温热利用系统中的半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器。
背景技术
能源是人类社会赖以生存和发展的重要基础资源，也是各国经济安全的重要保障。目前大多依赖煤炭、石油和天然气等化石燃料。据统计，全球一次能源消费量在1971～2000年的平均年增长率为2.1％，在2001～2004年为3.9％，其中2003～2004年为4.5％，可见一次能源的消耗增长率不断提升。随着一次能源的不断消耗，地球上CO2、SO2及NOx的排放量急剧增加，带来极大的环境污染，开发并充分利用新能源已成为当今一个重要任务。
腔式吸热器是一种将太阳能转化为热能的装置，它的作用在于将太阳辐射能转化为热能。这一环节在太阳能热利用系统中占有重要地位，其效率高低会直接影响到整个太阳能热利用系统的高效性及经济性。
吸热器分类多样，按吸热表面形状不同，基本分为四种：球形腔式吸热器、圆柱形腔式吸热器、平顶圆锥形腔式吸热器及圆锥形腔式吸热器。经模拟验证，球形吸热器的最大直径大于其他3种，对光线遮挡面积较大，使得进入球形腔式吸热器的光线总数少于其他3种外形的吸热器，但这对系统的效率影响却较小，可见较其他3种外形的腔式吸热器，球形吸热器具有较好的光学性能和较小的反射光损失。
腔式吸热器的结构一般包括外壳、内壳、保温层、导热盘管及空腔。目前，太阳能吸热器的主要工作原理是利用聚光器将太阳辐射传递至吸热器内腔，导热盘管接受相应的太阳辐射能，使得导热管中介质吸热升温，从而实现从太阳辐射能到热能的转变。保温层一般采用热损失较低的材质以达到较好的保温效果。内腔中的多种因素会影响到腔式吸热器的效率，如内部辐射、内部对流等。现今，有关腔式吸热器静态特性、动态特性、能量分布及优化等方面的理论及实验研究均已全面开展。腔式吸热器静态特性是指吸热器在稳定状态下热损失、热效率等性能特性。而腔式吸热器热损失有对流、辐射、反射及传导热损失，其中传导热损失相对很小往往可以忽略不计。吸热器效率取决于吸热器热效率、镜面反射效率及热损失效率，其受吸热器的结构、光学特性、壁面温度及外界风速等的影响。由热力学定律分析可知：温度越高，吸热器效率越高。但温度越高吸热器热辐射越大，相应的热损失也越大，出现光斑的概率就越大。
现有腔式吸热器各受热面热流密度分布极不均匀，同时太阳辐照随时间不断变化。另外，腔式吸热器蒸发受热面出口工质状态也极不稳定，有时为过热蒸汽,有时为汽-水混合物,有时是未饱和水。同时不均匀的热流分布还会引起吸热管排回流及停滞,可能造成下游无法正常工作甚至损坏。且现有的腔式吸热器都只能加热单一工质，对于下游需要不同温度工质的太阳能热利用系统而言，这就意味着要安装不同类型的腔式吸热器，不仅使得管道安装复杂，经济效益也会随之下降。因此，设计一种热流密度均匀、能实现不同温度要求工质加热且光-热转化效率高的腔式吸热器具有重要的意义。
发明内容
基于以上现有技术的不足之处，本发明的目的在于提出一种半嵌入式8字外形太阳能腔式吸热器及其工作方法。该腔式吸热器能有效地提高热流密度分布的均匀度，减少热斑的出现，实现不同温度要求工质的加热，同时降低热损失，提高光-热转化效率。
为了解决上述存在的技术问题，本发明通过下述技术方案来实现。
一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器，包括光线收集部分、低温加热部分、高温加热部分及二次加热部分；二次加热部分为均匀镶嵌在玻璃外壳外表面的正六边形凸面镜；玻璃外壳与钢质内壳间间隔为绝热真空层，两者外形均为下端开口8字形；钢质内壳的内侧为带凹槽的软质传热层，高温段螺旋换热盘管、低温段螺旋换热盘管均以半嵌入的形式与软质传热层相连接；以腔体中部低温出料口及高温进料口所在平面为界限，以上至顶部的高温出料口为高温加热部分，以下至腔口为低温加热部分，腔口附近设置低温进料口；低温加热部分与光线收集部分的反光式挡风板在腔口处无缝连接。
