專利名稱：一種底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能吸熱器，具體涉及一種底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器，屬于太陽(yáng)能熱利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能熱利用是可再生能源發(fā)展的有效途徑之一。目前國(guó)際上太陽(yáng)能熱發(fā)電聚光技術(shù)主要有三種形式槽式、塔式和碟式。槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)為成熟的商業(yè)化技術(shù)，而塔式和碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)仍處于試驗(yàn)和示范階段。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中的聚光器利用自身幾何光學(xué)特性將低輻射熱流密度的太陽(yáng)光匯聚后，形成高的輻射熱流密度。安置在聚光器焦點(diǎn)處的腔體吸熱器吸收高倍匯聚的太陽(yáng)能輻射，通過(guò)耦合換熱的方式將匯聚的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能。腔體式吸熱器外形一般有如下5種圓柱形、平頂錐形、橢圓形、復(fù)合平頂錐形以及球形。太陽(yáng)能熱發(fā)電平均效率為15% 左右。導(dǎo)致太陽(yáng)能熱發(fā)電平均效率低的一個(gè)因素就是腔體吸熱器的光學(xué)損失大。因此提高腔體吸熱器的光學(xué)效率是提高太陽(yáng)能熱發(fā)電效率的途徑之一。圓柱形腔體式吸熱器一般由金屬管盤(pán)繞而成換熱面，金屬管內(nèi)部走換熱流體，金屬管外壁面靠近腔體內(nèi)部側(cè)吸收高匯聚太陽(yáng)能輻射，金屬管遠(yuǎn)離腔體內(nèi)部外壁面?zhèn)确笠员貙舆M(jìn)行隔熱。然而圓柱形腔體吸熱器底面處的金屬管在實(shí)際制造、盤(pán)繞過(guò)程中很難布滿整個(gè)底面，存在吸熱器吸收太陽(yáng)能輻射熱流的死區(qū)問(wèn)題，死區(qū)面積約占底面面積的10% ；如文獻(xiàn) M. Prakash, S. B. Kedare, J. K. Nayak, Investigations on heat losses from a solar cavity receiver. Solar Energy, 2009 83 :157-170所示的圓柱形腔體吸熱器及文獻(xiàn)中國(guó)專利200410000650. 2所示的平頂錐形腔體式吸熱器就存在吸熱器吸收太陽(yáng)能輻射熱流的死角問(wèn)題。吸熱器底面處無(wú)金屬管盤(pán)繞的死角越大，光學(xué)損失也就越大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的圓柱形腔體式吸熱器底面處的金屬管難于布滿整個(gè)底面，存在吸熱器吸收太陽(yáng)能輻射熱流死區(qū)的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器包括礦渣棉保溫層、吸熱器殼體、吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管、工作介質(zhì)出口管、工作介質(zhì)進(jìn)口管和吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管，吸熱器殼體為下敞口式殼體，所述吸熱器殼體的底面為內(nèi)凸式結(jié)構(gòu)，吸熱器殼體的底面呈V字型結(jié)構(gòu)，所述吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管纏繞在吸熱器殼體側(cè)面內(nèi)壁上，所述吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管纏繞在吸熱器殼體的底面上，吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管的進(jìn)口端與吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管的出口端連通，所述吸熱器殼體的外表面上設(shè)置有礦渣棉保溫層，所述工作介質(zhì)出口管穿設(shè)在礦渣棉保溫層內(nèi)，且工作介質(zhì)出口管與吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管的出口端連通，所述工作介質(zhì)進(jìn)口管穿設(shè)在礦渣棉保溫層內(nèi)，且工作介質(zhì)進(jìn)口管與吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管的進(jìn)口端連通。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果本發(fā)明的吸熱器殼體的底面呈V字型結(jié)構(gòu)，圓柱形腔體吸熱器底面處的盤(pán)管在纏繞過(guò)程中，不再是在同一平面處盤(pán)繞，而是向腔體內(nèi)側(cè)成V字型螺旋狀盤(pán)繞，形成一種內(nèi)凸起吸熱面。本發(fā)明的太陽(yáng)能吸熱器能夠解決傳統(tǒng)腔體式吸熱器底面處金屬管無(wú)法盤(pán)繞整個(gè)底面，存在吸熱器腔體吸收太陽(yáng)能輻射死角的情況，光學(xué)效率的提高最高可達(dá)7. 998%。


