CN211233409U - 一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿及蒸发冷凝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿。其包括用于承装液体的容器，所述容器的内壁面和内底面设有用于吸收聚焦光斑能量的高吸收率表面，所述容器上设有容器盖，所述容器盖上设有用于穿过聚焦光斑的通孔。本实用新型还提供了一种蒸发冷凝装置。本实用新型设置为来自于透射或反射聚光器的聚焦光斑能量可以射入所述容器的内部，并且太阳光热转换也是发生在所述容器的内部，使得所述容器内的液体受到太阳光热转换产生热量的加热。本实用新型能够提高太阳能利用效率从而取得良好的加热效果。

Description

一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿及蒸发冷凝装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能吸收加热技术领域，更具体地，涉及一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿及蒸发冷凝装置。

背景技术

人们在日常生活中经常需要利用热能对各种物体进行加热。目前人们使用的热能来源主要是矿物燃料的燃烧。现有能源结构中太阳能热利用所占的份额很小。太阳能利用技术可分为聚光技术和非聚光技术。经过多年的研发，人们已经拥有许多形式的透射和反射聚光器，可用于太阳能聚光加热，并且现有太阳聚光器的费用是较为低廉的。在太阳能技术领域公知：到达地面的太阳辐照度受到地理位置和天气状况等诸多因素的影响，在晴天时大约为1000W/m²。人们使用菲涅尔透镜聚光器或者旋转抛物面反射聚光器可以比较容易地将1m²采光面积接收的自然太阳辐照进行聚焦从而获得接近1000W的聚焦光斑功率。但是，将一个金属器皿放置在此聚焦光斑的位置从而利用聚焦光斑能量对其进行加热时，聚焦光斑能量又被该金属器皿的外壁面反射走相当大部分(此即为光反射损失)，同时金属器皿的外壁面又不断地散失热量至周围流动的冷空气中(此即为对流散热损失)。因此放置在此聚焦光斑位置的金属器皿实际得到的加热功率不是1000W，而是只有400W左右。因此，金属器皿的光反射损失大和对流散热损失大的问题是现有的太阳能聚光加热技术中与透射或反射聚光器配合使用的太阳能加热器皿的太阳能利用效率不高的主要原因。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服太阳能聚光加热技术中太阳能加热器皿光反射损失大和和对流散热损失大的问题，提供一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿，其能够提高太阳能利用效率从而取得良好的加热效果。

本实用新型还有一个目的是提供一种蒸发冷凝装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿，包括用于承装液体的容器，其特征在于：所述容器的内壁表面设有用于吸收聚焦光斑能量的涂层或者膜层，所述加热器皿设置为来自于透射或反射聚光器的聚焦光斑能量可以射入所述容器的内部，并且太阳光热转换也是发生在所述容器的内部，使得所述容器内的液体受到太阳光热转换产生热量的加热。本技术方案中，由菲涅尔透镜形成的聚焦光斑射入容器内部，容器的内壁面和底面的附着的高吸收率表面对聚焦光斑进行多次的吸收和反射，吸收的热量以对流传热方式传递给容器中盛有的液体，使液体被聚焦光斑的能量加热。

进一步的，所述容器上设有容器盖，所述容器盖上设有供聚焦光斑穿过的通孔，所述容器盖的通孔上设有与其口径相匹配的透光杯，所述透光杯的杯口与所述通孔连接，所述透光杯的杯身伸入到所述容器内部。当菲涅尔透镜形成的聚焦光斑通过容器盖上的通孔射入透光杯的内部时，绝大部分的光能可以直接穿过透光杯的玻璃壁进入容器的内部的而被高吸收率表面吸收；菲涅尔透镜的聚焦光斑中另外的被透光杯的玻璃壁反射的小部分光能将射向透光杯的底部，亦能够进入容器的内部而被高吸收率表面吸收；透光杯的大部分杯体是位于液体水的水面以下，因此透光杯可以避免液体的水面反射进入容器的聚焦光斑能量的问题。

一种蒸发冷凝装置，其中，包括冷凝盘管和以上任一项所述的太阳能加热器皿，并且所述冷凝盘管与所述太阳能加热器皿的内部相通，还包括冷凝室，所述太阳能加热器皿与冷凝室通过隔热壁进行连接，上述冷凝盘管位于所述冷凝室中，所述冷凝盘管的一端从所述隔热壁穿入所述太阳能加热器皿中，所述冷凝盘管的另一端穿出所述冷凝室的壁面。本技术方案是将太阳能加热器皿作为蒸发室，液体在太阳能加热器皿中进行蒸发，蒸发的气体从冷凝盘管在太阳能加热器皿的端口进入冷凝盘管，位于冷凝盘管的蒸汽在冷凝室中进行冷凝液化，液化后的液体从冷凝盘管的另一端流出冷凝室和冷凝盘管。

