一種碟式斯特林光熱發電集熱器及系統的制作方法

本實用新型涉及光熱發電技術領域，尤其涉及一種碟式斯特林光熱發電集熱器、包括該集熱器的碟式斯特林光熱發電系統。

背景技術：

太陽能發電主要有光伏和光熱兩種方式，光伏發電是利用半導體材料的光伏特性直接將太陽能轉化為電能，而光熱發電是利用光熱轉換材料將太陽能轉化為熱能加熱工質，通過工質做功獲得機械能進而轉化為電能。

目前光熱發電技術按照采集方式可分為槽式、菲涅爾式、塔式和碟式四種光熱發電系統。其中碟式斯特林光熱發電系統是目前光熱轉換效率最高的技術，主要由碟式聚光器、斯特林發動機、發電機和發電控制系統組成。

碟式斯特林光熱發電系統的核心部件是斯特林系統，斯特林系統的光熱轉換效率又取決于機頭前端的集熱器效率及斯特林發動機工作效率。在斯特林發動機工作效率一定的情況下，集熱器的效率尤為重要。

傳統集熱器主要有兩種形式：(1)包覆型集熱器，采用石墨類、金屬類材料包覆式緊貼或貼近斯特林發動機的機頭，通過石墨、金屬材料的高導熱率實現集熱功能。其中石墨類材料吸收率高、導熱性能好，但是與機頭金屬材料的熱膨脹系數差距較大，若是緊貼合方式則在劇烈溫度變化時會產生較大熱應力，導致石墨類材料碎裂，因此該形式實用性較差；若是有一定間隙的緊貼式，則由直接導熱變為對流導熱，并且向外散熱很大，影響集熱能力。而金屬類材料的反射率較高，對提高斯特林發動機頭熱吸收率的效果有限。(2)盤管式集熱器， 采用高溫合金盤管，以花瓣形式包覆在斯特林發動機頭處，該方式受熱均勻，導熱好，但是成本高、吸收率低，且由于盤管壁很薄極易發生燒蝕損壞。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本實用新型的目的是提供一種結構簡單、導熱均勻，且能夠有效減少散熱率的碟式斯特林光熱發電集熱器，提高太陽能的轉換利用率。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種碟式斯特林光熱發電集熱器，包括空腔體，所述空腔體的一端套設于發動機機頭，另一端設有光線入射口；所述空腔體的空腔壁至少包括由內到外依次設置的內金屬層、隔熱層和外金屬層；

所述空腔體的空腔為球形空腔或者橢圓空腔。

優選地，所述光線入射口的表面積小于所述空腔的內表面積的20％。

優選地，所述內金屬層和外金屬層的材料為鎳基合金、銅基合金或鐵基合金。

優選地，所述隔熱層的材料為石棉、氣凝膠、泡沫、陶瓷的一種或幾種。

優選地，所述內金屬層的內表面作黑化處理。

本實用新型還提供了一種碟式斯特林光熱發電系統，包括上述任一種碟式斯特林光熱發電集熱器。

(三)有益效果

本實用新型的上述技術方案具有如下優點：本實用新型提供的碟式斯特林光熱發電集熱器，包括空腔體，所述空腔體的一端套設于發動機機頭，另一端設有光線入射口；所述空腔體的空腔壁至少包括由內到外依次設置的內金屬層、隔熱層和外金屬層，且所述空腔體的空 腔為球形空腔或者橢圓空腔。使光線能夠在空腔內多次反射，有效減少熱量損失，使發動機機頭受熱均勻。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例一碟式斯特林光熱發電集熱器的剖視示意圖；

圖2是本實用新型實施例一碟式斯特林光熱發電系統結構示意圖；

圖3是本實用新型實施例二碟式斯特林光熱發電集熱器的剖視示意圖。

圖中：1：空腔體；11：內金屬層；12：隔熱層；13：外金屬層；14：空腔；2：發動機機頭；3：光線；4：碟式聚光器。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

實施例一

如圖1所示，本實用新型實施例提供的碟式斯特林光熱發電集熱器，包括空腔體1，該空腔體1的一端套設于發電機的機頭2，即發動機機頭2伸入空腔體1的空腔14內，空腔體1的另一端設有光線入射口15，該光線入射口15與空腔14連通，使光線3能夠進入空腔14內，并在空腔14內經過多次反射，提高空腔14內的溫度。

為了進一步提高熱輻射率，減少熱量損失，優選地，空腔體1的空腔14為球形空腔。更優選地，光線入射口15的表面積小空腔14內表面積的20％，內金屬層11的內表面作黑化處理，具體地，可以采用碳化法或高輻射率涂層涂敷法進行轉化處理。

進一步地，空腔體1的空腔壁為夾層結構，該夾層結構由內到外依次為內金屬層11、隔熱層12和外金屬層13，提高集空腔體1的結構強度，同時提高該空腔體1的保溫性能。

具體地，內金屬層11和外金屬層13由鎳基合金、銅基合金或鐵基合金材料制成；隔熱層12的材料為石棉、氣凝膠、泡沫、陶瓷的一種或幾種。

本實施例的碟式斯特林光熱發電集熱器，采用近似理想黑體的空腔體結構，光線3能夠在空腔14內多次反射，有效減少熱量損失，使發動機機頭2受熱均勻，將發動機機頭2的吸熱率由20-30％提高到60-75％，能夠滿足800度以上的工作溫度。

如圖2所示，本實用新型還提供了一種包括上述傾任一種碟式斯特林光熱發電集熱器的碟式斯特林光熱發電系統，其中，集熱器套設于所述發動機機頭2，使發動機機頭2的吸熱率由20-30％提高到60-75％，能夠滿足800度以上的工作溫度，提高太陽能的轉換利用率。

優選地，集熱器的空腔體1的固定端(光線入射口相對的另一端)緊箍在發動機機頭2，并且固定端與發動機機頭2之間設有隔熱材料，進一步減少熱損失，具體的隔熱材料可以石棉、氣凝膠、泡沫等隔熱材料。

需要說明的是，該碟式斯特林光熱發電系統的其它部分為現有結構，在此不再贅述。

為了進一步的提高發動機機頭2的吸熱效率，使發動機機頭2受熱更均勻，本實用新型還提供了一種提高碟式斯特林光熱發電系統熱吸收率的方法，具體地如圖1和圖2所示，采用偏心式聚光線路，即調整碟式聚光器4的曲率，將碟式聚光器反射并進入空腔14的最邊緣的光線3的焦點位于發動機機頭2的前側(以動機機頭2與光線入射口15)。

實施例二

如圖3所示，本實施例二與實施例一基本相同，相同之處不再贅 述，不同之處在于：空腔14為橢圓空腔。

綜上所述，本實用新型提供的碟式斯特林光熱發電集熱器，采用近似理想黑體的空腔體結構，光線在空腔內多次反射，有效減少熱量損失，發動機機頭受熱均勻，將發動機機2的吸熱率由20-30％提高到60-75％，能夠滿足800度以上的工作溫度。

需要說明的是，本實用新型中采用球形或橢圓形空腔僅是優選的實施例，采用不同曲率的弧面拼合，甚至其它形狀的空腔，其與本實用新型的區別僅是反射效率不同，也并未脫離本實用新型技術方案的本質。

還需要說明的是，本實用新型中空腔壁的結構也可以采用兩層結構，例如，從內向外依次是內金屬層和隔熱層。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和范圍。