CN117938067A - 一种太阳能分频利用的反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能分频利用的反应器，包括多段依次连接的反应器单模块，每段反应器单模块均包括玻璃内管和玻璃外管，玻璃外管同轴套设在玻璃内管的外部，玻璃外管的端部与玻璃内管之间密封连接，玻璃外管与玻璃内管之间的环腔设置为真空腔并作为隔热层，玻璃内管用于输送分频流体，相邻反应器单模块的玻璃内管连接。本发明能够对太阳光线进行分频，将能产生光生伏打效应的太阳光光敏响应波段和产热的太阳光热辐射波段进行分离，光敏响应波段光线发电，热辐射波段光线集热，因此能大幅度提升太阳能的综合利用效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种太阳能分频利用的反应器。
背景技术
太阳能是重要的可再生能源，热电联产技术是太阳能综合利用效率最高的形式之一。然而太阳光线是一种多谱段光线，现有的光伏组件只能接受特定波段的太阳光线能量来产生光生伏打效应，其余波段光线辐射热能，不助于光伏组件的发电。因此，若对太阳光线进行分频，将能产生光生伏打效应的太阳光光敏响应波段和产热的太阳光热辐射波段进行分离，光敏响应波段光线发电，热辐射波段光线集热，将能大幅度提升太阳能的综合利用效率。
可通过分频流体对太阳光线进行分频，但目前针对分频流体，亟需一种分频反应器来拓展其应用，然而行业内尚未出现太阳能分频流体专用的分频反应器。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种太阳能分频利用的反应器，本发明能够对太阳光线进行分频，将能产生光生伏打效应的太阳光光敏响应波段和产热的太阳光热辐射波段进行分离，光敏响应波段光线发电，热辐射波段光线集热，因此能大幅度提升太阳能的综合利用效率。
本发明采用的技术方案如下：
一种太阳能分频利用的反应器，包括多段依次连接的反应器单模块，每段反应器单模块均包括玻璃内管和玻璃外管，玻璃外管同轴套设在玻璃内管的外部，玻璃外管的端部与玻璃内管之间密封连接，玻璃外管与玻璃内管之间的环腔设置为真空腔并作为隔热层，玻璃内管用于输送分频流体，相邻反应器单模块的玻璃内管连接。
优选的，每个反应器单模块的玻璃内管端部设有法兰，相邻反应器单模块的玻璃内管的端部通过法兰和螺栓连接，相邻反应器单模块的法兰之间设有密封垫。
优选的，相邻反应器单模块的法兰之间设有膨胀节，膨胀节与法兰之间设置密封垫。
优选的，法兰套设在玻璃内管的端部，法兰与玻璃内管之间通过胶固定且密封连接。
优选的，相邻反应器单模块的真空腔之间通过通气管连通。
优选的，所述太阳能分频利用的反应器上位于一端的反应器单模块的真空腔连接有截止阀，通过所述截止阀能够将所述真空腔进行抽真空。
优选的，玻璃内管上在玻璃外管的两端均套设有玻璃端盖，玻璃端盖的形状为瓶盖状，玻璃端盖的底面开设有与玻璃内管间隙配合的通孔，玻璃端盖的底面与玻璃内管之间通过胶固定且密封连接，玻璃外管的端部插入玻璃端盖中并通过胶固定且密封连接。
优选的，相邻反应器单模块的玻璃端盖的底面开设有供通气管穿过的通孔，通气管与该通孔之间为间隙配合，通气管与玻璃端盖的底面通过胶固定且密封连接。
优选的，玻璃内管上在玻璃外管的两端均套设有陶瓷隔热断桥罩，陶瓷隔热断桥罩的形状为圆环形，陶瓷隔热断桥罩的内环面与玻璃内管之间为间隙配合并通过胶固定且密封连接；陶瓷隔热断桥罩的外环面与玻璃外管的内壁之间为间隙配合并通过胶固定且密封连接；
陶瓷隔热断桥罩上开设有供通气管穿过的通孔，且通气管与该通孔之间为间隙配合并通过胶固定且密封连接。
优选的，玻璃内管的长度大于玻璃外管的长度，玻璃内管的长度为1.5-2.5米。
本发明具有如下有益效果：
