CN112393442A - 一种黑体式光热转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种黑体式光热转换器，在光源→收集→传输→转换→储存→运用的利用太阳能作为新能源总技术路线中，是针对“转换”技术环节提出的专业技术系统解决方案，主要由两个光热转换腔体、四根进光针、一个散光镜紧固组装而成，属于G08‑05物理类。该发明是一种利用光纤高效传递光能、利用黑体辐射原理进行光热转换的方案，可以通过提高光热转换的效率，提高太阳能利用的效率，并降低能源利用的成本。
Description
(一)技术领域：
本发明提出的一种黑体式光热转换器是一种太阳能转换为热能的器件，属于G08-05物理类。
(二)背景技术：
将太阳能转化为电能、热能的技术，是当今科技界研究与开发的重点内容，通常的方案有：光伏发电的方式、光热转换的方式两种。例如利用单晶硅、多晶硅或者能够进行光电转换的膜材料进行发电；利用反射镜和光塔收集太阳能的方式进行发电方式，以及太阳能热水器的光热转化方式。在这些方法中，普遍存在太阳能利用率低、成本昂贵的问题，使其走向工业化应用有一定困难。本发明是一种利用光纤高效传递光能、利用黑体辐射原理进行光热转换的方案，可以通过提高光热转换的效率，提高太阳能利用的效率，并降低能源利用的成本。
(三)发明内容：
本发明提出的一种黑体式光热转换器，在光源→收集→传输→转换→储存→运用的利用太阳能作为新能源总技术路线中，是针对“转换”技术环节提出的专业技术系统解决方案，主要由两个光热转换腔体、四根进光针、一个散光镜紧固组装而成，其特征是：
1.见图1(b)：本发明提出的一种黑体式光热转换器，设左光热转换腔体(1.b.1)、右光热转换腔体(1.b.2)、进光针a(1.b.3)、进光针b(1.b.4)、进光针c(1.b.5)、进光针d(1.b.6)、散光镜(1.b.7)、密封垫(1.b.8)、螺钉a(1.b.9)、螺钉b(1.b.10)、螺钉c(1.b.11)、螺钉d(1.b.12)；其特征是：
A.见图1(b)，发明内容1所述的左光热转换腔体(1.b.1)、右光热转换腔体(1.b.2)是两个完全对称、特征相同的光热转换腔体；
B.见图1(b)，发明内容1所述的进光针a(1.b.3)、进光针b(1.b.4)、进光针c(1.b.5)、进光针d(1.b.6)是四根相同的进光针；
C.见图1(a)，发明内容1所述的进光针对称安装在左光热转换腔体(1.a.1)、右光热转换腔体(1.a.2)上；
D.见图1(a)、图1(b)，发明内容1所述的散光镜(1.b.7)安装在由左光热转换腔体(1.a.1)、右光热转换腔体(1.a.2)对称贴合安装形成的内部的空腔中；
E.见图1(a)、图1(b)，发明内容1所述的左光热转换腔体(1.b.1)、右光热转换腔体(1.b.2)之间设密封垫(1.b.8)，通过螺钉a(1.b.9)、螺钉b(1.b.10)、螺钉c(1.b.11)、螺钉d(1.b.12)紧固组合形成一种黑体式光热转换器的主体；
F.见图2，发明内容1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)，其材质可选用铜、铝、铁等能耐300度以上高温且具有较高热传递性能的各种金属材质；
G.见图2，发明内容1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)，可由铝、铜、铁等材质的金属材料铸造而成；
H.见图2，发明内容1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)，其外表面要进行防腐处理；
I.见图2，发明内容1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)，其内部要进行腐蚀或者镀膜处理成黑色；
J.见图2，发明内容1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)之间的接触面应处理成光滑平面。
2.见图2，发明内容1所述的一种黑体式光热转换器的主体设左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)、进光针安装孔座a(2.3)、进光针安装孔座d(2.4)、进光针安装孔座b(2.5)、进光针安装孔座c(2.6)、进光针安装孔座b的外表面(2.7)。
