CN101788199A - 太阳能接收器 - Google Patents

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张融
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Abstract

一种太阳能接收器，包括吸热管组合，该吸热管组合螺旋排布形成一腔体，该腔体一端设有一开口，以接收集中入射的太阳光，而该吸热管组合一端与工作流体进口管连接，而另一端与工作流体出口管连接，其中该吸热管是由多根直径较小的管道组成，这些管道以并联的方式与工作流体进口管与出口管连接，如此可以通过增加管道工作流体的流速以提高热交换效率，进一步降低接收器的黑体辐射损失，从而提高热能吸收效率。

Description

太阳能接收器
【技术领域】
本发明涉及一种太阳能接收器，属于太阳能热利用技术领域。
【背景技术】
与本发明相关的现有技术可参考美国专利4449514所示，其所揭示的容积式太阳能接收器包括一圆柱形壳体，在该圆柱形壳体的内表面排设有吸热管，该吸热管两端连接工作流体出口管与进口管，而该壳体的一端呈开口设置，以便接收集中的入射光，当被集中的太阳光自该壳体的开***入后从而加热吸热管内的工作流体，之后被加热的工作流体从出口管流出，用以产生蒸汽或投入至其他应用。此种结构虽然可以实现将太阳能转为热能，但是由于其中的吸热管均为一根并盘旋设置，为确保一定的流量，此吸热管的管径必须设置的大一些，但由于该吸热管被太阳光照射的表面温度较高，而另一侧温度低，管径大时会导致吸热管内流体的加热不均匀，导致流体层流现象，从而不利于提高热交换效率。同时，如果因***要求需加大流量时，则必须提高流体的流速，如此远离吸热管被加热表面的流体更加无法被加热，从而导致热交换效率更低。再者，由于此类太阳能接收器的热损失主要为黑体辐射热损失(黑体辐射热损失与腔体内表面温度与热交换流体的温度之差的四次方成正比)，在上述工作流体无法充分换热的情形下，腔体内表面温度与热交换流体的温度之差将很大，如此进一步增加了黑体辐射的热损失，从而降低了***整体的光能-热能转换效率。
【发明内容】
本发明目的在于提供一种太阳能接收器，用以克服现有接收器换热效率及光能-热能转换效率较低的缺陷。
为实现上述目的，实施本发明的一种太阳能接收器包括吸热管组合，该吸热管组合螺旋排布形成一腔体，该腔体一端设有一开口，以接收集中入射的太阳光，而该吸热管组合一端与工作流体进口管连接，而另一端与工作流体出口管连接，其中该吸热管组合是由多根直径较小的管道组成，这些管道以并联的方式与工作流体进口管与出口管连接。
依据上述主要特征，该太阳能接收器在与开口相对的另一端设有一反射体，该反射体延伸至该腔体内，以将入射的太阳光反射至吸热管上。
依据上述主要特征，该反射体为圆锥状或三角锥形或方锥状。
依据上述主要特征，该吸热管组合从开口一端到另一端呈倒锥形或半椭圆形排布。
依据上述主要特征，该腔体的开口外部覆盖一透明盖体。
依据上述主要特征，该透明盖体由高透光率的材料制成。
依据上述主要特征，该吸热管组合表面涂有太阳光选择性吸收涂膜。
依据上述主要特征，该接收器外部设有一壳体，并且壳体与吸热管组合之间设有绝热保温层。
依据上述主要特征，该接收器壳体外表面呈流线形。
与现有技术相比较，本发明通过由多根直径较小的管道组成吸热管组合，由于管径较小，所以管道内部的工作流体加热较为均匀，从而进一步降低腔体内表面温度与出口处工作流体的温度之差，如此进一步降低了黑体辐射的热损失，从而提高了***整体的光能-热能转换效率。
【附图说明】
图1为实施本发明的太阳能接收器的剖视示意图。
图2为图1所示太阳能接收器的吸热管组合的示意图。
【实施方式】
请参阅图1所示，为实施本发明的太阳能集热器1的剖视示意图，该太阳能集热器1包括一壳体13，在具体实施时，该壳体13外表面呈流线形(如半圆形或椭圆形)，从而减少空气阻力，并且该壳体13内部排设有吸热管组合10，该吸热管组合10呈螺旋式排布由此形成一腔体100，并且该腔体100一端设有一开口101，以便太阳光聚光器(未图示)所聚集的太阳光15从该开口101射入该腔体100内部，以便吸热管组合10吸收。另外，该吸热管组合10表面设有选择性吸收涂膜104，如电镀黑铬层，如此吸热管组合10利用该吸收涂膜104只吸收可见光，不吸收红外光，同时也不向外辐射红外光，如此以增加吸热管10的吸热效率。
另外，该壳体13在开口101外部覆盖一透明盖体11，该透明盖体11呈平板设置。或者，该透明盖体11也可向背离开口101的方向凸出并呈曲面设置，如此经聚光器集中的太阳光15以垂直于该曲面的方向从该透明盖体11透射至该腔体100内，如此可减少反射，从而最大效率的利用被集中的太阳光15，在实施时，该透明盖体11可为双曲面或其他形状。较佳的，该透明盖体11由高透光率的材料制成。
再者，为了减少入射至腔体100内的太阳光15再反射至大气中，该壳体13在与开口101相对的另一端设有一反射体12，该反射体12延伸至该腔体100内，如此可将被吸热管组合10表面反射的太阳光15再反射至至吸热管组合10上，以增加太阳光在该腔体100内部反射的次数，从而更好地利于吸热管组合10吸收太阳光15。在具体实施时，该反射体12可为圆锥状、三角锥状或方锥状之一。
另外，该吸热管组合10呈螺旋状排布，并且从开口101一端到另一端的螺旋半径逐渐减小，以令该吸热管组合10呈倒锥形或半椭圆形排布，即令吸热管组合10的弯折曲率产生变化，如此温度低的工作流体自开口101一端的工作流体进口管102进入吸热管组合10后被加热，并通过将吸热管组合10弯折曲率的变化，从而促进流体径向混合，如此可令流体充分混合以吸收热量并从工作流体出口管103流出，从而提高热交换效率。
再者，该壳体13与吸热管组合10之间设有绝热保温层14，以便防止吸热管组合10吸收的热量传导至壳体13外部，当然还可以是其他的防止热辐射的结构，此处不再赘述。
另外，如图2所示，实施本发明的吸热管组合10包括多根直径较小的管道(图2中为二根)，该多根管道以并联的方式与工作流体进口管102与出口管103连接。
由于容积式太阳能接收器腔体内表面(即吸热管被阳光照射的表面)与工作流体之间的热传输速率＝Nu*流体导热系数/管道直径，其中Nu(努赛尔数)＝0.023Re0.8Pr0.4；Re(雷诺数)＝工作流体的密度*工作流体的流速*管道直径/热对流系数，Pr(普朗特数)＝热传导系数/热扩散系数，即容积式太阳能接收器腔体的内表面(即吸热管被阳光照射的表面)与工作流体之间的热传输速率是与管道直径成反比例，管径越小则热传输速率越高，从而管道内的工作流体可以充分加热，从而可以提高换热效率。
另外，从以上的推导也可看出，在管道直径确定的前提下，热传输速率是与热传输液体的雷诺数的0.8次方成正比，而雷诺数又与工作流体的流速成正比，因此增加工作流体的流速，也可提高热传输速率，从而管道内的工作流体可以充分加热，从而也可以提高换热效率。
同时，在以上的二种情形下，由于管道内工作流体可以充分加热，因此腔体内表面与该太阳能接收器出口管103处的工作流体的温度差可以减小，而占***热损失主要部分的黑体辐射热损失是与此温度差的四次方成正比，因此可以减小黑体辐射热损失，从而可以提高***的光能-热能转换效率。
除上述优点外，本发明还具有如下优点：
第一，实施本发明的集热器1通过在腔体100的开口101处设置一透明盖体11，如此可通过此透明盖体11封闭该开口101，从而避免沙尘等杂质进入集热器1内，也可避免集热器1内的热量随空气的对流被带出集热器1，如此利于提高该集热器1的效率。
第二，通过将吸热管10排布为倒锥形或半椭圆形，从而令吸热管10的弯折曲率产生变化，如此温度低的工作流体自开口101一端进入吸热管后被加热，并通过将吸热管10弯折曲率的变化，促成流体湍流，如此可令流体充分混合以吸收热量，从而提高热交换效率。
第三，通过在吸热管10表面涂覆选择性吸收涂膜104，如电镀黑铬层，如此吸热管10利用该选择性吸收涂膜104只吸收可见光，不吸收红外光，同时也不向外辐射红外光，如此以增加该集热器1的吸热效率。
第四，通过将该集热器1的壳体13的外表面设计为流线型，从而减少空气阻力，如此可以进一步降低该集热器1支撑框架(未图示)的受力，从而利于减少所用的支撑材料及可维持较长的使用寿命。

