CN213901523U - 一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器 - Google Patents

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李金芳
韩高岩
应光耀
叶琪超
楼可炜
孙五一
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Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Hangzhou Yineng Energy Retrenchment Technology Co
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Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Hangzhou Yineng Energy Retrenchment Technology Co
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Abstract

本实用新型公开了一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器。本实用新型包括多个集热管、进口集箱、出口集箱、密闭的接收器外壳和透明石英玻璃凹透镜;所述接收器外壳一侧设有透明石英玻璃凹透镜,另一侧设有多个集热管,所述集热管的上、下端部分别设置出口集箱和进口集箱;向太阳能接收器汇聚的太阳光穿过透明石英玻璃凹透镜折射为平行光线,均匀照射在集热管上。本实用新型减小了集热管间的温差,减小了出口集箱上的热应力,提高了热效率。

Description

一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器
技术领域
本实用新型涉及太阳能光热发电技术领域,更具体的说,涉及一种利用凹透镜将汇聚的太阳光发散均匀照射在集热管上的塔式太阳能接收器。
背景技术
近年来太阳能光热技术蓬勃发展,塔式太阳能光热发电技术为装机容量最大的光热技术具有广阔的发展空间。但是,塔式太阳能集热管工作环境恶劣,由于定日镜场反射的太阳光能流密度十分不均匀,集热管上各集热管间存在很大温差,导致出口集箱振荡且存在很大热应力。单个集热管的迎光侧和背光侧也存在很大的周向温差,容易爆管,严重威胁着接收器的安全运行。
现有的优化方法主要有优化内部流场和改变外部结构两种。优化内部流场通常采用改变工质类型增大传热系数、在管内增加扰流元件等几种方式。改变外部结构通常采用改变集热管形状、改变接收器结构等几种方式。虽然可减小管间温差和周向温差的方式很多,但使接收器结构变得更复杂,不易维修及更换组件,且没有从根源上解决聚集光辐照分布不均的问题。
实用新型内容
鉴于此,本实用新型提供一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器,以改善已汇聚太阳光的分布情况,减小集热管间的温差,减小出口集箱上的热应力,提高热效率。
本实用新型采用如下的技术方案:一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器,其包括多个集热管、进口集箱、出口集箱、密闭的接收器外壳和透明石英玻璃凹透镜;
所述接收器外壳一侧设有透明石英玻璃凹透镜,另一侧设有多个集热管,所述集热管的上、下端部分别设置出口集箱和进口集箱;
向太阳能接收器汇聚的太阳光穿过透明石英玻璃凹透镜折射为平行光线,均匀照射在集热管上,减少了各集热管间的不均匀能流密度,减小集热管间温差。
作为上述技术方案的补充,所述的透明石英玻璃凹透镜为平凹透镜或双凹透镜,根据定日镜场和集热管位置调整凹透镜的焦距。凹透镜只需保证汇聚光线的发散效果,材质也可选其他透明且耐高温的材料。
作为上述技术方案的补充,所述接收器外壳的横截面为底边长度相同的两个等腰梯形拼接而成。
作为上述技术方案的补充,靠近太阳光一侧梯形的短边即为设置透明石英玻璃凹透镜之处,接收器外壳其余各个面所用材料均为不锈钢,且在内壁涂有反射材料。
作为上述技术方案的补充,远离太阳光一侧底面及侧面上设多个集热管,透明石英凹透镜平面尺寸大于与其平行的远离太阳光一侧底面尺寸。
作为上述技术方案的补充,所述的多个集热管沿接收器外壳内壁竖直排列。
作为上述技术方案的补充,各个集热管间无相互遮挡,以保证各集热管都能接收到太阳辐照。
作为上述技术方案的补充,所述的集热管与接收器外壳的内壁之间设有间隙。
本实用新型具有的有益效果如下:本实用新型改善了接收器内腔的太阳光能流密度分布,优化了集热管内的流场分布,减小了集热管间的温差,减小了出口集箱上的热应力,提高了热效率。
附图说明
图1为本实用新型利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器的横向剖面结构示意图;
图2为本实用新型利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器局部的纵向剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行进一步说明,但本实用新型的保护范围不限于下述说明。在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内,对本实用新型作出的任何修改和变更,都落入本实用新型的保护范围。
本实用新型提出了一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器,其包括多个集热管1、进口集箱5、出口集箱4、密闭的接收器外壳2和透明石英玻璃凹透镜3。所述接收器外壳2一侧设有透明石英玻璃凹透镜3,另一侧设有多个集热管1,所述集热管1的上、下端部分别设置出口集箱4和进口集箱5。向接收器汇聚的太阳能光线穿过透明石英玻璃凹透镜3折射为平行光线,均匀照射在集热管1上。
所述的透明石英玻璃凹透镜3为平凹透镜或双凹透镜,根据定日镜场和集热管位置调整凹透镜的焦距。
所述接收器外壳2的横截面为底边长度相同的两个等腰梯形拼接而成。靠近太阳光一侧梯形的短边即为设置透明石英玻璃凹透镜3之处,接收器外壳2其余各个面所用材料均为不锈钢,且在内壁涂有反射材料。
图1-2为本实用新型提供的利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器的横、纵剖面结构示意图。其中,图1中箭头所指即为定日镜场反射太阳光线向接收器汇聚的太阳能流光斑,接收器外壳2的迎光侧设置了透明石英玻璃凹透镜3,使接收器外壳的内腔成密闭状态,可有效减少腔体内的对流散热损失。凹透镜平面的面积应大于接收器外壳远离光源侧底面的面积,其一以便于接收更多的反射辐照,其二能保证任一集热管1都能接收到光照。透明石英玻璃凹透镜3根据入射光线的分布和角度调整曲面弧度,使入射光线的聚集点与凹透镜的焦点重合,增大凹透镜的折射效率,将汇聚光线折射为平行光线射向集热管1,从而达到平衡热流密度的目的。
接收器外壳2采用不锈钢材料,在接收器外壳2内壁上涂有反射材料,可将投射在接收器外壳2上的光线二次反射到集热管1上,提高热效率。集热管1竖直布置在接收器远离光源侧底面及侧面前,且与接收器外壳2有一定间隙。每一面集热管1上下分别分布有出口集箱4和进口集箱5,进口集箱5将工质分配给各个集热管,出口集箱4将不同温度的集热管内工质进行初步混合。各个集热管和集箱表面都涂有高吸收率、低反射率的耐高温选择性吸收太阳光涂层,提高太阳光聚集辐照的吸收率,加热管内工质(水、导热油、熔融盐、空气等),将太阳能转变为工质热能,从而完成能量传递。
在本实用新型中所述各参数仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制,具体实施方案、结构尺寸、性能参数等条件可在不同工况和实际应用中自行调节。

