[發明專利]內置正四面體腔池沸型太陽能吸熱器、太陽熱能高溫吸收及儲存方法

在審

• 申請號: 201811535579.6
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109539606A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 龍新峰;張子英;樓波;柯鉅金;張明勇;劉毅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;湛江電力有限公司
• 主分類號: F24S70/60
• 分類號: F24S70/60;F24S60/10;F24S80/65
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 梁睦宇

內置正四面體腔池沸型太陽能吸熱器，包括吸熱器本體、吸熱腔組件、吸熱管、傳熱工質，吸熱器本體內部為腔室；吸熱腔組件呈正四面體狀，且吸熱腔組件的底部開口；吸熱腔組件的底部安裝于吸熱器本體內的底部，在吸熱器本體的底部設有光學入射窗口；吸熱腔組件將腔室隔離成兩部分，吸熱器組件和吸熱器的本體的底部圍繞的一部分空間為吸熱腔，另一部分空間為換熱腔；光學入射窗口對著吸熱腔，在換熱腔內安裝吸熱管，并在吸熱腔組件內壁上設有傳熱工質。太陽熱能高溫吸收及儲存方法，采用上述內置正四面體腔池沸型太陽能吸熱器。本發明具有入射光利用效率高、光?熱能轉換效率高、換熱損失小等優點。本發明屬于太陽能吸收器技術領域。

技術領域

本發明屬于太陽能吸收器技術領域，具體涉及一種內置正四面體腔池沸型太陽能吸熱器、一種太陽熱能高溫吸收及儲存方法。

背景技術

隨著全球能源危機加劇，能源問題成為了人類生存與發展的世界性問題。一方面，隨著煤炭和石油等不可再生能源的消耗，人們需要尋找新的穩定的能源來逐漸擺脫對化石能源的依賴，另一方面，隨著環境問題的日益嚴峻和應對氣候變化挑戰的需要，以太陽能、風能、生物質能為代表的新能源引起了世界各國越來越廣泛的關注。太陽是一個巨大的能源中心，照射到地球的太陽能相當于每秒鐘燃燒600萬噸標準煤所產生的能量，可以說太陽能是取之不盡，用之不竭的潔凈能源。因此發展太陽能高效利用不僅減少對化石能源的依賴，而且對節能減排，保護環境具有重要意義。太陽能光熱利用是目前太陽能利用最廣泛方式之一。按照太陽能聚光形式，目前太陽能熱發電主要可分為槽式、塔式和碟式三種。其中碟式太陽能熱發電系統由于聚光比高、熱損小，光電效率高于前兩者，因此碟式太陽能發電系統受到研究人員的廣泛關注。

作為碟式太陽能高溫熱利用系統中將聚集的太陽光轉化成熱能或化學能的裝置，腔式吸熱器的光熱轉化效率很大程度上影響了整個系統的應用。長期以來，國內外廣大學者對腔式吸熱器的幾何特征和光熱轉化性能做了大量研究，研究的方向主要集中在減小腔式吸收器的熱損和在此基礎上的吸熱器結構優化。腔式吸熱器的熱損主要包括以下三部分：(1)太陽光線通過入射孔逃逸的光學損失；(2)吸熱器通過入射孔與外界的對流損失；(3)吸熱器壁面的導熱損失。除此之外，吸熱器不同形狀的幾何特征往往造成入射熱流密度的分布不均勻，導致局部熱斑的出現，大大縮短了設備的使用壽命，進而造成碟式太陽能熱發電成本居高不下。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種光線入射效率高、光熱能損失少的內置正四面體腔池沸型太陽能吸熱器，它還具有對流損失小、光熱轉換效率高等優點。

本發明的另一目的是提供一種光熱能轉換效率高的太陽熱能高溫吸收及儲存方法。

內置正四面體腔池沸型太陽能吸熱器，包括吸熱器本體、吸熱腔組件、吸熱管、傳熱工質，吸熱器本體內部為腔室；吸熱腔組件呈正四面體狀，且吸熱腔組件的底部開口；吸熱腔組件的底部安裝于吸熱器本體內的底部，在吸熱器本體的底部設有光學入射窗口；吸熱腔組件將腔室隔離成兩部分，吸熱器組件和吸熱器的本體的底部圍繞的一部分空間為吸熱腔，另一部分空間為換熱腔；光學入射窗口對著吸熱腔，在換熱腔內安裝吸熱管，并在吸熱腔組件內壁上設有傳熱工質；吸熱器本體的壁內嵌入有保溫隔熱材料。采用此結構，通過在吸熱器本體的腔室內安裝正四面體狀的吸熱腔組件，從而將腔室隔離成吸熱腔和換熱腔；通過正四面體的吸熱腔，透射進入吸熱腔的光線經過多重反射，從而實現吸收絕大部分的透射光，光線逃逸少，入射效率高，光能得到充分吸收和利用；換熱腔內內壁設有傳熱工質，通過正四面體狀的吸熱腔組件的將熱能傳遞，傳熱工質被加熱、沸騰，從而營造“池沸”效果，改善換熱腔內熱流分布，避免形成熱斑，減少熱斑對盤旋的損害，提高光熱能轉換效率，減少了熱能損失。

優選的，光學入射窗口為圓形，吸熱腔組件的正四面體頂點正對光學入射窗口的圓心；光學入射窗口包括內、外兩層高透射玻璃，且兩層高透射玻璃之間為真空層。采用此結構，光學入射窗口和吸熱腔正對，進一步提高光線入射效率，以吸收更多光能；同時，光學入射窗口能較好地隔絕腔內和外界，減少吸熱腔內和外界的熱交換，減少熱對流損失，提高熱能利用效率。