CN218600020U - 一种太阳能聚光集热和红外辐射散热的双功能一体化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能聚光集热和红外辐射散热的双功能一体化装置，属于聚光太阳能热利用及辐射散热领域。包括聚光散热镜、支撑机构和导热机构；聚光散热镜为横截面呈弧形的镜面；支撑机构包括一对下部支撑件、转轴、若干镜面支撑杆、一对低温冷凝管和高温集热管；聚光散热镜固定设于若干镜面支撑杆平行排列形成的弧面上；导热机构包括若干弧形的背面安装的热管的散热翅片，热管的蒸发端固定连接着低温冷凝管的径向。相邻镜面支撑杆之间平行设有一对散热翅片；本实用新型用于槽式聚光集热发电系统中，既能在不增加额外场地的情况下实现对冷凝废热的处理，同时还不会影响到聚光集热单元本身的聚光集热过程和效率，从而提升电厂等的发电效率。

Description

一种太阳能聚光集热和红外辐射散热的双功能一体化装置

技术领域

本实用新型属于聚光太阳能热利用及辐射散热领域，具体涉及一种集成太阳能聚光集热和天空红外辐射散热的一体化装置,适用于工厂、农业等各种需要供热、散热的场景。本实用新型涉及一种集成天空红外辐射散热与聚光集热一体的装置,属于聚光太阳能热利用及辐射散热领域。

背景技术

近年来，国内外学者对聚光太阳能发电技术的研究越来越多。其中槽式太阳能聚光集热等线聚光技术凭借其结构简单、经济性高、商业化成熟等特点得到广泛的青睐。槽式太阳能电站通过聚光集热镜厂收集太阳辐照，将高温集热流体加热到400~550℃，通过热交换器将热量传递给热力循环工质。之后同传统火力发电类似，热力循环工质推动汽轮机带动发电产生电能，做完功的热力循环工质成为乏汽进入凝汽器冷凝后进入下一循环。考虑到聚光太阳能发电技术对太阳辐照强度的需求，许多大型太阳能热发电站都选取在辐照充足的沙漠地带。由于水资源的匮乏，在其热力循环过程中，冷凝部分大多采用风冷等干冷技术，这将会降低电厂的整体效率，并增加其发电成本。

天空红外辐射散热技术作为一种被动式的散热方式，近年来得到相关研究人员的广泛关注。如原理图图12所示，大气在8~13微米波段有着较高的红外透过率（0.9左右），而这部分正好对应着黑体辐照强度最高的部分。因此该部分热量能以红外辐射的形式直接辐射到太空中，也因此这一波段被称为“大气窗口”波段。而在其他波段的黑体辐照则被高层大气所吸收，这相比于通过对流换热滞留在地表空气中的废热来说，更容易“逃逸”到太空中，从而减少了地球表面的热负荷。此外辐射散热具有零耗能、零污染、无运动部件等优点，对节能和环保具有较为积极的意义。同样，由于不依赖传热工质，在处理太阳能热发电过程中产生的废热方面也有着极大的潜力，有望成为风冷等干冷技术的替代方案。

实用新型内容

为了实现将聚光集热系统的优点和辐射散热装置的优点结合，摆脱对冷却水源的依赖，减少散热功耗，进而提高电站效率，本实用新型提供一种太阳能聚光集热和红外辐射散热的双功能一体化装置。

一种太阳能聚光集热和红外辐射散热的双功能一体化装置包括聚光散热镜1、支撑机构和导热机构2；

所述聚光散热镜1为横截面呈弧形的镜面，聚光散热镜1的工作面为超白玻璃面11，超白玻璃面11上均布设有微纳凸粒16；聚光散热镜1的下表面涂敷有全波段高发射率的炭黑材料层或黑漆材料层；

