CN1844790A - 光漏斗导光聚能高温相变储热强迫循环式太阳炉 - Google Patents

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Abstract

本发明为光漏斗导光聚能高温相变储热强迫循环式太阳炉，属太阳能利用技术领域。该装置包括光漏斗、储能器、循环泵、储油器和用户供热器等部件。储热体和换热器置于储能器外壳内；换热器的进出导管穿过集热腔与循环泵、储油器相连；储油器通过导热油循环管与用户供热器相连。太阳光经光漏斗聚集后通过透明进光窗进入集热腔，在集热腔中转化为热能并由导热板传入蓄热体中储存。当用户用能时，开启循环泵将储油器中的导热油泵入储能器内的换热器中，在那里与储热体换热形成高温导热油，并经循环管输送至用户供热器，为用户供热。它是一种能够利用光漏斗聚集太阳光，利用高温相变蓄能材料储热，从而实现为用户提供高温热能的装置。

Description

光漏斗导光聚能高温相变储热强迫循环式太阳炉
所属技术领域
本发明属太阳能聚光与太阳能热利用技术领域。具体地说是一种能够利用光漏斗集光和光导管将太阳光导入储能器，利用高温相变蓄能材料储能，并在循环泵的驱动下实现为用户提供高温热能的装置。
背景技术
在目前推广使用的太阳能集热器中，以全玻璃真空管集热器和全铜平板型集热器为主。但这两类太阳能集热器所能为用户提供的均为90℃以下的热能，一般只能为用户提供生活热水。当用户需要更高温度的热能(＞100℃)，如产生高温蒸汽、民用炊事烹调等时，这类集热器一般不能满足要求。现虽有直接反射聚焦的太阳灶可用于烹饪功能，但它需要用户直接在阳光下操作，并需要及时跟踪太阳的运动轨迹，否则不能得到聚焦良好的光斑，由此给用户带来极大不便，限制了此类装置的推广应用。因此，克服上述缺陷，提高太阳能集热器的集热温度，同时为用户提供良好的用能环境，是进一步推广太阳能利用的重要手段。本发明正是解决这个问题的理想装置之一。
发明内容
为克服现有太阳能集热系统运行温度低的缺点，本发明提供了一种新的太阳能集热装置。该装置能将小通量的太阳光能，经累积产生高温的热能，并将该热能蓄存起来，供用户需要时使用。而且由于该装置采用了相变材料蓄热、真空夹层隔热和其它绝热材料保温等措施，因而具有集热、储热效率高的显著特点。装置还采用了主动强迫循环供热等措施，使热量能远距离传输给用户，方便了用户的使用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用特殊设计的光漏斗收集和传导太阳光，光漏斗的出口端与储能器外壳体上的进光口相连接，使经光漏斗收集的太阳光从进光口导入储能器外壳体内的集热腔中；集热腔通过导热条和集热腔导热板与蓄热体紧密接触，可将集热腔产生的热量迅速导入蓄热体中储存；蓄热体与换热器紧密接触，能够很容易将所储存的热量传递给盘管内的导热介质，通过导热介质的循环流动可将热量传给用户；换热器经管道并穿过法兰，与储能器外的储油器相连，在储能器和储油器的连接管路上有循环泵以便驱动导热介质循环流动；用户不用能时，换热器内的导热介质全部返回储油器中，以防止导热介质长期受热老化；用户用能时，循环泵将储油器中的导热介质泵入换热器中，与储热体换热，受热后的导热介质经管道送至用户供热器中，为用户供热，放热后导热介质再回到储油器中。为了防止散热，储能器的外壳体采用具有真空夹层的内外壁结构制成，外壳体的外壁再用可耐高温的绝热材料保温，从而实现装置的高温储能。
本发明的有益效果是，可以将低能流密度的太阳光能，经过光漏斗的聚集和储能器的累积形成高温热能，解决用户短时间用能功率大、用能温度高，而普通太阳能装置瞬时提供能量功率小、供能温度低的矛盾。由于光漏斗的特殊导光特性使得在一定角度入射的太阳光均能被收集和利用，因此不需要特别准确的阳光跟踪，降低了装置造价，有利于推广使用。同时实现了太阳光聚集地点与用户用能地点相分离，为用户提供良好的用能环境。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的连接光路和运行原理图。
图2是有两个循环管路为用户供热的实施例运行图。
图3是在储热体与集热腔之间有3根导热条的实施例运行原理图。
图4是用CPC与菲涅耳反射镜组成光漏斗为系统提供光能的实施例图。
图1中，1.一级CPC(复合抛物面集光器)；2.菲涅尔透镜；3.光导管；4.二级CPC；5.透明进光窗；6.进光口；7.保温材料；8.带真空层的外壳体；9.真空层；10.换热器；11.蓄热体；12.集热腔导热板；13.集热腔；14.集热腔口法兰；15.循环泵。16.集油腔；17.保温管道；18.用户供热器；19.导热板；20.烹具。
图2中，21.第二供热循环管。
图3中，22.导热条。图中导热条有3根。
图4中，23.太阳光线；24.菲涅耳反射镜。
具体实施方式
图1是本发明的原理图。在图1中，装置的运行原理可分步解释如下：
本发明是一种能够利用光漏斗将聚集的太阳光导入，利用高温相变蓄能材料储热，从而实现为用户提供高温热能的装置。装置在运行过程中，太阳光入射到一级CPC(复合抛物面集光器)(1)的内表面上，如果太阳光与一级CPC(1)的旋转轴的夹角小于该集光器的采光半角，则太阳光被反射到菲涅尔透镜(2)上，经菲涅尔透镜(2)透射后，大部分太阳光的光线又转变为近平行光，并在光导管(3)中传递。光导管(3)的出口与二级CPC(4)的进口相连，从光导管(3)的出口导出的太阳光经二级CPC(4)的反射投射到透明进光窗(5)上，透过透明进光窗(5)并经进光口(6)最后投射到带真空层(9)的外壳体(8)下部的集热腔(13)中。在集热腔(13)内实现光热转化，产生热能；集热腔(13)中的热能通过集热腔导热板(12)传给上部的蓄热体(11)，使蓄热体(11)温度上升。蓄热体(11)温度上升过程中实现蓄热体的显热储能，当蓄热体的温度上升至其相变温度时，蓄热体发生相变，实现高温相变储能。由于装置的外壳体(8)具有真空层(9)，外壳体的外壁之外四周又用可耐高温的绝热材料(7)保温，因此高温热能不能从外壳体散出。进光口的外端又有透明窗(5)隔热，阻止了红外光和对流散热，因此高温热能也不能从进光口(6)散出。在用户不使用热能时，装置可不断地接收太阳光能并实现高温储能。在此过程中，只有光能从进光口(6)不断进入，使蓄热体(11)不断升温储热，只有当通过保温材料散出的热量等于供入的光能时，升温才停止。因此，装置的隔热性能越好，供入的光能强度越高，蓄热体(11)可储存的能量越大，蓄热温度越高。当用户需要使用热能时，通电使循环泵(15)运转，此时储油罐(16)中的导热油经管道，穿过集热腔口法兰(14)被输送至换热器(10)中，在那里与蓄热体(11)换热形成高温热油；此高温热油再穿出集热腔口法兰(14)经保温管道(17)送至用户供热器(18)中，在那里热能通过导热板(19)输送给烹具(20)，最后实现将太阳热能提供给用户。
图2是有两个循环管路为用户供热的实施例运行图。储热体(11)中储存的高温热能，通过循环泵(15)的进出口方向的变化，高温导热油既可通过保温管(17)输送给用户，也可通过保温管(21)输送给用户，从而实现为两个甚至多个用户供热。其中为每一个用户供热的方式与图1所述相同。
图3是在储热体与集热腔之间有3根导热条(22)的实施例运行原理图。此时由太阳能光漏斗聚集的太阳光经进光口(6)进入外壳体(8)内的集热腔(13)中，在集热腔(13)内实现光热转化，产生的热能由导热条(21)和导热板(12)一起传递给储热体(11)，实现热能的储存。热能的利用过程与图1所述相同。
图4是用CPC与菲涅耳反射镜组成光漏斗为系统提供光能的实施例图。图中，与光漏斗的旋转轴(也称光轴)夹角小于第一级CPC(1)的最大集光角(也称采光半角)的太阳光线(23)被反射到反射式菲涅耳透镜(24)上，经菲涅耳反射镜(24)反射后，大部分太阳光的光线又转变为近平行光，并在光导管(3)中传递。光导管(3)的出口与二级CPC(4)的进口相连，从光导管(3)的出口导出的太阳光经二级CPC(4)的反射从光漏斗的出光口导出，从而实现太阳光的聚集与传输。热能的后续利用过程与图1所述相同。

