[发明专利]一种底面内凸圆柱形腔体式太阳能吸热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能吸热器，具体涉及一种底面内凸圆柱形腔体式太阳能吸热器，属于太阳能热利用技术领域。

背景技术

太阳能热利用是可再生能源发展的有效途径之一。目前国际上太阳能热发电聚光技术主要有三种形式：槽式、塔式和碟式。槽式太阳能热发电技术已经为成熟的商业化技术，而塔式和碟式太阳能热发电技术仍处于试验和示范阶段。

太阳能热发电系统中的聚光器利用自身几何光学特性将低辐射热流密度的太阳光汇聚后，形成高的辐射热流密度。安置在聚光器焦点处的腔体吸热器吸收高倍汇聚的太阳能辐射，通过耦合换热的方式将汇聚的太阳能转换为热能。腔体式吸热器外形一般有如下5种：圆柱形、平顶锥形、椭圆形、复合平顶锥形以及球形。太阳能热发电平均效率为15％左右。导致太阳能热发电平均效率低的一个因素就是腔体吸热器的光学损失大。因此提高腔体吸热器的光学效率是提高太阳能热发电效率的途径之一。

圆柱形腔体式吸热器一般由金属管盘绕而成换热面，金属管内部走换热流体，金属管外壁面靠近腔体内部侧吸收高汇聚太阳能辐射，金属管远离腔体内部外壁面侧敷以保温层进行隔热。然而圆柱形腔体吸热器底面处的金属管在实际制造、盘绕过程中很难布满整个底面，存在吸热器吸收太阳能辐射热流的死区问题，死区面积约占底面面积的10％；如文献M.Prakash，S.B.Kedare，J.K.Nayak，Investigations on heat losses from a solar cavity receiver.Solar Energy，2009 83：157-170所示的圆柱形腔体吸热器及文献中国专利200410000650.2所示的平顶锥形腔体式吸热器就存在吸热器吸收太阳能辐射热流的死角问题。吸热器底面处无金属管盘绕的死角越大，光学损失也就越大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的圆柱形腔体式吸热器底面处的金属管难于布满整个底面，存在吸热器吸收太阳能辐射热流死区的问题，进而提供一种底面内凸圆柱形腔体式太阳能吸热器。

本发明的技术方案是：一种底面内凸圆柱形腔体式太阳能吸热器包括矿渣棉保温层、吸热器壳体、吸热器侧面部分盘管、工作介质出口管、工作介质进口管和吸热器底面内凸起段盘管，吸热器壳体为下敞口式壳体，所述吸热器壳体的底面为内凸式结构，吸热器壳体的底面呈V字型结构，所述吸热器侧面部分盘管缠绕在吸热器壳体侧面内壁上，所述吸热器底面内凸起段盘管缠绕在吸热器壳体的底面上，吸热器侧面部分盘管的进口端与吸热器底面内凸起段盘管的出口端连通，所述吸热器壳体的外表面上设置有矿渣棉保温层，所述工作介质出口管穿设在矿渣棉保温层内，且工作介质出口管与吸热器侧面部分盘管的出口端连通，所述工作介质进口管穿设在矿渣棉保温层内，且工作介质进口管与吸热器底面内凸起段盘管的进口端连通。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明的吸热器壳体的底面呈V字型结构，圆柱形腔体吸热器底面处的盘管在缠绕过程中，不再是在同一平面处盘绕，而是向腔体内侧成V字型螺旋状盘绕，形成一种内凸起吸热面。本发明的太阳能吸热器能够解决传统腔体式吸热器底面处金属管无法盘绕整个底面，存在吸热器腔体吸收太阳能辐射死角的情况，光学效率的提高最高可达7.998％。

附图说明

图1是本发明的底面内凸圆柱形腔体式太阳能吸热器的整体结构主视图；图2是本发明所述的底面内凸圆柱形腔体式太阳能吸热器的光学效率随着底面盘管内凸起无量纲高度h/H不同而变化曲线图(图中7表示底面内凸式腔体吸热器光学效率曲线，8表示存在吸收太阳能辐射死角的腔体吸收器的光学效率)；图3是壁面吸收率对光学效率的影响曲线对比图(图中9表示h/H＝0.875底面内凸式腔体吸热器的壁面吸收率对光学效率的影响曲线，10表示底面理想腔体吸收器的壁面吸收率对光学效率的影响曲线，11表示存在吸收太阳能辐射死角的腔体吸收器的壁面吸收率对光学效率的影响曲线)；图4是壁面吸收率对底面内凸圆柱形腔体式太阳能吸热器光学效率的提高影响曲线图(图中12表示h/H＝0.875底面内凸式腔体吸热器与存在吸收太阳能辐射死角的腔体吸收器光学效率之差曲线，13表示h/H＝0.875底面内凸式腔体吸热器与底面理想腔体吸收器光学效率之差曲线)。

具体实施方式