CN210441462U - 一种中低温太阳能聚光加热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种中低温太阳能聚光加热器，其特征在于：包括加热管，所述加热管盘旋缠绕形成凹腔结构，所述凹腔结构设有开口端，所述加热管的介质入口位于所述凹腔结构开口端，所述加热管经盘旋在所述凹腔结构的开口端相对侧连通一空腔，介质出口从所述空腔的上表面引出；所述加热管内设有加强传热件；所述凹腔结构外表面包裹有保温层；所述加热管表面涂覆有太阳能吸收材料，或者，所述加热管接受辐射的外壁为微凹凸结构。本实用新型换热效果良好，热损失小，加工工艺简单，适合大批量生产，能满足巨大的中低温供热市场需求。

Description

一种中低温太阳能聚光加热器

技术领域

本实用新型属于太阳能加热技术领域，尤其涉及一种中低温太阳能聚光加热器。

背景技术

随着我国对环境质量的要求日益提高，环保标准愈加严格，利用清洁的太阳能部分替代矿物质燃料，尤其煤炭，作为冬季采暖能源的市场需求正在变得越来越大。尤其在大城市郊区、三、四线城市和广大农村地区，具备安装太阳能设备的场地条件。而且燃煤(油、天然气)发电厂即使配备了全部环保设施，也不可避免地存在少量污染物排放，因此，具有中等理论聚光倍率且设计合理的太阳能加热器是目前急需研究的。

因此，基于这些问题，提供一种换热效果良好，热损失小，加工工艺简单，适合大批量生产，能满足巨大的中低温供热市场需求的太阳能聚光加热器，具有重要的现实意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种换热效果良好，热损失小，加工工艺简单，适合大批量生产，能满足巨大的中低温供热市场需求的太阳能聚光加热器。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种中低温太阳能聚光加热器，包括加热管，所述加热管盘旋缠绕形成凹腔结构，所述凹腔结构设有开口端，所述加热管的介质入口位于所述凹腔结构开口端，所述加热管经盘旋在所述凹腔结构的开口端相对侧连通一空腔，介质出口从所述空腔的上表面引出；所述加热管内设有加强传热件；所述凹腔结构外表面包裹有保温层；

所述加热管表面涂覆有太阳能吸收材料，或者，所述加热管接受辐射的外壁为微凹凸结构。

进一步的，所述凹腔结构的外形为圆柱形、立方体、球冠型中的任意一种。

进一步的，所述加热管通过直径逐渐减小的盘旋层叠形成球冠形凹腔结构，其中，球冠形凹腔结构对球体中心所张的立体角为πsr-3πsr。

进一步的，所述保温层材质采用保温材料。

进一步的，所述加热管的加热介质是水或者导热油。

进一步的，所述加强传热件为螺旋金属丝，且螺旋金属丝套设在所述加热管管内腔。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型的太阳能聚光加热器具有中等理论聚光倍率(大约在60-150倍)且设计合理，换热效果良好，热损失小，加工工艺简单，适合大批量生产，能满足巨大的中低温供热市场需求；该加热器从制造到使用完全清洁、零污染，热转换效率达到75％以上；

2、本实用新型将太阳直射光经反射后聚焦在加热器的入光孔，即凹腔结构的开口端，凹腔结构内侧的加热管表面将吸收聚光辐射热量并传递给管内的流体介质，可用于提供从60℃到250℃范围内的中低温热水或热油。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本实用新型范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本实用新型实施例提供的球冠形凹腔对球体中心所张的立体角为2πsr的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的球冠形凹腔对球体中心所张的立体角为小于2πsr且大于πsr的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的球冠形凹腔对球体中心所张的立体角为大于2πsr且小于3πsr的结构示意图；

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本实用新型的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本实用新型形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本实用新型的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面就结合图1至图3来具体说明本实用新型。

图1为本实用新型实施例提供的球冠形凹腔对球体中心所张的立体角为2πsr的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的球冠形凹腔对球体中心所张的立体角为小于2πsr且大于πsr的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的球冠形凹腔对球体中心所张的立体角为大于2πsr 且小于3πsr的结构示意图；如图1～3所示，本实施例提供的一种中低温太阳能聚光加热器，包括加热管1，所述加热管1盘旋缠绕形成凹腔结构 2，所述凹腔结构2设有开口端7，所述加热管1的介质入口3位于所述凹腔结构2开口端7，所述加热管1经盘旋在所述凹腔结构2的开口端7 相对侧连通一空腔4，所述空腔4的上表面引出设有介质出口5；

