[发明专利]一种太阳能热交换系统及其集热器

说明书

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，特别涉及一种用于太阳能热交换系统的集热器。本发明还涉及一种包括上述集热器的太阳能热交换系统。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，太阳能热交换系统越来越广泛地应用于热交换技术的各个领域。

太阳能热利用技术作为一种可再生清洁能源技术因其节能减排的优势而发展迅速，它经常结合聚光技术，以高温高效率为特征，它通过聚光器把太阳光聚集起来投射到位于聚光器焦点处的集热器上，集热器把光转换成热，并把热量交换给通过集热器的工质，而产生的高温工质有多种应用，如工业加热、热力发电、化工过程等。在高倍聚光比的情况下，集热器是聚光技术的核心所在，也是太阳能热交换系统的重要组成部件。

一种典型的集热器包括窗口、吸热体、外壳、二次聚光面。集热器以空气作为工作介质，空气从开设于外壳上的进气口进入集热器的腔体，之后穿过吸热体，吸收太阳光的热量，最后从出气口流出。太阳光穿过窗口后照射在陶瓷材料的吸热体上，窗口由石英材料制成，进入集热器的低温加压空气直接进入吸热体并与吸热体进行对流换热，吸收太阳光的热量，经由出口流出集热器，气体在集热器内没有发生相变；二次聚光面的作用是把照射在此面上的光线也反射到集热器腔体内，以提高效率。

上述典型的集热器以空气或者气体作为工作介质，而空气的导热系数较小，密度较低，换热系数较低，载热能力较低，为满足热交换效率，在实际应用中往往需要提供较大的空气流量，使得风机输送功率消耗较大，同时管道直径要求较大，管材消耗较多。而如果在上述集热器中使用液态工作介质，很容易发生局部蒸发过快引起高压，从而影响系统的可靠性。

因此，如何在保证集热器工作可靠性的情况下，提高集热器的工作效率，降低功率和材料消耗，就成为本领域技术人员亟须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于太阳能热交换系统的集热器，其具有较高的工作可靠性，且工作效率较高，功率和材料消耗较低。本发明的另一目的是提供一种包括上述集热器的太阳能热交换系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于太阳能热交换系统的集热器，包括开设有窗口的外壳，以及依次远离所述窗口的吸热体和隔热层，还包括导管，所述导管的进液口与高压液体介质源相连通，且其朝向所述吸热体的表面上开设有出液口。

优选地，所述导管包括与所述高压液体介质源连通的直段，和与所述直段连通并开设所述出液口的盘段；所述盘段沿周向环绕所述吸热体。

优选地，所述盘段包括多层结构，且其各层沿所述吸热体的轴向分布。

优选地，所述直段与所述盘段的最底层连通。

优选地，所述盘段的各层均开设有所述出液口。

优选地，每层所述盘段分别设置有多个所述出液口。

优选地，各所述出液口沿每层所述盘段的周向均匀开设。

优选地，所述出液口与所述吸热体之间具有预定距离。

优选地，所述出液口为圆形孔，且其直径小于1mm。

优选地，还包括设置于所述窗口下方的二次聚光面。

本发明还提供一种太阳能热交换系统，包括集热器，所述集热器为如上述任一项所述的集热器。

本发明所提供的用于太阳能热交换系统的集热器，包括开设有窗口的外壳，以及依次远离所述窗口的吸热体和隔热层，还包括导管，所述导管的进液口与高压液体介质源相连通，且其朝向所述吸热体的表面上开设有出液口；这样，当液体介质通过导管的进液口进入后，在压力差的作用下，经由导管上的出液口变成细小的液滴状并喷入吸热体，细小液滴受吸热体的高温作用发生汽化，经过相变后，生成的气体沿着吸热体与窗口之间的通道的流动，产生一定的过热度后，从集热器的出口管流出；由于增加了具有出液口的导管结构，该集热器能够以液体作为工作介质，进入集热器的是液态介质，流动稳定，流量较小，因此管路压力损失较小，管材消耗较少；集热器内主要换热方式为相变换热，换热系数高，有利于减少吸热体的温度与整个集热器的热损失；流出集热器的是蒸汽，方便直接加以利用，不需要额外的蒸汽发生器并避免了额外的换热过程中的热损失；同时，把液体工作介质先变成细小液滴，可以避免液体相变引起压力突然增加的发生，以保证集热器的可靠性，显著提高热利用效率并减少成本。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的导管包括直段和盘段，其中直段与高压液体介质源连通，盘段与直段连通并开设有出液口，盘段沿周向环绕所述吸热体；设置盘段能够充分利用壳体内的空间，且盘段环绕于吸热体提高了热交换的均匀性。