进一步优化的，所述吸热器的光线收集部分包括腔口凸面镜、反光式挡风板；圆台形反光式挡风板在腔口处分别与8字形玻璃外壳及钢质内壳无缝连接，并封闭了玻璃外壳与钢质内壳间的间隙，形成绝热真空层；红外涂层面反光式挡风板靠绝热真空层的一侧为红外涂层面，反光式挡风板靠开腔一侧为光滑外镜面，能反射来自于聚光器的光线，并送至内腔；腔口凸面镜在腔口所在平面与反光式挡风板无缝连接，从而形成了以8字外形的软质传热层为主体，反光式挡风板、腔口凸面镜作为封口的封闭内腔，其中腔口凸面镜与腔口的直径相等；利用腔口凸面镜的聚焦及封闭作用，可达到高效吸热并减少对流热损失的效果；光滑外镜面能将部分即将逃逸的光线再次反射至内腔，减少热量的损失。
进一步优化的，所述吸热器的低温加热部分为8字的下半部分，其半径R1为200～400mm；由真空抽气孔、低温进料口、低温出料口、低温段螺旋换热盘管、低温导热流体、软质传热层、钢质内壳、玻璃外壳、绝热真空层、螺栓、气孔、密封橡胶圈组成；其中腔口附近的真空抽气孔配有密封橡胶圈，用于连接抽真空机器；低温段螺旋换热盘管为单向盘管，盘管外径为20～25mm，内径为17～22mm，盘管之间间距1～2mm，且盘管内侧含螺纹，外侧打磨成粗糙表面并涂有吸光材料，增强其吸光能力；盘管部分嵌入软质传热层，以使得管内工质受热均匀,软质传热层的厚度h2为15～20mm；低温导热流体为水或其他低温工质；软质传热层上开槽，槽直径与换热盘管外径相当，槽深h1为换热盘管外半径，即槽间距与换热盘管间距相等，确保盘管能嵌入槽中；位于软质传热层外侧并与其紧密相接的钢质内壳厚度d3约为5～8mm；玻璃外壳为高透光率的石英玻璃，透光率大于0.95，厚度d1为2～3mm，且外表面镶有正六边形凸面镜，玻璃外壳与钢质内壳间的间隔为绝热真空层。
进一步优化的，所述吸热器的高温加热部分用于加热高温流体，为8字的上半部分，其半径R2为200～400mm；包括高温进料口、高温出料口、玻璃外壳、绝热真空层、钢质内壳、软质传热层、高温段螺旋换热盘管、高温导热流体、螺栓、气孔、密封橡胶圈；其中高温段螺旋换热盘管为单向盘管，盘管外径为20～25mm，内径为17～22mm，盘管之间间距1～2mm，且盘管内侧含螺纹，外侧打磨成粗糙表面并涂有吸光材料，增强其吸光能力；盘管部分嵌入软质传热层，使得工质受热均匀,软质传热层的厚度h2为15～20mm；高温导热流体为重油或其他高温工质；高温加热段中钢质内壳、玻璃外壳及软质传热层的相关参数、结构关系均与低温加热段相同；低温加热部分和高温加热部分组成腔体的主要部分，两者有独立进出料口，可用于中高温太阳能热利用系统内对不同温度要求工质的加热，实现不同温度传热流体的输送。
进一步优化的，所述吸热器的二次加热部分指玻璃外壳上镶嵌的正六边形凸面镜，太阳辐射直接透过正六边形凸面镜、玻璃外壳、绝热真空层，对钢质内壳进行加热，升温后的钢质内壳以热传导的形式经软质传热层分别向低温螺旋换热盘管及高温螺旋换热盘管传热；低温螺旋换热盘管及高温螺旋换热盘管均以对流传热的形式使盘管内低温工质及高温工质升温，从而实现对导热流体的二次加热；正六边形凸面镜材料为高透光率的石英玻璃，透光率大于0.95，厚度为0.8～1.5mm，以镶嵌的形式均匀分布于玻璃外壳上。
进一步优化的，所述光线收集部分的反光式挡风板为无底圆台形；反光式挡风板所对应的圆心角α为50～70°,板长l1为250～300mm,板厚h3为20～30mm,其两侧分别为红外涂层面、光滑外镜面；下端开口的8字形玻璃外壳位于外侧，相同形状的钢质内壳位于内侧，反光式挡风板在开口处分别与两者无缝连接，形成密封绝热真空层,绝热真空层宽度d2为20～40mm；多碟式聚光器的焦平面与腔口平面共面，张角β等于反光式挡风板对应圆心角α的1/2，即α＝2β；腔口凸面镜采用的是高透光率的耐高温石英玻璃，透光率大于0.95，直径D1为200～300mm,凸面镜表面光滑。
