[發明專利]一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器及其工作方法

有效

• 申請號: 201610287339.3
• 申請日: 2016-04-30
• 公開（公告）號: CN105841363B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 龍新峰;廖珊珊;唐永銓;賴永鑫;張麗樺
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F24S23/30
• 分類號: F24S23/30;F24S23/71;F24S60/00;F24S50/20;F24S70/30
• 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

本發明涉及一種太陽能高溫吸熱器，特別涉及一種應用于單碟或多碟太陽能高溫熱利用系統中的半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器。

背景技術

能源是人類社會賴以生存和發展的重要基礎資源，也是各國經濟安全的重要保障。目前大多依賴煤炭、石油和天然氣等化石燃料。據統計，全球一次能源消費量在1971～2000年的平均年增長率為2.1％，在2001～2004年為3.9％，其中2003～2004年為4.5％，可見一次能源的消耗增長率不斷提升。隨著一次能源的不斷消耗，地球上CO₂、SO₂及NO_x的排放量急劇增加，帶來極大的環境污染，開發并充分利用新能源已成為當今一個重要任務。

腔式吸熱器是一種將太陽能轉化為熱能的裝置，它的作用在于將太陽輻射能轉化為熱能。這一環節在太陽能熱利用系統中占有重要地位，其效率高低會直接影響到整個太陽能熱利用系統的高效性及經濟性。

吸熱器分類多樣，按吸熱表面形狀不同，基本分為四種：球形腔式吸熱器、圓柱形腔式吸熱器、平頂圓錐形腔式吸熱器及圓錐形腔式吸熱器。經模擬驗證，球形吸熱器的最大直徑大于其他3種，對光線遮擋面積較大，使得進入球形腔式吸熱器的光線總數少于其他3種外形的吸熱器，但這對系統的效率影響卻較小，可見較其他3種外形的腔式吸熱器，球形吸熱器具有較好的光學性能和較小的反射光損失。

腔式吸熱器的結構一般包括外殼、內殼、保溫層、導熱盤管及空腔。目前，太陽能吸熱器的主要工作原理是利用聚光器將太陽輻射傳遞至吸熱器內腔，導熱盤管接受相應的太陽輻射能，使得導熱管中介質吸熱升溫，從而實現從太陽輻射能到熱能的轉變。保溫層一般采用熱損失較低的材質以達到較好的保溫效果。內腔中的多種因素會影響到腔式吸熱器的效率，如內部輻射、內部對流等。現今，有關腔式吸熱器靜態特性、動態特性、能量分布及優化等方面的理論及實驗研究均已全面開展。腔式吸熱器靜態特性是指吸熱器在穩定狀態下熱損失、熱效率等性能特性。而腔式吸熱器熱損失有對流、輻射、反射及傳導熱損失，其中傳導熱損失相對很小往往可以忽略不計。吸熱器效率取決于吸熱器熱效率、鏡面反射效率及熱損失效率，其受吸熱器的結構、光學特性、壁面溫度及外界風速等的影響。由熱力學定律分析可知：溫度越高，吸熱器效率越高。但溫度越高吸熱器熱輻射越大，相應的熱損失也越大，出現光斑的概率就越大。

現有腔式吸熱器各受熱面熱流密度分布極不均勻，同時太陽輻照隨時間不斷變化。另外，腔式吸熱器蒸發受熱面出口工質狀態也極不穩定，有時為過熱蒸汽,有時為汽-水混合物,有時是未飽和水。同時不均勻的熱流分布還會引起吸熱管排回流及停滯,可能造成下游無法正常工作甚至損壞。且現有的腔式吸熱器都只能加熱單一工質，對于下游需要不同溫度工質的太陽能熱利用系統而言，這就意味著要安裝不同類型的腔式吸熱器，不僅使得管道安裝復雜，經濟效益也會隨之下降。因此，設計一種熱流密度均勻、能實現不同溫度要求工質加熱且光-熱轉化效率高的腔式吸熱器具有重要的意義。

發明內容

基于以上現有技術的不足之處，本發明的目的在于提出一種半嵌入式8字外形太陽能腔式吸熱器及其工作方法。該腔式吸熱器能有效地提高熱流密度分布的均勻度，減少熱斑的出現，實現不同溫度要求工質的加熱，同時降低熱損失，提高光-熱轉化效率。

為了解決上述存在的技術問題，本發明通過下述技術方案來實現。

一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器，包括光線收集部分、低溫加熱部分、高溫加熱部分及二次加熱部分；二次加熱部分為均勻鑲嵌在玻璃外殼外表面的正六邊形凸面鏡；玻璃外殼與鋼質內殼間間隔為絕熱真空層，兩者外形均為下端開口8字形；鋼質內殼的內側為帶凹槽的軟質傳熱層，高溫段螺旋換熱盤管、低溫段螺旋換熱盤管均以半嵌入的形式與軟質傳熱層相連接；以腔體中部低溫出料口及高溫進料口所在平面為界限，以上至頂部的高溫出料口為高溫加熱部分，以下至腔口為低溫加熱部分，腔口附近設置低溫進料口；低溫加熱部分與光線收集部分的反光式擋風板在腔口處無縫連接。