Claims (10)

1.一种太阳能接收器，其特征在于：该太阳能接收器包括吸热管组合，该吸热管组合螺旋排布形成一腔体，该腔体一端设有一开口，以接收集中入射的太阳光，而该吸热管组合一端与工作流体进口管连接，而另一端与工作流体出口管连接，其中该吸热管组合是由多根直径较小的管道组成，这些管道以并联的方式与工作流体进口管与出口管连接。
2.如权利要求1所述的太阳能接收器，其特征在于：该太阳能接收器在与开口相对的另一端设有一反射体，该反射体延伸至该腔体内，以将入射的太阳光反射至吸热管上。
3.如权利要求2所述的太阳能接收器，其特征在于：该反射体为圆锥状或三角锥形或方锥状。
4.如权利要求1所述的太阳能接收器，其特征在于：该吸热管组合从开口一端到另一端呈倒锥形或半椭圆形排布。
5.如权利要求1所述的太阳能接收器，其特征在于：该腔体的开口外部覆盖一透明盖体。
6.如权利要求5所述的太阳能接收器，其特征在于：该透明盖体呈平板状。
7.如权利要求6所述的太阳能接收器，其特征在于：该透明盖体由高透光率的材料制成。
8.如权利要求1所述的太阳能接收器，其特征在于：该吸热管组合表面涂有太阳光选择性吸收涂膜。
9.如权利要求1所述的太阳能接收器，其特征在于：该接收器外部设有一壳体，并且壳体与吸热管组合之间设有绝热保温层。
10.如权利要求9所述的太阳能接收器，其特征在于：该接收器壳体外表面呈流线形。
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