CN110411040A - 一种太阳能腔式接收器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能腔式接收器，包括第一筒体、第二筒体和透镜，第一筒体外侧设置有第二筒体，第二筒体表面与第一筒体表面固定连接，第一筒体与第二筒体之间形成中空的内腔；第一筒体上开设有供光线射入的窗口，窗口处嵌设有透镜；第一筒体上还设置有若干隔板，隔板与第一筒体的内表面固定连接，隔板间隔设置并将第一筒体内部分隔为若干互不连通的隔室。本发明的第一筒体和第二筒体之间形成中空的内腔，太阳光经窗口进入第一筒体内，并对第一筒体进行加热；由第一筒体对内腔中的传热介质进行换热，实现光热转换，间隔设置的隔板可以减少第一筒体内空气的流动，从而降低对流换热损失；窗口处的透镜能将隔板之间的隔室进一步封闭。
Description
技术领域
本发明涉及腔式吸热器，尤其涉及一种太阳能腔式接收器。
背景技术
我国大部分地区位于北纬18°—45°之间，将近三分之二的区域年平均日照时间超过2000h，具有丰富的太阳能资源，可以对其进行集热利用。现有的太阳能集热器主要分为两类：非聚焦型太阳能集热器和聚焦型太阳能集热器。非聚焦型集热器不需要追踪太阳，导热介质温度一般在100℃以下，能量品质不高，但是其成本低，可应用于太阳能采暖、生活用水加热等方面，属于中低温太阳能集热器。聚焦型太阳能集热器分为点聚焦和线聚焦两种，可将一定面积上的太阳能集中到更小的面积上，因而获得较高品质的热能，主要应用于发电、供暖、制冷等多个应用领域，属于中高温集热器，其结构形式主要有槽式、蝶式和塔式等类型。
对于主流的槽式光热利用系统而言，槽式太阳能集热场子系统的太阳能接收器将直接影响整个系统能效的水平。目前槽式光热利用系统普遍采用的太阳能接收器是一种直通式高温真空管，虽然其集热性能较好，但是其成较高，内部真空不易保持，玻璃管与金属管封接困难，一旦泄露其光热转换效率将大幅度下降。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种具有良好集热效率和较低的热损失的用于中高温线聚焦聚光器的太阳能腔式接收器。
本发明的技术方案是这样实现的：一种太阳能腔式接收器，包括第一筒体(1)、第二筒体(2)和透镜(3)，第一筒体(1)外侧设置有第二筒体(2)，第二筒体(2)表面与第一筒体(1)表面固定连接，第一筒体(1)与第二筒体(2)之间形成中空的内腔(20)；第一筒体(1)上开设有供光线射入的窗口(4)，窗口(4)处嵌设有透镜(3)；还包括若干隔板(5)，隔板(5)与第一筒体(1)的内表面固定连接，隔板(5)间隔设置并将第一筒体(1)内部分隔为若干互不连通的隔室(51)。
进一步优选的，所述第一筒体(1)沿径向方向的截面为优弧形，窗口(4)设置在第一筒体1优弧形开口对应的弦长方向，并且窗口(4)沿第一筒体(1)的轴向方向延伸。
更进一步优选的，所述窗口(4)设置在第一筒体(1)优弧形截面对应的弦所在平面的中心处。
再进一步优选的，所述第一筒体(1)的优弧形截面所在内表面及隔板(5)的表面均设置有光谱选择性吸收涂层(11)，第一筒体(1)其余的内表面上设置有反射涂层(12)。
更进一步优选的，所述第二筒体(2)沿径向方向的截面为优弧形，第二筒体(2)的半径大于第一筒体(1)的半径。
再进一步优选的，所述第二筒体(2)优弧形截面的圆心与第一筒体(1)优弧形截面的圆心共线设置。
再进一步优选的，所述第二筒体(2)优弧形截面对应的弦与第一筒体(1)优弧形截面对应的弦共线设置。
在以上技术方案的基础上，进一步优选的，所述第一筒体(1)的外表面设置有若干翅片(13)，翅片(13)一端与第一筒体(1)固定连接，翅片(13)另一端向第二筒体(2)内表面方向延伸。
在以上技术方案的基础上，进一步优选的，所述第二筒体(2)上还设置有保温层(6)，保温层(6)包覆在第二筒体(2)外表面。