进一步优化的，所述嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器的开槽内壳、玻璃外壳整体为下端开口的8字形；未装配时，腔体分为上中下三部分，相互独立的三部分通过共8个螺栓装配而成，其中低温段加热部分的下螺栓及高温段加热部分上螺栓分别4个，所有螺栓分别与相对应的螺孔及螺母配套，连接处分别安装带气孔的密封橡胶圈；腔体开口所对应的圆心角与反光式挡风板的圆心角α相等，腔口直径为D2，且D2＝D1+2h3，确保反光式挡风板能与腔口凸面镜无缝连接。
所述的一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器的工作方法为：太能辐射经多碟式聚光器上的反光镜反射，大部分太阳光透过高透光率的腔口凸面镜进入到内腔；进入内腔的太阳光经多次吸收、反射、折射后，最终被软质传热层及外表有吸光涂层的高温段螺旋换热盘管及低温段螺旋换热盘管吸收，使得螺旋换热盘管升温，从而实现由太能辐射能到热能的转化；以对流传热的形式，热能分别从温度较高的高温段螺旋换热盘管、低温段螺旋换热盘管传导至温度较低的高温工质及低温工质,从而达到加热导热流体的目的；另一部分太阳辐射在未到达多碟式聚光器前就直接透过正六边形凸面镜、玻璃外壳及绝热真空层，对钢质内壳进行加热，升温后的钢质内壳以热传导的形式经软质传热层分别向高温段螺旋换热盘管及低温段螺旋换热盘管传热；升温后的螺旋换热盘管与盘管内工质间以对流传热的形式传热，从而实现对流体的二次加热，确保流体温度满足要求；其中低温加热段出料口流体温度t1可达到150℃～250℃,高温加热段出料口流体温度t2可达到400℃～500℃。
本发明与现有的技术比较，具有的优点和效果如下：
(1)低对流热损失。通过腔口凸面镜(16)的聚焦及封闭作用，可达到高效吸热并减少对流热损失的效果；
(2)低传导热损失。绝热真空层(2)可减少传导热损失；
(3)热流密度均匀。软质传热层(25)与高温螺旋换热盘管(4)、低温螺旋换热盘管(23)间半嵌入式连接使得盘管受热更均匀，避免出现热斑；
(4)实现不同温度要求工质的加热与输送。高低温加热部分分别有独立进出料口，实现不同温度工质输送，低温加热部分可向中高温太阳能热利用系统中输送低温导热流体水或其他低温工质，高温加热部分可向中高温太阳能热利用系统中输送高温导热流体重油或其他高温工质。
(5)能实现二次加热。利用外壳上镶嵌的正六边形凸面镜(9)的聚光作用及高透光率，太阳辐射直接透过正六边形凸面镜(9)、玻璃外壳(1)及绝热真空层(2)，对钢质内壳(3)进行加热，钢质内壳(3)的热能经软质传热层(25)传导至螺旋换热盘管，升温后的螺旋换热盘管以对流传热的方式将热能传导至流体，实现对流体的二次加热。
附图说明
图1是一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器剖面示意图。
图2是一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器仰视图。
图3是一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器7所示局部放大图。
图4是反光式挡风板示意图。
图5是碟式太阳能发电系统原理图。
图6是太阳能聚光器—腔式吸热器系统示意图。
附图中：1-玻璃外壳；2-绝热真空层；3-开槽内壳；4-高温段螺旋换热盘管；5-高温导热流体；6-螺栓；7-细节放大图；8-真空抽气孔；9-正六边形凸面镜；10-高温出料口；11-气孔；12-密封橡胶圈；13-高温进料口；14-低温出料口；15-低温进料口；16-腔口凸面镜；17-红外涂层面；18-光滑外镜面；19-反光式挡风板；20-密封橡胶圈；21-气孔；22-螺栓；23-低温段螺旋换热盘管；24-低温导热流体；25-软质传热层。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的结构系统和具体工作过程作详细描述,但本发明的实施和保护不限于此。