本发明太阳能分频利用的反应器的玻璃内管用于输送分频流体，当分频流体流经玻璃内管时，玻璃内管中的分频流体会吸收聚光焦束(太阳光)的能量转化为热量、并透射400-700nm波段的太阳光线，可在本发明太阳能分频利用的反应器的反面设置光伏组件，以接收透射光线进行太阳能发电。玻璃内管中被太阳光加热的分频流体能够被收集并作为其他热用户的热源，玻璃外管与玻璃内管之间的环腔真空腔可作为隔热层，尽可能降低玻璃内管中被加热的分频流体的热损。同时，由于太阳能聚光镜镜场聚光焦束常长达数十米、上百米，考虑到制造难度及运输难度，因此本发明将太阳能分频利用的反应器设置为多段依次连接的反应器单模块，这样便于运输，并能够在现场进行组装。从上述可以看出，本发明能够对太阳光线进行分频，将能产生光生伏打效应的太阳光光敏响应波段和产热的太阳光热辐射波段进行分离，光敏响应波段光线发电，热辐射波段光线集热，因此能大幅度提升太阳能的综合利用效率，同时还便于运输和安装。
附图说明
图1本发明太阳能分频利用的反应器与抽真空装置的连接示意图；
图2为图1中的A部放大图。
图中：1-阀门，2-真空泵，3-真空管道，4-截止阀，5-玻璃内管，6-玻璃外管，7-法兰，8-密封垫，9-螺栓，10-通气管，11-玻璃端盖，11-1-底面，12-陶瓷隔热断桥罩。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
参见图1，本发明太阳能分频利用的反应器包括多段依次连接的反应器单模块，每段反应器单模块均包括玻璃内管5和玻璃外管6，玻璃外管6同轴套设在玻璃内管5的外部，玻璃外管6的端部与玻璃内管5之间密封连接，玻璃外管6与玻璃内管5之间的环腔设置为真空腔并作为隔热层，玻璃内管5用于输送分频流体，相邻反应器单模块的玻璃内管5连接。
本发明太阳能分频利用的反应器中，玻璃内管5用于输送分频流体，当分频流体从玻璃内管5流过时，太阳光一次从玻璃外管6、玻璃内管5以及分频流体透射，太阳光经分频流体分频后，400-700nm波段的太阳光线透射出，可被用来进行太阳能发电，同时分频流体会吸收太阳光的热量，使得分频流体的温度升高，被加热的分频流体可以被收集并作为热用户的热源。
作为本发明可选地实施方案，相邻反应器单模块的玻璃内管5连接方式可以采用如下方式：即在每个反应器单模块的玻璃内管5端部设置法兰7，相邻反应器单模块的玻璃内管5的端部通过法兰7和螺栓9连接，相邻反应器单模块的法兰7之间设有密封垫8。通过法兰7、螺栓9和密封垫8之间能够实现相邻反应器单模块的玻璃内管5之间的密封连接。
作为上述方案的进一步改进，本发明还可以再相邻反应器单模块的法兰7之间设置膨胀节，利用膨胀节能够容纳玻璃内管5由于热胀冷缩而发生的轴向尺寸变化，减少玻璃内管5之间的内应力，同时还能使得相邻玻璃内管5之间的能够有一定的角度(非同轴设置)偏差，膨胀节与法兰7之间设置密封垫8，密封垫8保证膨胀节与法兰7之间的密封性。
作为本发明可选地实施方案，本发明中，法兰7与玻璃内管5可采用如下方式连接：法兰7套设在玻璃内管5的端部，法兰7与玻璃内管5之间通过胶固定且密封连接。
作为本发明可选地实施方案，相邻反应器单模块的真空腔之间通过通气管10连通，这样通过在整个太阳能分频利用的反应器的一端，对位于端部的反应器单模块的真空腔抽真空，从而实现所有反应器单模块的真空腔一起被抽真空，便于现场施工。
作为上述方案的进一步改进，所述太阳能分频利用的反应器上位于一端的反应器单模块的真空腔连接有截止阀4，通过所述截止阀4能够将所述真空腔进行抽真空，利用截止阀4能够实现对真空腔抽真空，同时关闭截止阀4后能够让真空腔馁保持真空。另外，还可以再截止阀4的前端设置压力表来检测真空腔的压力，当真空腔内的压力升高至预设值后，可通过截止阀4对真空腔再抽真空，以保证真空腔的真空度。
作为本发明可选地实施方案，玻璃内管5与玻璃外管6之间可采用如下方式进行连接：如图2所示玻璃内管5上在玻璃外管6的两端均套设有玻璃端盖11，玻璃端盖11的形状为瓶盖状，玻璃端盖11的底面开设有与玻璃内管5间隙配合的通孔，玻璃端盖11的底面与玻璃内管5之间通过胶固定且密封连接，玻璃外管6的端部插入玻璃端盖11中并通过胶固定且密封连接。