所述支撑机构包括一对下部支撑件4、转轴5、五根以上的镜面支撑杆6、两只以上的上部支架7、一对低温冷凝管3和高温集热管8；所述镜面支撑杆6为弧形杆，五根以上的镜面支撑杆6平行均匀排列形成与聚光散热镜1对应配合的弧面，所述聚光散热镜1固定设于五根以上的镜面支撑杆6平行排列形成的弧面上；

五根以上的镜面支撑杆6的中部均布固定套设于转轴5，转轴5的两端转动设于一对下部支撑件4的顶部；一对低温冷凝管3对称平行设于转轴5两侧的五根以上的镜面支撑杆6上；所述高温集热管8通过两只以上的上部支架7固定设于转轴5的上方；

所述导热机构2包括若干弧形的散热翅片24，每块散热翅片24的背面固定设有热管，热管的过渡段22和冷凝段23位于散热翅片24的背面，热管的蒸发端21伸至散热翅片24的外端；与两侧低温冷凝管3对应的相邻镜面支撑杆6之间均平行设有一对散热翅片24；热管的蒸发端21固定连接着对应的低温冷凝管3的径向；

所述聚光散热镜1的工作面在0.25~3μm的太阳辐射波段的反射率为90~99%，红外波段的发射率为85~99%，在8~13μm大气窗口波段的发射率为90~99%；聚光散热镜1的下表面的发射率为90~99%。

进一步的技术方案如下：

所述下部支撑件4为人字形支架；转轴5的两端通过轴承固定设于一对下部支撑件4的顶部。

所述上部支架7为倒U形支架；两只以上的上部支架7的封闭端固定卡装连接着高温集热管8，两只以上的上部支架7的开口端固定连接着转轴5。

所述镜面支撑杆6为两端尖、中部内圆弧的半径大于外圆弧的半径的弧形杆，且内圆弧的半径与聚光散热镜1为横截面弧形的半径对应配合。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.聚光散热镜1在0.25~3μm的太阳波段具有高反射率，在3μm之后的红外波段具有高发射率，因此既能反射太阳光到高温集热管8实现聚光集热功能，又能将冷量传导给低温冷凝管3实现辐射散热的功能。依靠聚光散热镜1表面特殊的光谱特性，能直接利用聚光散热镜作为辐射散热表面，节省了对土地的需求，能统筹兼顾对热量与冷量都有大量消耗的诸如电厂、工厂一类的需求，降低其初始投资。

2.通过聚光散热镜1向外太空进行辐射散热，并通过导热机构2将冷量传递给低温冷凝管3中的传热流体，作为一种新颖的处理废热的方式，一方面能减少用冷对象对水的消耗，另一方面在本实用新型中，能用热管通过蒸发和重力作用实现散热过程的循环，或者直接通过高导热金属片作为导热机构2，避免了对额外风机、泵功的需求，降低发电成本。

3.传统风冷将所有的废热都排放到周围环境空气中，而采用本实用新型，通过红外辐射散热可以将绝大部分废热向高层释放，其中废热中约40%的热量通过8~13μm波段直接与3K宇宙背景温度换热，可以将这部分热量彻底从地球表面释放到太空，20%被释放到高层大气，从而降低用冷目标对全球变暖造成的影响。

综上所述，本实用新型的一体化装置既能在不增加额外场地的情况下实现对冷凝废热的处理，同时还不会影响到聚光集热单元本身的聚光集热过程和效率，避免了对水资源的消耗，从而提升电厂、工厂等的发电效率或整体经济效益，同时结构简单，维修方便，拓宽了太阳能集热技术和辐射散热技术领域，对减缓全球变暖也有着积极的作用，因此具有极大的推广价值。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为镜面剖开的剖视图。