如图1，一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器，包括光线收集部分、低温加热部分、高温加热部分及二次加热部分；二次加热部分为均匀镶嵌在玻璃外壳1外表面的正六边形凸面镜9；玻璃外壳1与钢质内壳3之间的间隔为绝热真空层2，两者外形均为下端开口8字形；钢质内壳3的内侧为带凹槽的软质传热层25，高温段螺旋换热盘管4、低温段螺旋换热盘管23均以半嵌入的形式与软质传热层25相连接；以腔体中部低温出料口14及高温进料口13所在平面为界限，以上至顶部的高温出料口10为高温加热部分，以下至腔口为低温加热部分，腔口附近设置低温进料口15；低温加热部分与光线收集部分的反光式挡风板19在腔口处无缝连接。光线收集部分包括腔口凸面镜16、反光式挡风板19；圆台形反光式挡风板19在腔口处分别与8字形玻璃外壳1及钢质内壳3无缝连接，并封闭了玻璃外壳1与钢质内壳3间的间隙，形成绝热真空层2；反光式挡风板19靠绝热真空层2的一侧涂红外涂层面17，而靠开腔一侧为光滑外镜面18，能反射来自于聚光器的光线，并送至内腔；腔口凸面镜16在腔口所在平面与反光式挡风板19无缝连接，从而形成了以8字外形的软质传热层25为主体，反光式挡风板19、腔口凸面镜16作为封口的封闭内腔，其中腔口凸面镜16与腔口的直径相等；利用腔口凸面镜16的聚焦及封闭作用；光滑外镜面18能将部分即将逃逸的光线再次反射至内腔。低温加热部分为8字的下半部分，其半径R1为200～400mm；由真空抽气孔8、低温进料口15、低温出料口14、低温段螺旋换热盘管23、低温导热流体24、软质传热层25、钢质内壳3、玻璃外壳1、绝热真空层2、螺栓22、气孔21、密封橡胶圈20组成；其中腔口附近的真空抽气孔8配有密封橡胶圈，用于连接抽真空机器；低温段螺旋换热盘管23为单向盘管，盘管外径为20～25mm，内径为17～22mm，盘管之间间距1～2mm，且盘管内侧含螺纹，外侧打磨成粗糙表面并涂有吸光材料；盘管部分嵌入软质传热层25，以使得管内工质受热均匀,软质传热层25的厚度h2为15～20mm；低温导热流体24为水或其他低温工质；软质传热层25上开槽，槽直径与换热盘管外径相当，槽深h1为换热盘管外半径，即槽间距与换热盘管间距相等，确保盘管能嵌入槽中；位于软质传热层25外侧并与其紧密相接的钢质内壳3厚度d3为5～8mm；玻璃外壳1为高透光率的石英玻璃，透光率大于0.95，厚度d1为2～3mm，且外表面镶有正六边形凸面镜9，玻璃外壳1与钢质内壳3间的间隔为绝热真空层2。
实施方案1：腔式吸热器可用于碟式太阳能发电系统中将光能转化为热能，其系统组成如图5所示。碟式太阳能热发电系统的核心装置包括三部分：多碟式聚光器、自动跟踪系统、半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器，除此之外还包括储能装置、热电转换装置、电压变换装置。聚光器是进行太阳光的捕获与转换装置，采用美国Sunlab生产的超薄银玻璃反光镜，其为点聚焦式旋转抛物面，其聚光比高达数2000，能最大限度地反射太阳光，提高镜面反射率。所选用聚光器直径为5m，焦距为2m，焦面落在腔口圆面上，镜面反射率为94％。自动跟踪系统采用双轴式跟踪系统，调整地平坐标系统中的高低角及方位角聚集太阳辐射能。实施方案中所采用的吸热器为半嵌入式8字外形腔式吸热器(见图1、2)，该吸热器位于聚光器上方2m处；吸热器腔口所在圆的圆心即为聚光碟的焦点。太阳辐射值为1000W/m2。储能装置是用于储备热能以供夜晚或其他无日照时使用，其中采用的是钙基高温储能系统。热电转换装置采用间接热电转化装置——Rankine Cycle蒸汽发电系统，在半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器中加热至450℃的重油到达Rankine Cycle蒸汽发电系统，加热Rankine Cycle蒸汽发电系统中的水使其产生高温高压蒸汽；然后推动蒸汽轮机高速旋转，从而带动汽轮发电机发电，实现热—电的转化。产生的电能经电压变换装置转接至供电网。当长时间无光照时需通过其他途径补充能源来发电。
实施方案2.年发电1MW的太阳能发电系统中光热转换装置及流程：