在以上技术方案的基础上，进一步优选的，所述第一筒体(1)、第二筒体(2)和隔板(5)均采用紫铜材料制成。
本发明提供的一种太阳能腔式接收器，相对于现有技术，具有以下有益效果：
(1)本发明的第一筒体和第二筒体之间形成中空的内腔，太阳光经窗口进入第一筒体内，并对第一筒体进行加热；由第一筒体对内腔中的传热介质进行换热，实现光热转换，间隔设置的隔板可以减少第一筒体内空气的流动，从而降低对流换热损失；
(2)第二筒体与第一筒体在横截面上有一定的偏移，从而在两者之间形成弦月形或者圆环形的内腔；窗口处的透镜能将隔板之间的隔室进一步封闭，阻止第一筒体内的空气与外界对流换热；
(3)第一筒体外表面设置的翅片伸入内腔中，可增大与传热介质的换热面积，可增加换热效率；
(4)第一筒体的优弧形截面所在内表面及隔板的表面均设置有光谱选择性吸收涂层，该涂层可用于吸收太阳辐射；部分未被吸收的太阳辐射被第一筒体其余的内表面上的反射涂层反射到吸收涂层上，实现对太阳辐射的重复利用，提高接收器的光热效率；
(5)第二筒体外的保温层可减少第二筒体与外界的热交换带来的热损失；
(6)本发明相比现有直通式高温真空管，对真空度的要求不高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种太阳能腔式接收器的的立体图；
图2为图1的前视图；
图3为图1的半剖俯视图；
图4为本发明一种太阳能腔式接收器的使用状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
如图1结合图2和图3所示，本发明提供了一种太阳能腔式接收器，包括第一筒体1、第二筒体2、透镜3、若干隔板5、保温层6。其第一筒体1外侧设置有第二筒体2，第二筒体2表面与第一筒体1表面固定连接，第一筒体1与第二筒体2之间形成中空的内腔20；第一筒体1上开设有供光线射入的窗口4，窗口4处嵌设有透镜3；隔板5均与第一筒体1的内表面固定连接，隔板5间隔设置并将第一筒体1内部分隔为若干互不连通的隔室51。太阳光会穿过透镜3和窗口4进入第一筒体1内部，对第一筒体1进行加热，第一筒体1升温后间接的向填充在内腔20的换热介质进行传热。由于隔板5配合透镜3将第一筒体1内部空间分隔为互不连通的隔室51，第一筒体1内的空气既不能直接与外界换热产生热损失，相邻隔室51之间的空气换热也受到限制，因而可减少第一筒体1内空气流动带来的对流热损失。
如图1结合图3所示，第一筒体1沿径向方向的截面为优弧形，窗口4设置在优弧形开口对应的弦长方向，并且窗口4沿第一筒体1的轴向方向延伸。第一筒体1的优弧形结构可以尽可能吸收窗口4处进入的太阳光，窗口4设置在优弧形开口对应的平面上，作为本发明的优选方式，窗口4的宽度小于第一筒体1优弧形结构对应的弦长部分的宽度。
作为本发明更进一步的改进，窗口4设置在第一筒体1优弧形截面对应的弦所在平面的中心处。即窗口4、透镜3的中心与第一筒体1优弧形结构的圆心共线设置。由窗口4输入的光线会经过第一筒体1的优弧形结构的圆心。
为进一步提高第一筒体1的吸热效果，在第一筒体1的优弧形截面所在内表面及隔板5的表面均设置有光谱选择性吸收涂层11，第一筒体1其余的内表面上设置有反射涂层12。光谱选择性吸收涂层11能够选择性的吸收太阳光中0.3um-2.5um区间的太阳光谱具有较高的吸收比，并对2.5um-5um红外光谱范围内保持较低的热发射比。光谱选择性吸收涂层11可以是多层膜状结构，包括铜、铝等组成的金属红外反射层、半导体材料组成的吸收层以及铝氮和铝氮氧复合膜减反射层。反射涂层12能反射阳光，使得反射后的阳光能继续进入光谱选择性吸收涂层11，实现对太阳辐射的多次吸收利用，提高光热转换效率。
光谱选择性吸收涂层11也可以是选择性吸收黑钴电镀涂层，该涂层对太阳光的吸收率为0.94-0.96，热辐射率为0.12-0.14。
由图3可知，第二筒体2沿径向方向的截面为优弧形，第二筒体2的半径大于第一筒体1的半径。