进一步的，所述太阳能加热器皿与冷凝室之间还设有连通管道，所述连通管道上设有连通阀门。所述冷凝室的顶部设有加水口。所述加热器皿的底部设有排水管道，所述排水管道上设有排水阀门。本技术方案适用于需要蒸发分离的混合液体，混合液体从冷凝室的加水口进入，打开连通阀门，混合液体流入太阳能加热器皿的容器中，关闭连通阀门；混合液体在太阳能加热器皿中进行加热蒸发，蒸汽进入冷凝盘管流向冷凝室，冷凝室中的低温的混合液体对冷凝盘管中的蒸汽进行冷却液化，液化后的纯净液体从冷凝盘管的另一端排出；太阳能加热器皿中进行蒸发后的液体从排水管道中排出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型在容器的内壁和底部设有高吸收率表面，能够提高容器对聚焦光斑能量的吸收率；通过容器盖与通孔的配合使得射入通孔的聚焦光斑在容器中进行多次反射和吸收；通过设置透光杯，避免容器中装载液体的液面对于聚焦光斑进行反射；通过在太阳能加热器皿旁设置冷凝盘管与冷凝室，使得太阳能加热器皿应用到加热冷凝装置中，起到对混合液体进行加热蒸发的作用。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施例一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿的结构示意图。

图2是本实用新型的第二实施例在容器盖上设有通孔的太阳能加热器皿的结构示意图。

图3是本实用新型的第三实施例设有透光杯的太阳能加热器皿的结构示意图。

图4是本实用新型的第四实施例设有冷凝盘管的蒸发冷凝装置的结构示意图。

图5是本实用新型的第五实施例设有冷凝室的蒸发冷凝装置的结构示意图。

图示标记说明如下：

1-聚焦光斑，2-容器。3-高吸收率表面，4-通孔，5-液体，6-容器盖，7-透光杯，8-冷凝盘管，9-冷凝室，10-隔热壁，11-加水口，12-连通阀门，13-连通管道，14-排水阀门，15-排水管道，16-加水口，20-菲涅尔透镜。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

第一实施例

如图1所示为本实用新型一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿的实施例。一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿，包括有容器2，容器2的内壁面和底面设有用于吸收聚焦光斑1能量的高吸收率表面3，高吸收率表面3采用能够高效吸收太阳辐射的涂层(例如为黑色油漆涂层)。

以下用菲涅尔透镜聚光器的聚焦光斑加热液体作为一个例子，对本实用新型所述太阳能加热器皿的使用方法说明如下：如图1所示，首先使菲涅尔透镜20的镜面垂直于太阳光自然辐照方向。然后将内有待加热的液体5的容器2放置在菲涅尔透镜的焦点位置，使得菲涅尔透镜的聚焦光斑可以射入容器2的内部。如图1中容器2内的箭头线所示，当聚焦光斑的光能透过液体水5到达容器2内壁面的高吸收率表面3时，其中大部分的光能被吸收并转换为热能，其余小部分的光能被容器2内壁面反射到到达容器2底部处的内壁面后又有部分的光能被容器2底部处的内壁面吸收并转换为热能。因此，射入容器2内部的光能中绝大部分被容器2的内壁面吸收，然后这些热量以对流传热方式传递给液体水5，使液体5被太阳光热转换产生热量所加热。