3.见图4，发明内容2所述的进光针设传能光纤(4.1)、进光针安装平台(4.2)，其特征是：
A.见图4，发明内容3所述的进光针安装平台(4.2)用于传能光纤(4.1)的穿过并密封安装、固定；
B.见图4，发明内容3所述的进光针安装平台(4.2)用于进光针与左光热转换腔体、右光热转换腔体进行密封连接；
C.见图4，发明内容3所述的传能光纤(4.1)的材质可选用石英光纤、玻璃纤维光纤、树脂材质光纤；
D.见图4，发明内容3所述的进光针安装平台(4.2)的材质为抗腐蚀的金属材料；
E.见图6，发明内容3所述的进光针进光针装配要点如图6所示，其中：
6.1为右光热转换腔体、6.2为进光针c、6.3为垫片、6.4为螺钉1、6.5为螺钉2、6.6安装轴线、6.7为进光针b。
4.见图3，发明内容2所述的左光热转换腔体设传热片(3.1)、光吸收内腔(3.2)、光能吸收片(3.3)、散光镜上安装槽(3.4)、散光镜下安装槽(3.5)。
5.见图1、图3，发明内容2所述的光吸收内腔(3.2)用于吸收进光针a(1.b.3)、进光针b(1.b.4)、进光针c(1.b.5)、进光针d(1.b.6)传来的光能，其特征是：
A.见图2、图3，发明内容3所述的光吸收内腔(3.2)总容积包含光吸收内腔(3.2)设计时预设的空间容积、以及光能吸收片(3.3)之间的空隙容积；
B.见图2，发明内容2所述的进光针安装孔座(2.5)为一穿透一种黑体式光热转换器的主体的圆孔；圆孔的轴线指向一种黑体式光热转换器的主体的中心；进光针安装孔座b的外表面(2.7)为一光滑平面，用于密封安装进光针；进光针安装孔座a(2.3)、进光针安装孔座b(2.4)、进光针安装孔座d(2.6)的特征与进光针安装孔座c(2.5)相同。
6.见图5，发明内容1所述的散光镜设散光锥体(5.1)、安装杆(5.2)，其特征是：
A.见图5，发明内容6所述的散光锥体(5.1)，为一对背对背连接在一起的园锥体，其设计有利于向光热转换体内腔四周均匀散射光能；
B.见图5，发明内容6所述的散光锥体(5.1)，散光锥体的表面用镀膜的工艺镀镜面金属膜，增强光的反射作用；
C.见图5，发明内容6所述的散光锥体(5.1)，散光锥体镀膜工艺可以选用镀金、镀银、镀铝的工艺进行镀膜；
D.见图5，发明内容6所述的安装杆(5.2)为金属杆，用于在光热转换体内腔内固定安装散光镜(5.1)。
7.见图7，本发明提出的一种黑体式光热转换器设入射光(7.1)、散光镜(7.2)、散射光(7.3)、光能吸收片(7.4)，其特征是：
A.见图7，入射光(7.1)通过传能光纤照射至散光镜(7.2)，经散光镜(7.2)反射后，向光吸收内腔总容积内照射，形成散射光(7.3)；
B.见图7，散射光(7.3)照射至光能吸收片(7.4)时，被光能吸收片(7.4)吸收；同时，导致本发明提出的一种黑体式光热转换器的温度上升；
C.见图7，由于本发明提出的一种黑体式光热转换器相对于外部传能光纤传来的入射光(7.1)是一个封闭体，光在这一过程中无法形成向本发明提出的一种黑体式光热转换器的外部进行反射逃逸和透射逃逸，即形成物理学中黑体辐射现象，光热转化在黑体辐射环境中转化率较高；
D.见图7，根据公布的光纤传输性能，光纤在较大波长范围内的每公里能量损耗小于3分贝，将太阳的光通过传能光纤输送到本发明提出的一种黑体式光热转换器时，由于光纤在光的传送过程中对光的损耗较小，从而本发明提出的一种黑体式光热转换器光热转换能效能有较大提高。
本发明有益效果：
1.利用光纤可弯曲的特性，可以方便、集中地布置光热转换装置的位置，有利于太阳光能转化的工为化应用。
2.利用黑体辐射的原理，可以使收集的光能的利用效率更加高效，即几乎全部能转化为黑体式光热转换器件的热能。
3.利用普通金属材料和光纤制作的光热转换装置，可以降低光热发电的成本。
(四)附图说明：
图1：黑体式光热转换器示意总图，其中：
图1(a)为黑体式光热转换器外形图、图1(b)为黑体式光热转换器部件组合图，具体如下：
1.a.1为左光热转换腔体、1.a.2为右光热转换腔体、1.a.3为进光针a、1.a.4为进光针b、1.a.5为进光针c、1.a.6为进光针d；
1.b.1为左光热转换腔体、1.b.2为右光热转换腔体、1.b.3为进光针a、1.b.4为进光针b、1.b.5为进光针c、1.b.6为进光针d、1.b.7为散光镜、1.b.8为密封垫、1.b.9为螺钉a、1.b.10为螺钉b、1.b.11为螺钉c、1.b.12为螺钉d。
