[發明專利]含內凹玻璃罩的球形腔式太陽能吸熱器

無效

• 申請號: 201110255144.8
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102322694A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 龍新峰;毛青松
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F24J2/05
• 分類號: F24J2/05;F24J2/06;F24J2/30;F24J2/34;F24J2/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及一種腔式太陽能吸熱器，特別涉及一種應用于蝶式太陽能高溫熱利用系統中的含內凹玻璃罩的高效球形腔式吸熱器。

背景技術

隨著社會生產的進步與發展，隨著人民生活水平的提高，能源需求還將大幅度增長。當前全球一次性能源構成主要是以化石燃料為主體，但化石燃料作為地球的不可再生能源，一方面在不久的將來會枯竭，另一方面大量化石燃料的使用又造成了環境污染和生態破壞，嚴重地威脅著人們的健康。因此，開發和利用新能源符合可持續發展戰略。太陽能是太陽內部連續不斷的核聚變過程產生的能量，是各種可再生能源(包括生物質能、風能、海洋能、水能等)中最重要的基本能源。太陽能作為一種對環境不產生污染的新能源，取之不盡，用之不竭。

太陽能高溫熱利用是太陽能利用中的重要項目。在太陽能熱發電領域，蝶式太陽能熱發電系統已經成為最重要的三種太陽能熱發電方式之一。而蝶式太陽能高溫熱利用系統同時擁有聚光比高、結構簡單、可模塊化、特別適用于分布式能源等優勢，它在其他高溫熱利用場合都有廣泛的應用前景。

腔式吸熱器是蝶式太陽能高溫熱利用系統中將聚集的太陽光轉化成熱能的裝置，其光-熱轉化效率決定了蝶式太陽能系統的熱利用效率。對于腔式吸熱器的性能和特點的研究，國內外學者做過大量的實驗研究和理論分析，研究主要集中在分析腔式吸熱器的熱量損失。腔式吸熱器的熱損由四部分組成：(1)太陽光通過腔口的反射損失；(2)通過吸熱器壁面的導熱損失；(3)空氣通過腔口的對流損失；(4)通過腔口的熱輻射損失。研究重點主要集中在腔式吸熱器的外形、結構、導熱介質三個方面，這三個方面的具體研究現狀為：

1.?腔式吸熱器的外形種類主要包括圓柱形、圓臺形、圓錐形、方腔形、球形及其他在此基礎上加以改進的形狀。腔式吸熱器的外形對四部分熱損都產生影響，目前的研究主要集中在定性分析其中的一至兩種熱損隨外形的變化情況，對腔式吸熱器的四種熱損缺少定量的研究和比較。

2.??從結構上分類，腔式吸熱器分為開口式和帶玻璃窗式兩種。開口式的腔式吸熱器使聚集光在通過腔口時幾乎不損失能量，但開口這一特點使得光線、熱輻射射線更易通過腔口離開腔體，且空氣易進入腔體，通過與換熱盤管管壁的對流換熱帶走熱量。帶玻璃窗的腔式吸熱器則有效減弱了上述熱損，但由于玻璃窗位于腔口處，所以對光線產生了一定的反射，進入的腔體的光能要少于開口式的腔式吸熱器。

3.腔式吸熱器導熱介質主要有空氣、熔融鹽、導熱油、相變儲能材料、熱化學儲能材料等，各種介質適用的場合有所不同。熔融鹽和空氣均適用于高溫熱利用場合，但各有不足。熔融鹽容易遇冷凝固，所以需要配合解凍裝置，如電熱絲，增加了能耗。雖然空氣的工作溫度可以超過1000℃，但空氣熱容量小，傳熱性能差，不能滿足大功率蝶式太陽能系統的吸熱和傳熱要求。導熱油具有熱容量大，傳熱性能佳，使用壽命長等優點，在500℃以下的中高溫熱利用中得到廣泛應用。相變儲能材料、熱化學儲能材料的研究近年來取得了較好的進展，相變儲能材料、熱化學儲能材料具有熱容量大，換熱系數高的特點，已經開始應用于太陽能高溫熱利用領域。

總之，現有腔式吸熱器種類繁多，但缺少光-熱轉化效率高、結構簡單、適用范圍廣的腔式吸熱器，蝶式太陽能高溫熱利用領域迫切需要高效的腔式吸熱器。

發明內容

本發明的目的在于克服了現有技術的不足，提出含內凹玻璃罩的球形腔式太陽能吸熱器。該腔式吸熱器能有效地降低熱量損失，提高光-熱轉化效率。

含內凹玻璃罩的球形腔式太陽能吸熱器，包括殼體、內凹式玻璃罩、反光式擋風板、換熱盤管和聚光碟，所述的腔式吸熱器整體結構為帶開口的球形腔體，其中殼體的結構為帶開口的球形腔體，內凹式玻璃罩也為帶開口的球形腔體；玻璃罩的球心與殼體的球心重合，且玻璃罩與殼體的開口朝向一致，開口面均為圓形，兩個圓與球心形成的兩個圓錐形的頂角相等，所述頂角大小與聚光碟的開口張角大小相等；開口面正對聚光碟；換熱盤管貼近殼體內壁面呈螺旋狀排列，殼體的開口位于殼體底端，換熱盤管的導熱流體出口位于殼體頂端處，換熱盤管的導熱流體入口位于殼體底端處；反光式擋風板為上下開口的圓臺形板，其頂部邊緣與玻璃罩開口開口無縫相接，反光式擋風板的側面與殼體開口無縫相連，形成一個由殼體、玻璃罩、擋風板構成的密封區域。