CN108362004A - 一种等温结构太阳能吸热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种树梢状等温结构太阳能吸热器，包括多个上下层叠设置的盘管，盘管为圆形，盘管间层层紧贴且盘管半径自下而上逐渐减小形成半椭球状吸热部，盘管一端设有连通各盘管的分管，盘管另一端设有连通各盘管的集管，集管下端设有工质出口，分管下端设有工质入口。本发明综合考虑聚集太阳能流密度分布的非均匀性和工质吸热的升温特性，借鉴树木高效利用阳光的仿生原理，提供一种树梢状等温结构太阳能吸热器，该吸热器从下往上，盘管内吸热工质流量逐渐增加，与沿吸热器母线方向从上往下聚集太阳能流密度逐渐减小的特性数值匹配，保证吸热器盘管温度均匀，热效率高；每个盘管相对独立，盘管的高温热应力小，运行可靠性高，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及领域，尤其涉及一种等温结构太阳能吸热器。
背景技术
太阳能高温热转换是太阳能高效利用的重要方式，高温吸热器将聚集太阳光转换成高温热源，是太阳能高温热转换的核心装置与关键技术之一。
现有的太阳能吸热器工作方式主要有表面式吸热器和容积式吸热器两种。容积式吸热器热效率高，但是结构复杂，一些关键材料和换热技术还没有攻克，可靠性较差，该类吸热器目前尚处于研究阶段。表面式吸热器结构简单，可靠性好，已经有工程应用。
但是由于太阳能聚集光斑能流密度分布强烈的不均匀性，目前投入工程应用的表面式吸热器热效率比较低，局部温度过高，影响使用寿命和可靠性。
针对现有表面式吸热器存在的问题，申请人提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种等温结构太阳能吸热器，针对聚集能流密度分布不均匀性的热边界条件，结合流体力学和传热学理论，消除常规吸热器的局部高温，提高装置的热效率和工作温度。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种树梢状等温结构太阳能吸热器，包括多个上下层叠设置的盘管，盘管为圆形，盘管间层层紧贴且盘管半径自下而上逐渐减小形成半椭球状吸热部，盘管一端设有连通各盘管的分管，盘管另一端设有连通各盘管的集管，集管和分管并列且均沿吸热部母线方向设置，集管和分管管径相等，盘管管径为分管管径的0.1-0.2倍；集管下端设有工质出口，分管下端设有工质入口，吸热工质通过工质入口依次进入分管、盘管、集管，最后通过工质出口排出；所述吸热部底面为圆形，吸热部底面半径为太阳光斑半径的1.5-2倍；所述吸热部高度为太阳光斑直径的0.5-1倍。
作为本方案的一种优选，所述吸热部底面为太阳光斑半径的2倍。
作为本方案的一种优选，所述吸热部高度为太阳光斑直径的1倍。
作为本方案的一种优选，所述盘管管径为所述分管管径的0.1倍。
作为本方案的一种优选，所述集管和所述盘管采用紫铜或不锈钢材料制成。
作为本方案的一种优选，所述吸热工质采用空气、水或导热油。
本发明的有益效果是：
本发明综合考虑聚集太阳能流密度分布的非均匀性和工质吸热的升温特性，借鉴树木高效利用阳光的仿生原理，提供一种树梢状等温结构太阳能吸热器，根据管网流体输配特性，该吸热器从下往上，盘管内吸热工质流量逐渐增加，与沿吸热器母线方向从上往下聚集太阳能流密度逐渐减小的特性数值匹配，保证吸热器盘管温度均匀，热效率高；每个盘管两端仅与集管和分管连接，相对独立，盘管的高温热应力小，运行可靠性高，使用寿命长，便于维护。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖视图；