图2：光热转换腔体结构图，其中：
2.1为左光热转换腔体、2.2为右光热转换腔体、2.3为进光针安装孔座a、2.4为进光针安装孔座d、2.5为进光针安装孔座b、2.6为进光针安装孔座c、2.7为进光针安装孔座b的外表面。
图3：光热转换腔体特征图，其中：
3.1为传热片、3.2为光吸收内腔、3.3为光能吸收片、3.4为散光镜上安装槽、3.5为散光镜下安装槽。
图4：进光针结构、特征图，其中：
4.1为传能光纤、4.2为进光针安装平台。
图5：散光镜结构、特征图，其中：
5.1为散光锥体、5.2为安装杆。
图6：进光针装配示意图，其中：
6.1为右光热转换腔体、6.2为进光针c、6.3为垫片、6.4为螺钉1、6.5为螺钉2、6.6安装轴线、6.7为进光针b。
图7：光热转换示意图，其中：
7.1为入射光、7.2为散光镜、7.3为散射光、7.4为光能吸收片。
(五)具体实施方式：
1.见图1(b)：本发明提出的一种黑体式光热转换器，设左光热转换腔体(1.b.1)、右光热转换腔体(1.b.2)、进光针a(1.b.3)、进光针b(1.b.4)、进光针c(1.b.5)、进光针d(1.b.6)、散光镜(1.b.7)、密封垫(1.b.8)、螺钉a(1.b.9)、螺钉b(1.b.10)、螺钉c(1.b.11)、螺钉d(1.b.12)；其特征是：
A.见图1(b)，具体实施方式1所述的左光热转换腔体(1.b.1)、右光热转换腔体(1.b.2)是两个完全对称、特征相同的光热转换腔体；
B.见图1(b)，具体实施方式1所述的进光针a(1.b.3)、进光针b(1.b.4)、进光针c(1.b.5)、进光针d(1.b.6)是四根相同的进光针；
C.见图1(a)，具体实施方式1所述的进光针对称安装在左光热转换腔体(1.a.1)、右光热转换腔体(1.a.2)上；
D.见图1(a)、图1(b)，具体实施方式1所述的散光镜(1.b.7)安装在由左光热转换腔体(1.a.1)、右光热转换腔体(1.a.2)对称贴合安装形成的内部的空腔中；
E.见图1(a)、图1(b)，具体实施方式1所述的左光热转换腔体(1.b.1)、右光热转换腔体(1.b.2)之间设密封垫(1.b.8)，通过螺钉a(1.b.9)、螺钉b(1.b.10)、螺钉c(1.b.11)、螺钉d(1.b.12)紧固组合形成一种黑体式光热转换器的主体；
F.见图2，具体实施方式1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)，其材质可选用铜、铝、铁等能耐300度以上高温且具有较高热传递性能的各种金属材质；
G.见图2，具体实施方式1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)，可由铝、铜、铁等材质的金属材料铸造而成；
H.见图2，具体实施方式1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)，其外表面要进行防腐处理；
I.见图2，具体实施方式1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)，其内部要进行腐蚀或者镀膜处理成黑色；
J.见图2，具体实施方式1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)之间的接触面应处理成光滑平面。
2.见图2，具体实施方式1所述的一种黑体式光热转换器的主体设左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)、进光针安装孔座a(2.3)、进光针安装孔座d(2.4)、进光针安装孔座b(2.5)、进光针安装孔座c(2.6)、进光针安装孔座b的外表面(2.7)。
3.见图4，具体实施方式2所述的进光针设传能光纤(4.1)、进光针安装平台(4.2)，其特征是：
A.见图4，具体实施方式3所述的进光针安装平台(4.2)用于传能光纤(4.1)的穿过并密封安装、固定；
B.见图4，具体实施方式3所述的进光针安装平台(4.2)用于进光针与左光热转换腔体、右光热转换腔体进行密封连接；
C.见图4，具体实施方式3所述的传能光纤(4.1)的材质可选用石英光纤、玻璃纤维光纤、树脂材质光纤；
D.见图4，具体实施方式3所述的进光针安装平台(4.2)的材质为抗腐蚀的金属材料；