第二筒体2优弧形截面的圆心与第一筒体1优弧形截面的圆心共线设置。在该结构下，第二筒体2与第一筒体1接触面积更大。在第一筒体1和第二筒体2之间的内腔20的形状可以是弦月形也可以是圆环形。
第二筒体2优弧形截面对应的弦与第一筒体1优弧形截面对应的弦共线设置。这种结构的太阳能腔式接收器能在保证光热转换效率的同时，体积能做的更加紧凑。
如图3所示，第一筒体1的外表面设置有若干翅片13，翅片13一端与第一筒体1固定连接，翅片13另一端向第二筒体2内表面方向延伸。翅片13伸入内腔20中，可增大第一筒体1与内腔20的换热介质的接触面积，进一步提高换热效率，缩短换热时间。
第二筒体2上还设置有保温层6，保温层6包覆在第二筒体2外表面。保温层6能减少第二筒体2与外界传热带来的热损失。保温层6可以选用纳米微孔保温材料，可以采用直径7nm-12nm的超细二氧化硅粉末，混合六钛酸钾晶须和二氧化钛粉末制备凝胶材料包覆在第二筒体2外表面。
为提高本发明的导热性能，第一筒体1、第二筒体2和隔板5均采用紫铜材料制成。紫铜具有较高的导热系数，导热性能良好。第一筒体1、第二筒体2和隔板5也可以采用一体成型式的结构，可简化加工的步骤。
透镜3可采用高硼硅玻璃加工而成，具有耐高温、高强度、高硬度和高透光率的特点。
如图4所示，聚光镜7正对第一筒体1的窗口4设置，第一筒体1的中心轴位于聚焦镜7的焦线上，聚光效果最好。经聚光镜7反射的太阳光会经窗口4进入第一筒体1内。以上是一种实现槽式光热利用的结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能腔式接收器，包括第一筒体(1)、第二筒体(2)和透镜(3)，第一筒体(1)外侧设置有第二筒体(2)，第二筒体(2)表面与第一筒体(1)表面固定连接，第一筒体(1)与第二筒体(2)之间形成中空的内腔(20)；第一筒体(1)上开设有供光线射入的窗口(4)，窗口(4)处嵌设有透镜(3)；其特征在于：还包括若干隔板(5)，隔板(5)与第一筒体(1)的内表面固定连接，隔板(5)间隔设置并将第一筒体(1)内部分隔为若干互不连通的隔室(51)。
2.如权利要求1所述的一种太阳能腔式接收器，其特征在于：所述第一筒体(1)沿径向方向的截面为优弧形，窗口(4)设置在第一筒体1优弧形开口对应的弦长方向，并且窗口(4)沿第一筒体(1)的轴向方向延伸。
3.如权利要求2所述的一种太阳能腔式接收器，其特征在于：所述窗口(4)设置在第一筒体(1)优弧形截面对应的弦所在平面的中心处。
4.如权利要求3所述的一种太阳能腔式接收器，其特征在于：所述第一筒体(1)的优弧形截面所在内表面及隔板(5)的表面均设置有光谱选择性吸收涂层(11)，第一筒体(1)其余的内表面上设置有反射涂层(12)。
5.如权利要求2所述的一种太阳能腔式接收器，其特征在于：所述第二筒体(2)沿径向方向的截面为优弧形，第二筒体(2)的半径大于第一筒体(1)的半径。
6.如权利要求4所述的一种太阳能腔式接收器，其特征在于：所述第二筒体(2)优弧形截面的圆心与第一筒体(1)优弧形截面的圆心共线设置。
7.如权利要求5所述的一种太阳能腔式接收器，其特征在于：所述第二筒体(2)优弧形截面对应的弦与第一筒体(1)优弧形截面对应的弦共线设置。
8.如权利要求1所述的一种太阳能腔式接收器，其特征在于：所述第一筒体(1)的外表面设置有若干翅片(13)，翅片(13)一端与第一筒体(1)固定连接，翅片(13)另一端向第二筒体(2)内表面方向延伸。
9.如权利要求1所述的一种太阳能腔式接收器，其特征在于：所述第二筒体(2)上还设置有保温层(6)，保温层(6)包覆在第二筒体(2)外表面。
10.如权利要求1所述的一种太阳能腔式接收器，其特征在于：所述第一筒体(1)、第二筒体(2)和隔板(5)均采用紫铜材料制成。
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