图3为整体支撑框架的示意图。

图4为导热机构安装过程。

图5为导热机构安装完毕的示意图。

图6为导热机构安装细节示意图。

图7为导热机构前视图。

图8为导热机构后视图。

图9为聚光散热镜整体结构图。

图10为图9的A-A剖视图。

图11为本实用新型在槽式聚光电厂运行中的位置示意图。

图12为本实用新型的红外辐射散热原理图。

图13为本实用新型聚光散热镜上下表面光谱特性图。

上图中序号：聚光散热镜1、超白玻璃面11、镀银层12、镀铜层13、底漆保护层14、高发射涂层15、微纳凸粒16、导热机构2、蒸发端21、过渡段22、冷凝段23、散热翅片24、低温冷凝管3、下部支撑件4、转轴5、镜面支撑杆6、上部支架7、高温集热管8、汽轮机91、发电机92、凝汽器93、热交换器94、高温储热罐95、低温储热罐96、双功能一体化装置97、给水泵98、高温集热流体泵99、低温散热流体泵100。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步描述。

参见图1和图2，一种太阳能聚光集热和红外辐射散热的双功能一体化装置包括聚光散热镜1、支撑机构和导热机构2。

参见图9，聚光散热镜1为横截面呈弧形的镜面，参见图10，聚光散热镜1由多层材料重叠组成，从上到下依次为：超白玻璃面11、镀银层12、镀铜层13、底漆保护层14和高发射涂层15；其中超白玻璃面11为工作面，超白玻璃面11上经过微纳刻蚀工艺处理形成均布的微纳凸粒16。高发射涂层15的材料为黑漆材料。

参见图3，支撑机构包括一对下部支撑件4、转轴5、八根镜面支撑杆6、三只上部支架7、一对低温冷凝管3和一根高温集热管8。镜面支撑杆6为两端尖、中部内圆弧的半径大于外圆弧的半径的弧形杆，且内圆弧的半径与聚光散热镜1的横截面弧形的半径对应配合，八根镜面支撑杆6平行均匀排列形成与聚光散热镜1对应配合的弧面，聚光散热镜1固定安装于八根镜面支撑杆6平行排列形成的弧面上。

参见图4，八根镜面支撑杆6的中部均布固定套装于转轴5上，下部支撑件4为人字形支架；转轴5的两端通过轴承固定安装于一对下部支撑件4的顶部。一对低温冷凝管3对称平行安装于转轴5两侧的八根镜面支撑杆6上。上部支架7为倒U形支架，三只上部支架7的封闭端固定卡装连接着高温集热管8，使高温集热管8固定设于转轴5的上方；三只上部支架7的开口端固定连接着转轴5。

参见图7和图8，导热机构2包括若干弧形的散热翅片24，每块散热翅片24的背面固定安装有热管，热管的过渡段22和冷凝段23位于散热翅片24的背面，热管的蒸发端21伸至散热翅片24的外端。参见图4，与两侧低温冷凝管3对应的相邻镜面支撑杆6之间均平行安装有一对散热翅片24，参见图6，热管的蒸发端21固定连接着对应的低温冷凝管3的径向。

参见图13，聚光散热镜1的超白玻璃面11上均布的微纳凸粒16，使聚光散热镜1在太阳辐射波段0.25~3μm太阳辐射波段的反射率为90~99%，红外波段的发射率为85~99%，在8~13μm大气窗口波段的发射率为90~99%；聚光散热镜1的底面则由于涂敷全波段高发射率的黑漆材料15，发射率为90~99%。

参见图11，将本实用新型用于槽式聚光集热发电系统中。在聚光集热过程中，本实用新型的双功能一体化装置97的聚光散热镜1面向太阳，入射在聚光散热镜1上的太阳光线汇集在高温集热管8表面，并将热能传递给高温集热管8内的高温集热流体，完成从光能到热能的转化，之后高温集热流体被储存于高温储热罐95中，供电厂运行时使用。