所述加热管1表面涂覆有太阳能吸收材料，或者，所述加热管接受辐射的外壁为微凹凸结构；表面涂覆太阳能吸收材料或者加热管管壁加工微凹凸结构均是为了提高太阳能吸收率；需要说明的是，微凹凸的尺度大约在0.5～2.5μm，微凹凸之间的间隔在0.5～2.5μm，这是因为太阳光谱主要能量波长范围在0.3～2.5μm，当加热管1表面不规则凸凹所具有的尺度(间隔和凸凹深度)和太阳辐射主要能量所在的波长相一致时，由于太阳光的多次反射吸收，使该表面具有很高的吸收比，同时自身的发射率却仍保持相当低，使得对热量的吸收和利用得到提高。所述加热管1 内设有加强传热件；所述凹腔结构2外表面包裹有保温层6。

所述凹腔结构2为圆柱形、立方体、球冠型中的任意一种。

在本实施例中，所述加热管1盘旋缠绕形成球冠形凹腔结构2，所述球冠形凹腔结构2对球体中心所张的立体角为πsr-3πsr，所述加热管1 的介质入口3位于所述球冠形凹腔结构2开口端，所述加热管1经盘旋在所述球冠形凹腔结构2顶部连通一空腔4，所述空腔4的上表面引出设有介质出口5；所述加热管1表面涂覆有太阳能吸收材料；

所述球冠形凹腔结构2外表面包裹有保温层6，所述保温层6材质为保温材料。

具体的：所述加热管1通过直径逐渐减小的盘旋层叠形成球冠形凹腔结构2。

可以考虑，所述加热管1的加热介质是水或者导热油；所述加强传热件为螺旋金属丝，该螺旋金属丝的结构可参考弹簧，且螺旋金属丝套设在所述加热管1管内，为了使得螺旋金属丝在加热管1内与加热管弯曲形状相匹配，可在加工加热管1前即先将螺旋金属丝放入加热管1内。

使用方式：该加热器安装在旋转抛物面太阳能碟架(市面现有产品) 的焦点，太阳能碟架接受太阳直射光，太阳光直射辐射经反射后聚焦在加热器的入光孔，即凹腔结构的开口端，凹腔结构内侧的盘绕管表面将吸收聚光辐射热量并传递给管内的流体介质，加热管的表面涂敷有选择性太阳吸收材料或加工成微凸凹表面，可使得对太阳辐射的吸收率高达 0.9～0.95，而发射率低至0.2以下，可以显著降低加热管表面的辐射热损失，此外，凹腔结构的外表面敷设必要的保温材料，并且，根据不同场合的使用需要，加热器内的加热管管径可以在一定范围内选取，例如：出口温度较低时选择大口径管材，出口温度较高时选择小口径管材。

作为举例：球冠型加热器的球半径0.2m，球冠形凹腔对应的立体角为3π，底部开口直径0.3464m，若加热管直径15mm，密排管长达到接近18m，有效采光投影面积不低于15.7m²，设镜面反射率0.92，散焦比0.9，吸热管表面吸收率0.9，在太阳直射辐射强度等于800W/m²条件下，球冠形凹腔加热器获得的有效热量大约为9.36kW；在热水流量770kg/h，进出口平均温度为90℃情况下，水的进出口温升10℃。在不使用选择性涂层情况下，加热器的辐射散热和自然对流散热损失大约 300W，占有效得热的比例约为3.3％。

通过调整碟架的开口尺寸、加热器开口端面积与凹腔结构内表面有效表面积的比例，可以在一定范围内获得不同的热功率、热水流量和温度；当加热介质为水时，供热温度一般在60℃-90℃之间；当加热介质为导热油时，供热温度可以达到200℃以上。

综上所述，本实用新型可提供一种换热效果良好，热损失小，加工工艺简单，适合大批量生产，能满足巨大的中低温供热市场需求的太阳能聚光加热器。

以上实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种中低温太阳能聚光加热器，其特征在于：包括加热管，所述加热管盘旋缠绕形成凹腔结构，所述凹腔结构设有开口端，所述加热管的介质入口位于所述凹腔结构开口端，所述加热管经盘旋在所述凹腔结构的开口端相对侧连通一空腔，介质出口从所述空腔的上表面引出；所述加热管内设有加强传热件；所述凹腔结构外表面包裹有保温层；

所述加热管表面涂覆有太阳能吸收材料，或者，所述加热管接受辐射的外壁为微凹凸结构。

2.根据权利要求1所述的一种中低温太阳能聚光加热器，其特征在于：所述凹腔结构的外形为圆柱形、立方体、球冠型中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种中低温太阳能聚光加热器，其特征在于：所述加热管通过直径逐渐减小的盘旋层叠形成球冠形凹腔结构，其中，球冠形凹腔结构对球体中心所张的立体角为πsr-3πsr。

4.根据权利要求1所述的一种中低温太阳能聚光加热器，其特征在于：所述保温层材质采用保温材料。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种中低温太阳能聚光加热器，其特征在于：所述加热管的加热介质是水或者导热油。

6.根据权利要求5所述的一种中低温太阳能聚光加热器，其特征在于：所述加强传热件为螺旋金属丝，且螺旋金属丝套设在所述加热管管内腔。

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