E.见图6，具体实施方式3所述的进光针进光针装配要点如图6所示，其中：
6.1为右光热转换腔体、6.2为进光针c、6.3为垫片、6.4为螺钉1、6.5为螺钉2、6.6安装轴线、6.7为进光针b。
4.见图3，具体实施方式2所述的左光热转换腔体设传热片(3.1)、光吸收内腔(3.2)、光能吸收片(3.3)、散光镜上安装槽(3.4)、散光镜下安装槽(3.5)。
5.见图1、图3，具体实施方式2所述的光吸收内腔(3.2)用于吸收进光针a(1.b.3)、进光针b(1.b.4)、进光针c(1.b.5)、进光针d(1.b.6)传来的光能，其特征是：
A.见图2、图3，具体实施方式3所述的光吸收内腔(3.2)总容积包含光吸收内腔(3.2)设计时预设的空间容积、以及光能吸收片(3.3)之间的空隙容积；
B.见图2，具体实施方式2所述的进光针安装孔座(2.5)为一穿透一种黑体式光热转换器的主体的圆孔；圆孔的轴线指向一种黑体式光热转换器的主体的中心；进光针安装孔座b的外表面(2.7)为一光滑平面，用于密封安装进光针；进光针安装孔座a(2.3)、进光针安装孔座b(2.4)、进光针安装孔座d(2.6)的特征与进光针安装孔座c(2.5)相同。
6.见图5，具体实施方式1所述的散光镜设散光锥体(5.1)、安装杆(5.2)，其特征是：
A.见图5，具体实施方式6所述的散光锥体(5.1)，为一对背对背连接在一起的园锥体，其设计有利于向光热转换体内腔四周均匀散射光能；
B.见图5，具体实施方式6所述的散光锥体(5.1)，散光锥体的表面用镀膜的工艺镀镜面金属膜，增强光的反射作用；
C.见图5，具体实施方式6所述的散光锥体(5.1)，散光锥体镀膜工艺可以选用镀金、镀银、镀铝的工艺进行镀膜；
D.见图5，具体实施方式6所述的安装杆(5.2)为金属杆，用于在光热转换体内腔内固定安装散光镜(5.1)。
7.见图7，本发明提出的一种黑体式光热转换器设入射光(7.1)、散光镜(7.2)、散射光(7.3)、光能吸收片(7.4)，其特征是：
A.见图7，入射光(7.1)通过传能光纤照射至散光镜(7.2)，经散光镜(7.2)反射后，向光吸收内腔总容积内照射，形成散射光(7.3)；
B.见图7，散射光(7.3)照射至光能吸收片(7.4)时，被光能吸收片(7.4)吸收；同时，导致本发明提出的一种黑体式光热转换器的温度上升；
C.见图7，由于本发明提出的一种黑体式光热转换器相对于外部传能光纤传来的入射光(7.1)是一个封闭体，光在这一过程中无法形成向本发明提出的一种黑体式光热转换器的外部进行反射逃逸和透射逃逸，即形成物理学中黑体辐射现象，光热转化在黑体辐射环境中转化率较高；
D.见图7，根据公布的光纤传输性能，光纤在较大波长范围内的每公里能量损耗小于3分贝，将太阳的光通过传能光纤输送到本发明提出的一种黑体式光热转换器时，由于光纤在光的传送过程中对光的损耗较小，从而本发明提出的一种黑体式光热转换器光热转换能效能有较大提高。
Claims (7)
1.本发明提出的一种黑体式光热转换器，在光源→收集→传输→转换→储存→运用的利用太阳能作为新能源总技术路线中，是针对“转换”技术环节提出的专业技术系统解决方案，主要由两个光热转换腔体、四根进光针、一个散光镜紧固组装而成，设左光热转换腔体(1.b.1)、右光热转换腔体(1.b.2)、进光针a(1.b.3)、进光针b(1.b.4)、进光针c(1.b.5)、进光针d(1.b.6)、散光镜(1.b.7)、密封垫(1.b.8)、螺钉a(1.b.9)、螺钉b(1.b.10)、螺钉c(1.b.11)、螺钉d(1.b.12)；其特征是：
A.权利要求1所述的左光热转换腔体(1.b.1)、右光热转换腔体(1.b.2)是两个完全对称、特征相同的光热转换腔体；
B.权利要求1所述的进光针a(1.b.3)、进光针b(1.b.4)、进光针c(1.b.5)、进光针d(1.b.6)是四根相同的进光针；
C.权利要求1所述的进光针对称安装在左光热转换腔体(1.a.1)、右光热转换腔体(1.a.2)上；
D.权利要求1所述的散光镜(1.b.7)安装在由左光热转换腔体(1.a.1)、右光热转换腔体(1.a.2)对称贴合安装形成的内部的空腔中；
E.权利要求1所述的左光热转换腔体(1.b.1)、右光热转换腔体(1.b.2)之间设密封垫(1.b.8)，通过螺钉a(1.b.9)、螺钉b(1.b.10)、螺钉c(1.b.11)、螺钉d(1.b.12)紧固组合形成一种黑体式光热转换器的主体；