圖1是本發(fā)明的底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器的整體結(jié)構(gòu)主視圖；圖2是本發(fā)明所述的底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器的光學(xué)效率隨著底面盤(pán)管內(nèi)凸起無(wú)量綱高度h/H不同而變化曲線圖(圖中7表示底面內(nèi)凸式腔體吸熱器光學(xué)效率曲線，8表示存在吸收太陽(yáng)能輻射死角的腔體吸收器的光學(xué)效率)；圖3是壁面吸收率對(duì)光學(xué)效率的影響曲線對(duì)比圖(圖中9表示h/H = 0. 875底面內(nèi)凸式腔體吸熱器的壁面吸收率對(duì)光學(xué)效率的影響曲線，10表示底面理想腔體吸收器的壁面吸收率對(duì)光學(xué)效率的影響曲線，11表示存在吸收太陽(yáng)能輻射死角的腔體吸收器的壁面吸收率對(duì)光學(xué)效率的影響曲線)；圖4是壁面吸收率對(duì)底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器光學(xué)效率的提高影響曲線圖(圖中12表示h/ H = O. 875底面內(nèi)凸式腔體吸熱器與存在吸收太陽(yáng)能輻射死角的腔體吸收器光學(xué)效率之差曲線，13表示h/H = 0. 875底面內(nèi)凸式腔體吸熱器與底面理想腔體吸收器光學(xué)效率之差曲線)。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器包括礦渣棉保溫層1、吸熱器殼體2、吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管3、工作介質(zhì)出口管4、工作介質(zhì)進(jìn)口管5和吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管6，吸熱器殼體2為下敞口式殼體， 所述吸熱器殼體2的底面為內(nèi)凸式結(jié)構(gòu)，吸熱器殼體2的底面呈V字型結(jié)構(gòu)，所述吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管3纏繞在吸熱器殼體2側(cè)面內(nèi)壁上，所述吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管6纏繞在吸熱器殼體2的底面上，吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管3的進(jìn)口端與吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管6的出口端連通，所述吸熱器殼體2的外表面上設(shè)置有礦渣棉保溫層1，所述工作介質(zhì)出口管4穿設(shè)在礦渣棉保溫層1內(nèi)，且工作介質(zhì)出口管4與吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管3的出口端連通，所述工作介質(zhì)進(jìn)口管5穿設(shè)在礦渣棉保溫層1內(nèi)，且工作介質(zhì)進(jìn)口管5與吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管6的進(jìn)口端連通。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的吸熱器殼體2的底面凸起高度h與吸熱器殼體2的高度H之比為0. 75至1。如此設(shè)置，太陽(yáng)能吸熱器的光學(xué)效率隨著底面盤(pán)管內(nèi)凸起無(wú)量綱高度h/H不同而變化。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的吸熱器殼體2的底面凸起高度h與吸熱器殼體2的高度H之比為1。如此設(shè)置，當(dāng)采用壁面吸收率為0.7，h/H= 1 時(shí)，底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器的光學(xué)效率為78. 331%,比吸熱器底面處的金屬管盤(pán)繞整個(gè)底面的理想情況下圓柱形腔體式吸熱器的光學(xué)效率高2. 848%。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的吸熱器殼體2的底面凸起高度h與吸熱器殼體2的高度H之比為0. 875。如此設(shè)置，在保持吸熱器其他物性及邊界一致情況下，如吸熱器采用相同的盤(pán)管的材質(zhì)及壁面吸收率、相同的保溫材料和采光口側(cè)的太陽(yáng)輻射熱流密度分布等，與吸熱器底面處管盤(pán)繞整個(gè)底面的理想情況下圓柱形腔體式吸熱器相比，底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器的光學(xué)效率有所提高。如圖2所示，當(dāng)采用壁面吸收率為0. 7時(shí)，隨著底面盤(pán)管內(nèi)凸起無(wú)量綱高度h/H的增加，底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器的光學(xué)效率增大；當(dāng)h/H = 0. 875時(shí)，底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器的光學(xué)效率達(dá)到最大值，為81. 102% ；比底面處的金屬管盤(pán)繞整個(gè)底面的理想情況下圓柱形腔體式吸熱器的光學(xué)效率(為75. 483% )高5. 619% ；此后，隨著無(wú)量綱高度h/ H的增加，底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器的光學(xué)效率略有降低。