图3为本发明实施例太阳能流密度随吸热器高度分布图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-2所示，一种树梢状等温结构太阳能吸热器，包括多个上下层叠设置的盘管1，盘管1为圆形，盘管1间层层紧贴且盘管1半径自下而上逐渐减小形成半椭球状吸热部，盘管1一端设有连通各盘管1的分管2，盘管1另一端设有连通各盘管1的集管3，集管3和分管2并列且均沿吸热部母线方向设置，集管3和分管2管径相等，盘管1管径为分管2管径的0.1-0.2倍，本实施例盘管1管径优选为分管2管径的0.1倍；集管3下端设有工质出口4，分管2下端设有工质入口5，吸热工质通过工质入口5依次进入分管2、盘管1、集管3，最后通过工质出口4排出。
上下层盘管1将靠紧，对入射的聚集太阳光没有漏光缝隙。
所述吸热部底面为圆形，吸热部底面半径为太阳光斑半径的1.5-2倍；所述吸热部高度为太阳光斑直径的0.5-1倍，本实施例中所述吸热部底面优选为太阳光斑半径的2倍；所述吸热部高度为太阳光斑直径的1倍。
本实施例中，所述集管3和所述盘管1采用紫铜或不锈钢材料制成；所述吸热工质可以是空气、水或导热油。
本实施例所述树梢状等温结构太阳能吸热器，使用时，将所述树梢状等温结构太阳能吸热器的吸热部的顶点始终布置在焦平面上，即将吸热部顶点布置在太阳光斑中心位置，吸热部顶点接收到的聚集太阳能流密度最高，沿吸热部母线从上往下，吸热器接收到聚集太阳能流密度逐渐降低，如附图3所示。
在实际应用中，吸热工质从分管底部工质入口进入分管，然后依次分配到盘管，沿盘管流动，逐步吸收照射到盘管外表面的聚集太阳能流，然后进入集管汇总在一起，从集管的底部工质出口流出，完成太阳光到工质内能的转换。
本发明综合考虑聚集太阳能流密度分布的非均匀性和工质吸热的升温特性，借鉴树木高效利用阳光的仿生原理，提供一种树梢状等温结构太阳能吸热器，根据管网流体输配特性，在分管2上，从下往上，盘管1接口的流动阻力越来越小，同时吸热工质流过盘管1的路径越来越短，也就是说从下往上，盘管1内吸热工质流量逐渐增加，与沿吸热部母线方向从上往下聚集太阳能流密度逐渐减小的特性数值匹配，保证吸热器盘管温度均匀，热效率高；每个盘管两端仅与集管和分管连接，相对独立，盘管的高温热应力小，运行可靠性高，使用寿命长，便于维护。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
Claims (6)
1.一种树梢状等温结构太阳能吸热器，其特征在于，包括多个上下层叠设置的盘管，盘管为圆形，盘管间层层紧贴且盘管半径自下而上逐渐减小形成半椭球状吸热部，盘管一端设有连通各盘管的分管，盘管另一端设有连通各盘管的集管，集管和分管并列且均沿吸热部母线方向设置，集管和分管管径相等，盘管管径为分管管径的0.1-0.2倍；集管下端设有工质出口，分管下端设有工质入口，吸热工质通过工质入口依次进入分管、盘管、集管，最后通过工质出口排出；所述吸热部底面为圆形，吸热部底面半径为太阳光斑半径的1.5-2倍；所述吸热部高度为太阳光斑直径的0.5-1倍。
2.如权利要求1所述的一种树梢状等温结构太阳能吸热器，其特征在于，所述吸热部底面为太阳光斑半径的2倍。
3.如权利要求1所述的一种树梢状等温结构太阳能吸热器，其特征在于，所述吸热部高度为太阳光斑直径的1倍。
4.如权利要求1所述的一种树梢状等温结构太阳能吸热器，其特征在于，所述盘管管径为所述分管管径的0.1倍。
5.如权利要求1所述的一种树梢状等温结构太阳能吸热器，其特征在于，所述集管和所述盘管采用紫铜或不锈钢材料制成。
6.如权利要求1所述的一种树梢状等温结构太阳能吸热器，其特征在于，所述吸热工质采用空气、水或导热油。
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