F.权利要求1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)，其材质可选用铜、铝、铁等能耐300度以上高温且具有较高热传递性能的各种金属材质；
G.权利要求1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)，可由铝、铜、铁等材质的金属材料铸造而成；
H.权利要求1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)，其外表面要进行防腐处理；
I.权利要求1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)，其内部要进行腐蚀或者镀膜处理成黑色；
J.权利要求1所述的左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)之间的接触面应处理成光滑平面。
2.权利要求1所述的一种黑体式光热转换器的主体设左光热转换腔体(2.1)、右光热转换腔体(2.2)、进光针安装孔座a(2.3)、进光针安装孔座d(2.4)、进光针安装孔座b(2.5)、进光针安装孔座c(2.6)、进光针安装孔座b的外表面(2.7)。
3.权利要求2所述的进光针设传能光纤(4.1)、进光针安装平台(4.2)，其特征是：
A.权利要求3所述的进光针安装平台(4.2)用于传能光纤(4.1)的穿过并密封安装、固定；
B.权利要求3所述的进光针安装平台(4.2)用于进光针与左光热转换腔体、右光热转换腔体进行密封连接；
C.权利要求3所述的传能光纤(4.1)的材质可选用石英光纤、玻璃纤维光纤、树脂材质光纤；
D.权利要求3所述的进光针安装平台(4.2)的材质为抗腐蚀的金属材料。
4.权利要求2所述的左光热转换腔体设传热片(3.1)、光吸收内腔(3.2)、光能吸收片(3.3)、散光镜上安装槽(3.4)、散光镜下安装槽(3.5)。
5.权利要求2所述的光吸收内腔(3.2)用于吸收进光针a(1.b.3)、进光针b(1.b.4)、进光针c(1.b.5)、进光针d(1.b.6)传来的光能，其特征是：
A.权利要求3所述的光吸收内腔(3.2)总容积包含光吸收内腔(3.2)设计时预设的空间容积、以及光能吸收片(3.3)之间的空隙容积；
B.权利要求2所述的进光针安装孔座(2.5)为一穿透一种黑体式光热转换器的主体的圆孔；圆孔的轴线指向一种黑体式光热转换器的主体的中心；进光针安装孔座b的外表面(2.7)为一光滑平面，用于密封安装进光针；进光针安装孔座a(2.3)、进光针安装孔座b(2.4)、进光针安装孔座d(2.6)的特征与进光针安装孔座c(2.5)相同。
6.权利要求1所述的散光镜设散光锥体(5.1)、安装杆(5.2)，其特征是：
A.权利要求6所述的散光锥体(5.1)，为一对背对背连接在一起的园锥体，其设计有利于向光热转换体内腔四周均匀散射光能；
B.权利要求6所述的散光锥体(5.1)，散光锥体的表面用镀膜的工艺镀镜面金属膜，增强光的反射作用；
C.权利要求6所述的散光锥体(5.1)，散光锥体镀膜工艺可以选用镀金、镀银、镀铝的工艺进行镀膜；
D.权利要求6所述的安装杆(5.2)为金属杆，用于在光热转换体内腔内固定安装散光镜(5.1)。
7.本发明提出的一种黑体式光热转换器设入射光(7.1)、散光镜(7.2)、散射光(7.3)、光能吸收片(7.4)，其特征是：
A.入射光(7.1)通过传能光纤照射至散光镜(7.2)，经散光镜(7.2)反射后，向光吸收内腔总容积内照射，形成散射光(7.3)；
B.散射光(7.3)照射至光能吸收片(7.4)时，被光能吸收片(7.4)吸收；同时，导致本发明提出的一种黑体式光热转换器的温度上升；
C.由于本发明提出的一种黑体式光热转换器相对于外部传能光纤传来的入射光(7.1)是一个封闭体，光在这一过程中无法形成向本发明提出的一种黑体式光热转换器的外部进行反射逃逸和透射逃逸，即形成物理学中黑体辐射现象，光热转化在黑体辐射环境中转化率较高；
D.根据公布的光纤传输性能，光纤在较大波长范围内的每公里能量损耗小于3分贝，将太阳的光通过传能光纤输送到本发明提出的一种黑体式光热转换器时，由于光纤在光的传送过程中对光的损耗较小，从而本发明提出的一种黑体式光热转换器光热转换能效能有较大提高。
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