作为本发明可选地实施方案，在上述方案的基础上，相邻反应器单模块的玻璃端盖11的底面开设有供通气管10穿过的通孔，通气管10与该通孔之间为间隙配合，通气管10与玻璃端盖11的底面通过胶固定且密封连接。
作为上述方案的进一步改进，玻璃内管5上在玻璃外管6的两端均套设有陶瓷隔热断桥罩12，陶瓷隔热断桥罩12的形状为圆环形，陶瓷隔热断桥罩12的内环面与玻璃内管5之间为间隙配合并通过胶固定且密封连接；陶瓷隔热断桥罩12的外环面与玻璃外管6的内壁之间为间隙配合并通过胶固定且密封连接；利用陶瓷隔热断桥罩12能够降低玻璃内管5中分频流体的热损失，同时还能够对玻璃外管6形成内支撑，保证玻璃外管6安装的稳定性。陶瓷隔热断桥罩12上开设有供通气管10穿过的通孔，且通气管10与该通孔之间为间隙配合并通过胶固定且密封连接。
作为本发明可选地实施方案，玻璃内管5的长度大于玻璃外管6的长度，玻璃内管5的长度为1.5-2.5米。这样便于运输。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例太阳能分频利用的反应器包括多段依次连接的反应器单模块，每段反应器单模块均包括玻璃内管5和玻璃外管6，玻璃外管6同轴套设在玻璃内管5的外部，玻璃内管5上在玻璃外管6的两端均套设有玻璃端盖11和陶瓷隔热断桥罩12，玻璃端盖11的形状为瓶盖状，玻璃端盖11的底面开设有与玻璃内管5间隙配合的通孔，玻璃端盖11的底面与玻璃内管5之间通过胶固定且密封连接，玻璃外管6的端部插入玻璃端盖11中并通过胶固定且密封连接；相邻反应器单模块的玻璃端盖11的底面开设有供通气管10穿过的通孔，通气管10与该通孔之间为间隙配合，通气管10与玻璃端盖11的底面通过胶固定且密封连接；陶瓷隔热断桥罩12的形状为圆环形，陶瓷隔热断桥罩12的内环面与玻璃内管5之间为间隙配合并通过胶固定且密封连接；陶瓷隔热断桥罩12的外环面与玻璃外管6的内壁之间为间隙配合并通过胶固定且密封连接；陶瓷隔热断桥罩12上开设有供通气管10穿过的通孔，且通气管10与该通孔之间为间隙配合并通过胶固定且密封连接。在每个反应器单模块的玻璃内管5端部设置法兰7，法兰7套设在玻璃内管5的端部，法兰7与玻璃内管5之间通过胶固定且密封连接。相邻反应器单模块的玻璃内管5的端部通过法兰7之间设置膨胀节，通过法兰7、螺栓9和密封垫8之间能够实现相邻反应器单模块的玻璃内管5之间的密封连接。反应器上位于一端的反应器单模块的真空腔连接有截止阀4，如图1所示的左端。
本实施例中，每个反应器单模块的长度设置为2米，玻璃内管5的管径为20-200mm，比例外管6的管径为60-400mm。采用不锈钢法兰，法兰7上设有螺栓连接孔。密封垫8采用耐高温尼龙密封垫，采用的胶为高温绝缘胶进行密封。
如图1所示，可采用抽真空装置对本发明的真空腔进行抽真空，该抽真空装置包括真空泵2和与真空泵2连接的阀门，阀门通过真空管道3与截止阀4连接。根据应用场景的环境温度来决定双层真空管的真空度为100-300kPa。
本实施例分频反应器可将太阳光线中可激发光伏组件发电的光线和热辐射波段光线分离。将该分频反应器设置于光伏组件前，分频反应器内置的分频流体吸收过滤太阳光线中对光伏组件发电无效的太阳光线能量转化为热能，透射能促进光伏组件发电的太阳光线至光伏组件表面，从而激发光伏组件发电。采用此
分频流体选择性吸收特定波段的太阳光线能量，透射400-700nm波段的太阳光束(可以用来激发光伏组件发电)。由于本分频反应器提前吸收了除400-700nm波段外的太阳光束，从而使得照射到光伏组件上的太阳光线都是能激发光伏组件发电的有效太阳光线，避免了无效太阳光线的干扰，提升了光伏组件的发电效率。并将分频流体置于分频反应器中，使用常规晶硅光伏组件，可获得≥28％的发电效率，同时提供不低于200℃的供热参数。
