[发明专利]半球形腔式太阳能集热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能集热装置，具体涉及一种碟式太阳能利用的半球形腔式中高温集热装置。

背景技术

太阳能属于优质的可再生能源，所以太阳能热利用技术一直受到广泛关注，而其中的碟式太阳能集热高温发电研究，是当今太阳能热利用领域较为前沿的技术。由于碟式太阳能热发电系统的聚光比(聚光面积与集热面积的比值)最高可达3000，同时具有两个优点：一是使得接收器的吸热面积很小，二是使得接收器的接收温度达800℃以上，所以碟式太阳能热发电的最高光电转换效率可达29.4％。因为碟式太阳能集热器的聚焦温度非常高，所以集热器的设计和制造成为碟式太阳能热发电系统中的关键技术之一。尽管太阳能集热器的形式有多种，但存在的主要问题是，聚焦温度很高但散热损失也较大。本发明所提出的半球形腔式集热器可以弥补这一缺陷，使得在获取很高聚焦温度的同时，又具有散热损失最小的特点。

发明内容

本发明的目的在于：为了减小碟式聚焦太阳能的散热损失，提供一种半球形腔式集热器，用于太阳能中、高温热利用系统。

半球形腔式太阳能集热装置包括：集热器壳体、反射锥体、盘管、石英玻璃片以及保温层等。集热器壳体为半球面，球面内壁敷设盘管，集热器壳体的平面设有圆形采光口，采光口内嵌有的石英玻璃片将内腔封闭，半球形内腔具有真空度。在内腔圆顶中心设有反射锥体，集热器壳体与盘管之间设有保温层。盘管进口固定在圆形采光口边缘，沿集热器壳体内腔自下而上贴壁做环形缠绕排布，盘管出口固定在内腔圆顶反射锥体的旁边。

半球形腔式太阳能集热装置是根据太阳光聚焦后的能流分布特点设计的，在高温热辐射过程中，聚焦后的太阳光经过采光口(石英玻璃)进入密闭的集热器，能量被盘管所吸收，同时设置的反射锥体将中心聚焦的辐射又反射到壳体内壁的盘管上，所以具有较高的辐射热吸收。设置够承受高温的反射锥体的目的在于，通过反射辐射将聚焦的能量均匀分布在集热腔体内壁的盘管上，对盘管中的流体进行加热。

本发明具有以下几点有益效果：(1)集热效率高，反射锥体能够通过反射辐射作用将聚焦的能量均匀分布在集热腔体内壁的盘管上；(2)采光口用石英玻璃片封闭，在保证能量进入集热器的前提下，减少集热器与外界流动换热损失；(3)结构简单，易于加工和拆卸，特别适用于采用太阳能对中、高温热源能量的获取。

附图说明

所示附图是本发明原理以及部件结构剖面示意简图。

具体实施方式

以下结合附图并透过实施例对本发明的原理结构作进一步的说明。半球形腔式太阳能集热装置，其结构特征是：集热器壳体1为半球面，球面内壁敷设盘管2，集热器壳体的平面设有圆形采光口，采光口嵌有的石英玻璃片3将内腔封闭，半球形内腔具有真空度。在内腔圆顶中心设有反射锥体4，集热器壳体与盘管之间设有保温层5。盘管进口固定在圆形采光口边缘，沿集热器壳体内腔自下而上贴壁做环形缠绕排布，盘管出口固定在内腔圆顶反射锥体的旁边。反射锥体材料为黄铜，锥体通过螺钉固定。盘管的进口固定在圆形采光口边缘，盘管出口固定在反射锥体旁边。反射锥体顶角α为90°～120°范围。

本实施例反射锥体顶角α为100°，盘管中的工作介质采用导热油，耐温高于400℃，粘性小，流动性强，导热性能强。经计算以及实验测定，反射锥体顶角α为100°，聚焦光线与锥面夹角β可小于90°。这样反射锥体的聚焦比可达600至1800，可以保证聚焦光线经过锥体一次反射后落在盘管上，避免从采光口发射出集热器，减少了热量的损失，提高了集热器的热性能。

因为石英玻璃片具备高透射率、耐高温的特性，本实施例石英玻璃透射率可达95％以上，耐温高达1200℃以上。石英玻璃片对提高集热器吸热性能，具有重要作用。

反射锥体由黄铜棒车削加工而成，熔点接近1000℃，能够承受聚光光线的高温照射。结果抛光和防氧化处理反射锥体具有较高的反射率。

盘管材料采用外径10mm紫铜管，紫铜的导热系数为401W/m·K，具备良好的导热能力。虽然保温层应该具备一定的厚度，但是保温层越厚，集热器体积过大，遮光比变大影响集热效率，本实施例保温层为50mm的玻璃棉。