本发明半嵌入式8字外形的腔式太阳能吸热器(见图1、2)，包括光线收集部分、低温加热部分、高温加热部分、二次加热部分；二次加热部分为均匀镶嵌在玻璃外壳1外表面的正六边形凸面镜9；玻璃外壳1与钢质内壳3间间隔为绝热真空层2，两者外形均为下端开口8字形；钢质内壳3的内侧为带凹槽的软质传热层25，高温段螺旋换热盘管4、低温段螺旋换热盘管23均以半嵌入的形式与软质传热层25相连接；以腔体中部低温出料口14及高温进料口13所在平面为界限，以上至顶部的高温出料口10为高温加热部分，以下至腔口为低温加热部分，腔口附近设置低温进料口15；低温加热部分与光线收集部分的反光式挡风板19在腔口处无缝连接。
腔体分为上中下三部分，相互独立的三部分通过共8个螺栓装配而成，其中低温段加热部分的下螺栓22及高温段加热部分上螺栓6分别4个，所有螺栓分别与相对应的螺孔及螺母配套，连接处分别安装带气孔的密封橡胶圈；投入使用前需将腔口附件的真空抽气孔8与抽真空装置连接，抽去内外壳间空气，使得绝热真空层2接近于真空。
以发电量为1MW的发电系统为例，太阳能的利用效率为50％，当太阳辐射能为1kW/m2,所需聚光碟受热面积为2000m2。采用多碟式聚光器，其有效受光照面积为聚光器总面积的50％，当聚光器直径为5m时，相应有效受光面积为10m2。1MW的发电系统所需本发明所述的8字外形腔式太阳能吸热器200个。聚光器反光镜面材质与实施方案1相同。制作符合系统要求的半嵌入式8字外形腔式吸热器(见图1、2)，其腔口直径应为D2为250mm，开腔所对应的圆心角α为60°,腔口凸面镜16直径D1为210mm；要求所制作吸热器高温加热部分R2与低温加热部分R1相等，即均为250mm，低温段螺旋换热盘管(23)及高温段螺旋换热盘管(4)(见图3)的外径均为20mm，内径为17mm，螺旋间距为1.5mm；盘管内侧含螺纹，外侧打磨，材质为紫铜。反光式挡风板(见图4)的长l1为200mm,厚度h3为20mm。软质传热层25厚度h2为15mm,槽深h1为10mm，槽间距为1.5mm。钢质内壳3的宽度d3为5mm；绝热真空层2的宽度d2为20mm；玻璃外壳1的厚度d1为3mm；正六边形凸面镜厚度为1.0mm。
光-热转换流程：参见图6，多碟式聚光器镜面反射率高达94％，腔口凸面镜材质为透光率为95％的石英玻璃。当太阳光垂直照射到聚光器602中，大部分光线能透过该8字外形腔式太阳能吸热器601的腔口凸面镜16,盘管外壁及软质传热层25接收太阳辐射，同时将太阳辐射能转化为热能，自身温度升高。低温导热流体24水从低温进料口15进入到低温段螺旋换热盘管23，沿着盘管流动的同时接受来自于低温段螺旋换热盘管23及软质传热层25的热能，以对流传热的方式升温至200℃，由于盘管部分嵌入至软质传热层25，降低了因热辐射不均匀而引起热斑的可能性；经加热后的水从低温出料口14离开光-热转换装置进入到热化学储能装置中。同时高温导热流体5重油从高温进料口13进入到高温段螺旋换热盘管4，沿着盘管，以对流传热的方式升温至400℃，最终从高温出料口10进入到热化学储能装置。
太阳辐射直接透过正六边形凸面镜9、玻璃外壳1及绝热真空层2，对钢质内壳3进行加热；钢质内壳3的热能经软质传热层25分别传至高温螺旋换热盘管4、低温螺旋换热盘管23，升温后的螺旋换热盘管以对流传热的方式将热能分别传至高温工质5、低温工质流体24，并最终使流体升温，实现对流体的二次加热。
实施效果分析
本系统的实施可替代动力煤的应用，每年可节约煤用量1000～2000吨，按每吨煤500元计，年节约运行成本50～100万元。与燃煤火力发电相比，本太阳能热发电系统每发电1000KWh，可向大气约减少排放1000kg CO2、8kgSO2、5kg NOx、50kg粉尘，对环境造成的影响要远小于燃煤火力发电。经济效益与社会效益均相当可观。
方案2相关部件具体参数见表1。
表1