该分频反应器的工作流程如下所述：
启动真空泵，待双层玻璃间真空度抽至目标真空度时，关闭真空泵和截止阀，线聚焦太阳光束透射至双层玻璃管上，控制聚光焦束完全透射至玻璃内管，分频流体流经玻璃内管吸收聚光焦束的能量转化为热量，并透射400-700nm波段的太阳光线，可在双层玻璃管聚光光束的反面设置光伏组件，以接收透射光线。
将该分频反应器用于50kW太阳能热电联产技术中，光伏组件为常规晶硅，在该系统中，实测其的发电效率为29.6％，供热温度为213.5℃。
Claims (10)
1.一种太阳能分频利用的反应器，其特征在于，包括多段依次连接的反应器单模块，每段反应器单模块均包括玻璃内管(5)和玻璃外管(6)，玻璃外管(6)同轴套设在玻璃内管(5)的外部，玻璃外管(6)的端部与玻璃内管(5)之间密封连接，玻璃外管(6)与玻璃内管(5)之间的环腔设置为真空腔并作为隔热层，玻璃内管(5)用于输送分频流体，相邻反应器单模块的玻璃内管(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能分频利用的反应器，其特征在于，每个反应器单模块的玻璃内管(5)端部设有法兰(7)，相邻反应器单模块的玻璃内管(5)的端部通过法兰(7)和螺栓(9)连接，相邻反应器单模块的法兰(7)之间设有密封垫(8)。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能分频利用的反应器，其特征在于，相邻反应器单模块的法兰(7)之间设有膨胀节，膨胀节与法兰(7)之间设置密封垫(8)。
4.根据权利要求2或3所述的一种太阳能分频利用的反应器，其特征在于，法兰(7)套设在玻璃内管(5)的端部，法兰(7)与玻璃内管(5)之间通过胶固定且密封连接。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能分频利用的反应器，其特征在于，相邻反应器单模块的真空腔之间通过通气管(10)连通。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能分频利用的反应器，其特征在于，所述太阳能分频利用的反应器上位于一端的反应器单模块的真空腔连接有截止阀(4)，通过所述截止阀(4)能够将所述真空腔进行抽真空。
7.根据权利要求5所述的一种太阳能分频利用的反应器，其特征在于，玻璃内管(5)上在玻璃外管(6)的两端均套设有玻璃端盖(11)，玻璃端盖(11)的形状为瓶盖状，玻璃端盖(11)的底面开设有与玻璃内管(5)间隙配合的通孔，玻璃端盖(11)的底面与玻璃内管(5)之间通过胶固定且密封连接，玻璃外管(6)的端部插入玻璃端盖(11)中并通过胶固定且密封连接。
8.根据权利要求7所述的一种太阳能分频利用的反应器，其特征在于，相邻反应器单模块的玻璃端盖(11)的底面开设有供通气管(10)穿过的通孔，通气管(10)与该通孔之间为间隙配合，通气管(10)与玻璃端盖(11)的底面通过胶固定且密封连接。
9.根据权利要求8所述的一种太阳能分频利用的反应器，其特征在于，玻璃内管(5)上在玻璃外管(6)的两端均套设有陶瓷隔热断桥罩(12)，陶瓷隔热断桥罩(12)的形状为圆环形，陶瓷隔热断桥罩(12)的内环面与玻璃内管(5)之间为间隙配合并通过胶固定且密封连接；陶瓷隔热断桥罩(12)的外环面与玻璃外管(6)的内壁之间为间隙配合并通过胶固定且密封连接；
陶瓷隔热断桥罩(12)上开设有供通气管(10)穿过的通孔，且通气管(10)与该通孔之间为间隙配合并通过胶固定且密封连接。
10.根据权利要求1所述的一种太阳能分频利用的反应器，其特征在于，玻璃内管(5)的长度大于玻璃外管(6)的长度，玻璃内管(5)的长度为1.5-2.5米。
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