而在发电系统运行发电过程中，高温储热罐95中的集热流体通过热交换器94将热量传递给热力循环工质（蒸汽）后，进入低温储热罐96，并在之后的聚光集热过程中被高温集热流体泵99泵送至聚光集热镜场重新被加热；受热后的蒸汽进入汽轮机91带动发电机92发电，做完功的乏汽进入冷凝器93并通过换热将热量传递给低温冷凝流体，最后通过给水泵98加压进入下一个热力循环；而聚光集热镜场中的每一块聚光散热镜1的镜面面向天空，与太空背景展开辐射换热以获得冷量，电厂的凝汽器93来的低温冷凝流体经低温散热流体泵100送入本实用新型的双功能一体化装置97的低温冷凝管3，导热机构2中的热管内工质的蒸发端21受热吸收凝结水的热量蒸发，顺着热管的过渡段22流向热管的冷凝端23，在冷凝端23与聚光散热镜1展开换热，冷凝后的工质在重力作用下流回蒸发端21，如此产生循环，最终将电厂的冷凝废热通过聚光散热镜1以辐射和对流的方式释放到太空或环境中。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种太阳能聚光集热和红外辐射散热的双功能一体化装置，其特征在于：包括聚光散热镜（1）、支撑机构和导热机构（2）；

所述聚光散热镜（1）为横截面呈弧形的镜面，聚光散热镜（1）的工作面为超白玻璃面（11），超白玻璃面（11）上均布设有微纳凸粒（16）；聚光散热镜（1）的下表面涂敷有全波段高发射率的炭黑材料层或黑漆材料层；

所述支撑机构包括一对下部支撑件（4）、转轴（5）、五根以上的镜面支撑杆（6）、两只以上的上部支架（7）、一对低温冷凝管（3）和高温集热管（8）；所述镜面支撑杆（6）为弧形杆，五根以上的镜面支撑杆（6）平行均匀排列形成与聚光散热镜（1）对应配合的弧面，所述聚光散热镜（1）固定设于五根以上的镜面支撑杆（6）平行排列形成的弧面上；

五根以上的镜面支撑杆（6）的中部均布固定套设于转轴（5），转轴（5）的两端转动设于一对下部支撑件（4）的顶部；一对低温冷凝管（3）对称平行设于转轴（5）两侧的五根以上的镜面支撑杆（6）上；所述高温集热管（8）通过两只以上的上部支架（7）固定设于转轴（5）的上方；

所述导热机构（2）包括若干弧形的散热翅片（24），每块散热翅片（24）的背面固定设有热管，热管的过渡段（22）和冷凝段（23）位于散热翅片（24）的背面，热管的蒸发端（21）伸至散热翅片（24）的外端；与两侧低温冷凝管（3）对应的相邻镜面支撑杆（6）之间均平行设有一对散热翅片（24）；热管的蒸发端（21）固定连接着对应的低温冷凝管（3）的径向；

所述聚光散热镜（1）的工作面在0.25~3μm的太阳辐射波段的反射率为90~99%，红外波段的发射率为85~99%，在8~13μm大气窗口波段的发射率为90~99%；聚光散热镜（1）的下表面的发射率为90~99%。

2.根据权利要求1所述一种太阳能聚光集热和红外辐射散热的双功能一体化装置，其特征在于：所述下部支撑件（4）为人字形支架；转轴（5）的两端通过轴承固定设于一对下部支撑件（4）的顶部。

3.根据权利要求1所述一种太阳能聚光集热和红外辐射散热的双功能一体化装置，其特征在于：所述上部支架（7）为倒U形支架；两只以上的上部支架（7）的封闭端固定卡装连接着高温集热管（8），两只以上的上部支架（7）的开口端固定连接着转轴（5）。

4.根据权利要求1所述一种太阳能聚光集热和红外辐射散热的双功能一体化装置，其特征在于：所述镜面支撑杆（6）为两端尖、中部内圆弧的半径大于外圆弧的半径的弧形杆，且内圆弧的半径与聚光散热镜（1）为横截面弧形的半径对应配合。

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