[实用新型]含内凹玻璃罩的球形腔式太阳能吸热器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种腔式太阳能吸热器，特别涉及一种应用于蝶式太阳能高温热利用系统中的含内凹玻璃罩的高效球形腔式吸热器。

背景技术

随着社会生产的进步与发展，随着人民生活水平的提高，能源需求还将大幅度增长。当前全球一次性能源构成主要是以化石燃料为主体，但化石燃料作为地球的不可再生能源，一方面在不久的将来会枯竭，另一方面大量化石燃料的使用又造成了环境污染和生态破坏，严重地威胁着人们的健康。因此，开发和利用新能源符合可持续发展战略。太阳能是太阳内部连续不断的核聚变过程产生的能量，是各种可再生能源(包括生物质能、风能、海洋能、水能等)中最重要的基本能源。太阳能作为一种对环境不产生污染的新能源，取之不尽，用之不竭。

太阳能高温热利用是太阳能利用中的重要项目。在太阳能热发电领域，蝶式太阳能热发电系统已经成为最重要的三种太阳能热发电方式之一。而蝶式太阳能高温热利用系统同时拥有聚光比高、结构简单、可模块化、特别适用于分布式能源等优势，它在其他高温热利用场合都有广泛的应用前景。

腔式吸热器是蝶式太阳能高温热利用系统中将聚集的太阳光转化成热能的装置，其光-热转化效率决定了蝶式太阳能系统的热利用效率。对于腔式吸热器的性能和特点的研究，国内外学者做过大量的实验研究和理论分析，研究主要集中在分析腔式吸热器的热量损失。腔式吸热器的热损由四部分组成：(1)太阳光通过腔口的反射损失；(2)通过吸热器壁面的导热损失；(3)空气通过腔口的对流损失；(4)通过腔口的热辐射损失。研究重点主要集中在腔式吸热器的外形、结构、导热介质三个方面，这三个方面的具体研究现状为：

1.腔式吸热器的外形种类主要包括圆柱形、圆台形、圆锥形、方腔形、球形及其他在此基础上加以改进的形状。腔式吸热器的外形对四部分热损都产生影响，目前的研究主要集中在定性分析其中的一至两种热损随外形的变化情况，对腔式吸热器的四种热损缺少定量的研究和比较。

2.从结构上分类，腔式吸热器分为开口式和带玻璃窗式两种。开口式的腔式吸热器使聚集光在通过腔口时几乎不损失能量，但开口这一特点使得光线、热辐射射线更易通过腔口离开腔体，且空气易进入腔体，通过与换热盘管管壁的对流换热带走热量。带玻璃窗的腔式吸热器则有效减弱了上述热损，但由于玻璃窗位于腔口处，所以对光线产生了一定的反射，进入的腔体的光能要少于开口式的腔式吸热器。

3.腔式吸热器导热介质主要有空气、熔融盐、导热油、相变储能材料、热化学储能材料等，各种介质适用的场合有所不同。熔融盐和空气均适用于高温热利用场合，但各有不足。熔融盐容易遇冷凝固，所以需要配合解冻装置，如电热丝，增加了能耗。虽然空气的工作温度可以超过1000℃，但空气热容量小，传热性能差，不能满足大功率蝶式太阳能系统的吸热和传热要求。导热油具有热容量大，传热性能佳，使用寿命长等优点，在500℃以下的中高温热利用中得到广泛应用。相变储能材料、热化学储能材料的研究近年来取得了较好的进展，相变储能材料、热化学储能材料具有热容量大，换热系数高的特点，已经开始应用于太阳能高温热利用领域。

总之，现有腔式吸热器种类繁多，但缺少光-热转化效率高、结构简单、适用范围广的腔式吸热器，蝶式太阳能高温热利用领域迫切需要高效的腔式吸热器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服了现有技术的不足，提出含内凹玻璃罩的球形腔式太阳能吸热器。该腔式吸热器能有效地降低热量损失，提高光-热转化效率。

含内凹玻璃罩的球形腔式太阳能吸热器，包括壳体、内凹式玻璃罩、反光式挡风板、换热盘管和聚光碟，所述的腔式吸热器整体结构为带开口的球形腔体，其中壳体的结构为带开口的球形腔体，内凹式玻璃罩也为带开口的球形腔体；玻璃罩的球心与壳体的球心重合，且玻璃罩与壳体的开口朝向一致，开口面均为圆形，两个圆与球心形成的两个圆锥形的顶角相等，所述顶角大小与聚光碟的开口张角大小相等；开口面正对聚光碟；换热盘管贴近壳体内壁面呈螺旋状排列，壳体的开口位于壳体底端，换热盘管的导热流体出口位于壳体顶端处，换热盘管的导热流体入口位于壳体底端处；反光式挡风板为上下开口的圆台形板，其顶部边缘与玻璃罩开口开口无缝相接，反光式挡风板的侧面与壳体开口无缝相连，形成一个由壳体、玻璃罩、挡风板构成的密封区域。