本发明案例仅为说明本发明生产流程而列举的案例，不对本发明具体实施方法产生限制，这里无法对本发明适合的案例情况进行详尽列举。凡在本发明的精神及原则上所作的修改、等同替换等都属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器，其特征在于所述的腔式吸热器包括光线收集部分、低温加热部分、高温加热部分及二次加热部分；二次加热部分为均匀镶嵌在玻璃外壳（1）外表面的正六边形凸面镜（9）；玻璃外壳(1)与钢质内壳（3）之间的间隔为绝热真空层（2），两者外形均为下端开口8字形；钢质内壳（3）的内侧为带凹槽的软质传热层（25），高温段螺旋换热盘管(4)、低温段螺旋换热盘管（23）均以半嵌入的形式与软质传热层（25）相连接；以腔体中部低温出料口（14）及高温进料口（13）所在平面为界限，以上至顶部的高温出料口（10）为高温加热部分，以下至腔口为低温加热部分，腔口附近设置低温进料口（15）；低温加热部分与光线收集部分的反光式挡风板（19）在腔口处无缝连接。
2.根据权利要求1所述的一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器，其特征在于光线收集部分包括腔口凸面镜(16)、反光式挡风板(19)；圆台形反光式挡风板（19）在腔口处分别与8字形玻璃外壳（1）及钢质内壳（3）无缝连接，并封闭了玻璃外壳（1）与钢质内壳（3）间的间隙，形成绝热真空层（2）；反光式挡风板（19）靠绝热真空层（2）的一侧涂红外涂层面（17），而靠开腔一侧为光滑外镜面（18），能反射来自于聚光器的光线，并送至内腔；腔口凸面镜（16）在腔口所在平面与反光式挡风板（19）无缝连接，从而形成了以8字外形的软质传热层（25）为主体，反光式挡风板（19）、腔口凸面镜（16）作为封口的封闭内腔，其中腔口凸面镜（16）与腔口的直径相等；利用腔口凸面镜(16)的聚焦及封闭作用；光滑外镜面（18）能将部分即将逃逸的光线再次反射至内腔。
3.根据权利要求1所述的一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器，其特征在于低温加热部分为8字的下半部分，其半径R1为200~400mm；由真空抽气孔(8)、低温进料口(15)、低温出料口(14)、低温段螺旋换热盘管(23)、低温导热流体(24)、软质传热层(25)、钢质内壳(3)、玻璃外壳(1)、绝热真空层(2)、螺栓(22)、气孔(21)、密封橡胶圈(20)组成；其中腔口附近的真空抽气孔(8)配有密封橡胶圈，用于连接抽真空机器；低温段螺旋换热盘管(23)为单向盘管，盘管外径φ1为20~25mm，内径φ2为17~22mm，盘管之间间距1~2mm，且盘管内侧含螺纹，外侧打磨成粗糙表面并涂有吸光材料；盘管部分嵌入软质传热层(25)，以使得管内工质受热均匀,软质传热层(25)的厚度h2为15~20mm；低温导热流体(24)为水或其他低温工质；软质传热层(25)上开槽，槽直径与换热盘管外径φ1相当，槽深h1为换热盘管外半径，即φ1=2h1；槽间距与换热盘管间距相等，确保盘管能嵌入槽中；位于软质传热层（25）外侧并与其紧密相接的钢质内壳(3)厚度d3为5~8mm；玻璃外壳(1)为高透光率的石英玻璃，透光率大于0.95，厚度d1为2~3mm，且外表面镶有正六边形凸面镜(9)，玻璃外壳（1）与钢质内壳（3）间的间隔为绝热真空层（2）。
4.根据权利要求1所述的一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器，其特征在于高温加热部分用于加热高温工质，为8字的上半部分，其半径R2为200~400mm；包括高温进料口(13)、高温出料口(10)、玻璃外壳(1)、绝热真空层(2)、钢质内壳(3)、软质传热层(25)、高温段螺旋换热盘管(4)、高温导热流体(5)、螺栓(6)、气孔(11)、密封橡胶圈(12)；其中高温段螺旋换热盘管(4)为单向盘管，盘管外径φ1为20~25mm，内径φ2为17~22mm，盘管之间间距1~2mm，且盘管内侧含螺纹，外侧打磨成粗糙表面并涂有吸光材料，增强其吸光能力；盘管部分嵌入软质传热层(25)，使得工质受热均匀,软质传热层(25)的厚度h2为15~20mm；高温导热流体(5)为重油或其他高温工质；高温加热段中钢质内壳(3)、玻璃外壳(1)及软质传热层(25)的相关参数、结构关系均与低温加热段相同；低温加热部分和高温加热部分组成腔体的主要部分，两者有独立进出料口，可用于中高温太阳能热利用系统内对不同温度要求工质的加热，实现不同温度传热流体的输送。