Claims (8)

1.一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器,其特征在于,包括多个集热管(1)、进口集箱(5)、出口集箱(4)、密闭的接收器外壳(2)和透明石英玻璃凹透镜(3);
所述接收器外壳(2)一侧设有透明石英玻璃凹透镜(3),另一侧设有多个集热管(1),所述集热管(1)的上、下端部分别设置出口集箱(4)和进口集箱(5);
向太阳能接收器汇聚的太阳光穿过透明石英玻璃凹透镜(3)折射为平行光线,均匀照射在集热管(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器,其特征在于,所述的透明石英玻璃凹透镜(3)为平凹透镜或双凹透镜,根据定日镜场和集热管位置调整凹透镜的焦距。
3.根据权利要求1所述的一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器,其特征在于,所述接收器外壳(2)的横截面为底边长度相同的两个等腰梯形拼接而成。
4.根据权利要求3所述的一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器,其特征在于,靠近太阳光一侧梯形的短边即为设置透明石英玻璃凹透镜(3)之处,接收器外壳(2)其余各个面所用材料均为不锈钢,且在内壁涂有反射材料。
5.根据权利要求3所述的一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器,其特征在于,远离太阳光一侧底面及侧面上设多个集热管(1),透明石英玻璃凹透镜(3)平面尺寸大于与其平行的远离太阳光一侧底面尺寸。
6.根据权利要求5所述的一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器,其特征在于,所述的多个集热管(1)沿接收器外壳(2)内壁竖直排列。
7.根据权利要求6所述的一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器,其特征在于,各个集热管间无相互遮挡。
8.根据权利要求6或7所述的一种利用凹透镜发散光线的塔式太阳能接收器,其特征在于,所述的集热管(1)与接收器外壳(2)的内壁之间设有间隙。
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