与现有技术相比较，本实用新型的太阳能加热器皿可提高太阳能利用效率从而获得更好的加热效果。其主要原因在于：本实用新型的太阳能加热器皿1中太阳能聚光器的聚焦光斑射入容器2内部的光能的绝大部分可被容器2的内壁面吸收，然后这些热量以对流传热方式传递给液体水5。可见，本实用新型的太阳能加热器皿为内加热方式(即太阳光热转换发生在加热器皿1的内部，所产生热量以对流传热和/或热传导的方式传递给加热器皿1内的物体)。因此，本实用新型的太阳能加热器皿具有更快的传热速度和更好的加热效果。而且，本实用新型的太阳能加热器皿可以采用太阳光选择吸收膜层来提高太阳辐射吸收效果。这是因为本实用新型的太阳能加热器皿中容器2的内壁面与液体5密切接触，太阳光热转换产生的热量可以迅速传递给液体5，这些液体5对容器2内壁面具有良好的冷却作用，使得容器2内壁面的温度不高于100℃左右。所以本实用新型的太阳能加热器皿1的容器2内壁面在高强度聚焦光斑照射下并不会出现温度高于100℃的局部高温区。因此，本实用新型的太阳能加热器皿可以采用太阳光选择吸收膜层来提高对于太阳辐射能的吸收效果。此外，本实用新型的太阳能加热器皿中太阳光热转换发生在容器2的内部，所产生热量以对流传热和/或热传导的方式传递给容器2内的物体，不必要类似于现有技术太阳能聚光加热金属器皿外表面那样通过金属器皿的壁面将金属器皿外表面吸收的热量传导给金属器皿内的物体。因此，本实用新型的太阳能加热器皿中容器2的壁面可以采用导热系数比较小的非金属材料制作，而且容器2的外壁面采用保温层。因此，本实用新型的太阳能加热器皿向周围流动空气散失的对流散热损失较小，太阳能利用效率高。

需要说明的是，本实施例的涂层并不是对高吸收表面的限制，高吸收表面还可以采用发黑处理形成的表面膜层，或者通过电镀、真空沉积、化学蒸发、磁控溅射等物理化学方法制备的表面膜层。

虽然以上说明中以菲涅尔透镜聚光器的聚焦光斑加热液体作为一个例子来说明本实用新型的太阳能加热器皿的使用方法和有益效果。显而易见的是使用其它类型的太阳能聚光器可以达到相同的技术效果。例如，二次反射聚焦技术使用一个较大的反射聚光器将太阳光自然辐照进行反射聚焦，同时在该较大的反射聚光器的焦点处设置的另外一个较小的反射聚光器就可以将前述较大的反射聚光器的聚焦光斑能量反射进入本实用新型的太阳能加热器皿的内部，达到与上述使用菲涅尔透镜聚光器相同的技术效果。

另外，本实用新型的太阳能加热器皿可用于加热液体水或者液体水与固体的混合物或者其它液体或者其它固体，达到与上述说明相同的技术效果。虽然本实施例以上的说明及图1是以“所述容器2的内壁面为用于吸收透射或反射聚光器的聚焦光斑能量的高吸收率表面3”为例进行说明，在容器2的内部放置一些现有技术公知的对太阳辐射有高吸收率的物体从而使得射入容器2内部的聚焦光斑能量被这些放置在容器2内部的对太阳辐射有高吸收率的物体所吸收也能达到与上述说明相同的技术效果。

第二实施例

如图2所示为本实用新型一种在容器盖上设有通孔的的太阳能加热器皿的实施例。一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿，包括有容器2，容器2的内壁面和底面设有用于吸收聚焦光斑1能量的高吸收率表面3，容器2上设有容器盖6，容器盖6上设有通孔4，通孔4的直径大于聚焦光斑1的直径。聚焦光斑1是由菲涅尔透镜20对太阳光进行聚焦而成。

本实施例的工作原理为：聚焦光斑1从通孔4中射入容器2的内部，容器2内的高吸收率表面3吸收聚焦光斑1的能量，并对容器2内的液体5进行加热。由于设有容器盖6，故射入容器2内部的聚焦光斑1在容器2内部发生多次吸收与反射，产生黑箱效应，从而提高容器2对于聚焦光斑1能量的吸收利用效率。

第三实施例

本实施例与第二实施例类似，所不同之处在于，在本实施例中，如图3所示，通孔4处设有一个与通孔4直径相同的透光杯7，透光杯7与通孔4通过螺纹固定连接，在连接处还设有密封圈。

本实施例的工作原理如下文所示：当菲涅尔透镜20的聚焦光斑1通过容器盖6上的通孔4射入透光杯7的内部时，大约有85％的光能可以直接穿过透光杯7的玻璃壁进入容器2内部被高吸收率表面3吸收；另外被透光杯7的玻璃壁反射的15％的光能将射向透光杯7的底部，亦能够进入容器2的内部而被高吸收率表面3吸收。透光杯7的大部分杯体是位于液体5的水面以下，因此采用透光杯7能够避免液体5的水面反射那些进入容器2的聚焦光斑能量的问题。与实施例2相比，本实施例的太阳能加热器皿采用透光杯，可进一步减小光反射损失。

第四实施例

本实施例与第三实施例类似，所不同之处在于，在本实施例中，如图4所示，还设有冷凝盘管8，冷凝盘管8与容器2的内部相通，使得容器2内的液水5加热后产生的水蒸气能够流入冷凝盘管8，然后这些水蒸气在冷凝盘管8冷凝为液态水并从冷凝盘管8的出口流出。本实施例的太阳能加热器皿可用于蒸馏操作。