5.根据权利要求1所述的一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器，其特征在于太阳辐射直接透过正六边形凸面镜(9)、玻璃外壳(1)、绝热真空层(2)，对钢质内壳(3)进行加热，升温后的钢质内壳(3)以热传导的形式经软质传热层(25)分别向低温螺旋换热盘管(23)及高温螺旋换热盘管（4）传热；低温螺旋换热盘管（23）及高温螺旋换热盘管(4)均以对流传热的形式使盘管内低温工质（24）及高温工质（5）升温，从而实现对导热流体的二次加热；正六边形凸面镜(9)材料为高透光率的石英玻璃，透光率大于0.95，厚度为0.8~1.5mm，以镶嵌的形式均匀分布于玻璃外壳(1)上。
6.根据权利要求1所述的一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器，其特征在于光线收集部分的反光式挡风板(19)为无底圆台形;反光式挡风板（19）所对应的圆心角α为50~70°,板长l 1为250~300mm,板厚h3为20~30mm,其两侧分别为红外涂层面(17)、光滑外镜面(18)；下端开口的8字形玻璃外壳(1)位于外侧，相同形状的钢质内壳(3)位于内侧，反光式挡风板（19）在开口处分别与两者无缝连接，形成密封绝热真空层(2),绝热真空层(2)宽度d2为20~40mm；多碟式聚光器的焦平面与腔口平面共面，张角β等于反光式挡风板(19)对应圆心角α的1/2，即α=2β；腔口凸面镜(16)采用的是高透光率的耐高温石英玻璃，透光率大于0.95，直径D1为200~300mm,凸面镜表面光滑。
7.根据权利要求1所述的一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器，其特征在于所述玻璃外壳(1)、开槽内壳(3)均为下端开口的8字形；未装配时，腔体分为上中下三部分，相互独立的三部分通过共8个螺栓装配而成，其中低温段加热部分的下螺栓(22)及高温段加热部分上螺栓(6)分别4个，所有螺栓分别与相对应的螺孔及螺母配套，连接处分别安装带气孔的密封橡胶圈；腔体开口所对应的圆心角与反光式挡风板（19）的圆心角α相等，腔口直径为D2，且D2=D1+2h3，确保反光式挡风板(19)能与腔口凸面镜(16)无缝连接。
8.权利要求1~7任一项所述的一种半嵌入式8字外形腔式太阳能吸热器的工作方法，其特征在于太能辐射经多碟式聚光器上的反光镜反射，大部分太阳光透过高透光率的腔口凸面镜(16)进入到内腔；进入内腔的太阳光经多次吸收、反射、折射后，最终被软质传热层(25)及外表有吸光涂层的高温段螺旋换热盘管(4)及低温段螺旋换热盘管（23）吸收，使得螺旋换热盘管升温，从而实现由太能辐射能到热能的转化；以对流传热的形式，热能分别从温度较高的高温段螺旋换热盘管(4)、低温段螺旋换热盘管（23）传导至温度较低的高温工质(5)及低温工质（24）,从而达到加热导热流体的目的；另一部分太阳辐射在未到达多碟式聚光器前就直接透过正六边形凸面镜(9)、玻璃外壳(1)及绝热真空层(2)，对钢质内壳(3)进行加热，升温后的钢质内壳(3)以热传导的形式经软质传热层(25)分别向高温段螺旋换热盘管(4)及低温段螺旋换热盘管（23）传热；升温后的螺旋换热盘管与盘管内工质间以对流传热的形式传热，从而实现对流体的二次加热，确保流体温度满足要求;其中低温加热段出料口(14)流体温度t1可达到150℃~250℃,高温加热段出料口(10)流体温度t2可达到400℃~500℃。
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