Claims (5)

1.一种光漏斗导光聚能高温相变储热强迫循环式太阳炉，其特征是：有1个或多个光漏斗通道，光漏斗通道由一个或多个CPC(复合抛物面集光器)(1)或(4)经菲涅耳导光透镜(2)或菲涅耳反射镜(24)及光导管(3)过渡连接组成，太阳光经光漏斗导入储能器的外壳体(9)内的集热腔(11)中。
2.根据权利要求1所述的光漏斗导光聚能高温相变储热强迫循环式太阳炉，其特征是：储能器的外壳体(9)由内、外壁及其之间的真空层(8)构成，外壳体(9)外面装有保温材料(7)。
3.根据权利要求1所述的光漏斗导光聚能高温相变储热强迫循环式太阳炉，其特征是：储能器的外壳体(9)内有0个以上能将光能转化为热能的集热腔(13)，集热腔(13)内可以填充液体、部分固体和气体。
4.根据权利要求1所述的光漏斗导光聚能高温相变储热强迫循环式太阳炉，其特征是：储能器的外壳体(9)内包含了由相变蓄能材料或1个以上相变蓄能材料组件构成的蓄热体(11)，蓄热体(11)中包含有一个或多个换热器(10)，蓄热体(11)能够吸收来自集热腔(13)的热能，并能将热能通过换热器(10)传给换热器管道内的导热介质。
5.根据权利要求1所述的光漏斗导光聚能高温相变储热强迫循环式太阳炉，其特征是：在换热器(10)与集油器(16)之间的导热油循环管上有用于驱动导热油循环的循环泵(15)，导热油可以将储能器内的热能输送给用户。
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