在保持吸熱器其他物性及邊界一致情況下，當(dāng)?shù)酌鎯?nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器的無(wú)量綱高度h/H為0. 875 時(shí)，壁面吸收率對(duì)光學(xué)效率的影響對(duì)比曲線如圖3所示。在整個(gè)壁面吸收率區(qū)間內(nèi)，一種底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器的光學(xué)效率都要比存在吸收太陽(yáng)能輻射死角的腔體吸收器效率高；當(dāng)壁面吸收率為0. 5時(shí)，底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器比同等條件下的存在吸收太陽(yáng)能輻射死角的腔體吸收器的光學(xué)效率的提高達(dá)到最大值，為7. 998% (如圖4所示)。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
二相同。
權(quán)利要求
1.一種底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器，它包括礦渣棉保溫層(1)、吸熱器殼體 O)、吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管(3)、工作介質(zhì)出口管G)、工作介質(zhì)進(jìn)口管(5)和吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管㈩)，其特征在于吸熱器殼體(2)為下敞口式殼體，所述吸熱器殼體O)的底面為內(nèi)凸式結(jié)構(gòu)，吸熱器殼體O)的底面呈V字型結(jié)構(gòu)，所述吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管(3)纏繞在吸熱器殼體( 側(cè)面內(nèi)壁上，所述吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管(6)纏繞在吸熱器殼體(2) 的底面上，吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管(3)的進(jìn)口端與吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管(6)的出口端連通，所述吸熱器殼體O)的外表面上設(shè)置有礦渣棉保溫層(1)，所述工作介質(zhì)出口管穿設(shè)在礦渣棉保溫層(1)內(nèi)，且工作介質(zhì)出口管(4)與吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管(3)的出口端連通，所述工作介質(zhì)進(jìn)口管(5)穿設(shè)在礦渣棉保溫層⑴內(nèi)，且工作介質(zhì)進(jìn)口管(5)與吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管(6)的進(jìn)口端連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器，其特征在于吸熱器殼體O)的底面凸起高度h與吸熱器殼體O)的高度H之比為0.75至1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器，其特征在于吸熱器殼體O)的底面凸起高度h與吸熱器殼體O)的高度H之比為1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器，其特征在于吸熱器殼體O)的底面凸起高度h與吸熱器殼體O)的高度H之比為0.875。
全文摘要
一種底面內(nèi)凸圓柱形腔體式太陽(yáng)能吸熱器，本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能吸熱器。本發(fā)明為了解決圓柱形腔體式吸熱器底面處的金屬管難于布滿底面，存在吸熱器吸收太陽(yáng)能輻射熱流死區(qū)的問(wèn)題。本發(fā)明的吸熱器殼體的底面為內(nèi)凸式結(jié)構(gòu)，吸熱器殼體的底面呈V字型結(jié)構(gòu)，吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管纏繞在吸熱器殼體側(cè)面內(nèi)壁上，吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管纏繞在吸熱器殼體的底面上，吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管的進(jìn)口端與吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管的出口端連通，吸熱器殼體的外表面上設(shè)有礦渣棉保溫層，工作介質(zhì)出口管穿設(shè)在礦渣棉保溫層內(nèi)，且與吸熱器側(cè)面部分盤(pán)管的出口端連通，工作介質(zhì)進(jìn)口管穿設(shè)在礦渣棉保溫層內(nèi)，且與吸熱器底面內(nèi)凸起段盤(pán)管的進(jìn)口端連通。本發(fā)明用于吸收太陽(yáng)能。
文檔編號(hào)F24J2/24GK102353156SQ201110233330
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者劉彬, 帥永, 王富強(qiáng), 袁遠(yuǎn), 談和平 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)