第五实施例

如图4所示为本实用新型一种蒸发冷凝装置的实施例，其包括第四实施例中设有冷凝盘管8的太阳能加热器皿和冷凝室9，冷凝室9通过隔热壁10与容器2连接，冷凝盘管8位于冷凝室9内，冷凝盘管8的另一端贯穿冷凝室9的壁面，冷凝室9与容器2之间设有连通管道13，连通管道13上设有连通阀门12，冷凝室9的顶部设有加水口11，容器2的底部设有排水管道15，排水管道15上设有排水阀门14。本实施例可用于海水淡化。

本实施例的蒸发冷凝装置用于海水淡化时的使用方法如下：

第一步，蒸发：将海水通过加水口11加入冷凝室9。打开连通阀门12，使容器2和冷凝室9内的海水的水面达到平衡。将菲涅尔透镜16的聚焦光斑1从上方经过透光杯7射入容器2内部，这些射入容器2的聚焦光斑1能量被的高吸收率表面3吸收，用于加热蒸发容器内部的海水。

第二步，冷凝：容器2内部的海水受热蒸发产生的水蒸气流入冷凝盘管8。由于冷凝盘管8是浸泡在冷凝室9的冷海水中，所以流入冷凝盘管8内的水蒸气在冷凝盘管8内冷凝为淡水排出。同时，水蒸气冷凝释放的冷凝潜热通过冷凝盘管8的壁面传递给冷凝室9内的海水，使冷凝室9内的海水被预热。

第三步，排出浓盐水：随着容器2的海水不断蒸发，容器2的水位逐渐下降。此时如果容器2和冷凝室9之间的连通管道13上的连通阀门12是打开的话，则冷凝室9内的海水将通过连通管道13流入容器2内。当使用者通过透光杯7观察到蒸发室内的水位下降至三分之一高度时，可以关闭连通阀门12。然后打开排水阀门14，排出海水蒸发后残留在容器2和冷凝室9内的浓盐水。

第四步，加水：关闭排水阀门14。打开连通阀门12，使冷凝室内的已经预热达到一定温度的海水流入蒸发室。然后通过加水口10往冷凝室9内加入更多的海水。

然后，进入下一个操作周期，重复进行上述第一步至第四步的操作。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿，包括用于承装液体的容器，其特征在于：所述容器的内壁表面设有用于吸收聚焦光斑能量的涂层或者膜层，所述加热器皿设置为来自于透射或反射聚光器的聚焦光斑能量可以射入所述容器的内部，并且太阳光热转换也是发生在所述容器的内部，使得所述容器内的液体受到太阳光热转换产生热量的加热。

2.根据权利要求1所述的一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿，其特征在于：所述容器上设有容器盖，所述容器盖上设有供聚焦光斑穿过的通孔。

3.根据权利要求2所述的一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿，其特征在于：所述容器盖的通孔上设有与该通孔的口径相匹配的透光杯，所述透光杯的杯口与所述通孔连接，所述透光杯的杯身伸入到所述容器的内部。

4.根据权利要求3所述的一种基于聚焦光斑能量的太阳能加热器皿，其特征在于：所述透光杯与所述通孔通过螺纹进行固定连接，所述透光杯与所述通孔的连接处设有密封胶圈。

5.一种蒸发冷凝装置，其特征在于：包括冷凝盘管和权利要求2至4任一项所述的太阳能加热器皿，并且所述冷凝盘管与所述太阳能加热器皿的内部相通。

6.根据权利要求5所述的一种蒸发冷凝装置，其特征在于：还包括冷凝室，所述太阳能加热器皿与冷凝室通过隔热壁进行连接，上述冷凝盘管位于所述冷凝室中，所述冷凝盘管的一端从所述隔热壁穿入所述太阳能加热器皿中，所述冷凝盘管的另一端穿出所述冷凝室的壁面。

7.根据权利要求6所述的一种蒸发冷凝装置，其特征在于：所述太阳能加热器皿与冷凝室之间还设有连通管道，所述连通管道上设有连通阀门。

8.根据权利要求7所述的一种蒸发冷凝装置，其特征在于：所述冷凝室的顶部设有加水口。

9.根据权利要求8所述的一种蒸发冷凝装置，其特征在于：所述太阳能加热器皿的底部设有排水管道，所述排水管道上设有排水阀门。

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