一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器及其工作方法
【專利摘要】本發明公開了一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器及其工作方法。吸熱器包括正六邊形凸面鏡、玻璃外殼、絕熱真空層、鋼質內殼、軟質傳熱層、螺旋換熱盤管、導熱流體、反光式擋風板、腔口凸面鏡；與傳統的吸熱器不同，本吸熱器呈8字外形，低溫加熱部分、高溫加熱部分有獨立進出料口，可分別用于中高溫太陽能熱利用系統內對不同溫度要求工質的加熱并實現不同溫度工質的輸送；利用正六邊形凸面鏡的聚焦作用可實現對工質的二次加熱；軟質傳熱層與螺旋換熱盤管間半嵌入式連接使得盤管受熱更均勻，避免出現熱斑；通過腔口凸面鏡的聚焦及封閉作用，可達到高效吸熱并減少對流熱損失的效果。
【專利說明】
-種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器及其工作方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種太陽能高溫吸熱器，特別設及一種應用于單碟或多碟太陽能高溫 熱利用系統中的半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器。
【背景技術】
[0002] 能源是人類社會賴W生存和發展的重要基礎資源，也是各國經濟安全的重要保 障。目前大多依賴煤炭、石油和天然氣等化石燃料。據統計，全球一次能源消費量在1971~ 2000年的平均年增長率為2.1%，在2001~2004年為3.9%，其中2003~2004年為4.5%，可 見一次能源的消耗增長率不斷提升。隨著一次能源的不斷消耗，地球上C〇2、S〇2及NOx的排放 量急劇增加，帶來極大的環境污染，開發并充分利用新能源已成為當今一個重要任務。
[0003] 腔式吸熱器是一種將太陽能轉化為熱能的裝置，它的作用在于將太陽福射能轉化 為熱能。運一環節在太陽能熱利用系統中占有重要地位，其效率高低會直接影響到整個太 陽能熱利用系統的高效性及經濟性。
[0004] 吸熱器分類多樣，按吸熱表面形狀不同，基本分為四種:球形腔式吸熱器、圓柱形 腔式吸熱器、平頂圓錐形腔式吸熱器及圓錐形腔式吸熱器。經模擬驗證，球形吸熱器的最大 直徑大于其他3種，對光線遮擋面積較大，使得進入球形腔式吸熱器的光線總數少于其他3 種外形的吸熱器，但運對系統的效率影響卻較小，可見較其他3種外形的腔式吸熱器，球形 吸熱器具有較好的光學性能和較小的反射光損失。
[0005] 腔式吸熱器的結構一般包括外殼、內殼、保溫層、導熱盤管及空腔。目前，太陽能吸 熱器的主要工作原理是利用聚光器將太陽福射傳遞至吸熱器內腔，導熱盤管接受相應的太 陽福射能，使得導熱管中介質吸熱升溫，從而實現從太陽福射能到熱能的轉變。保溫層一般 采用熱損失較低的材質W達到較好的保溫效果。內腔中的多種因素會影響到腔式吸熱器的 效率，如內部福射、內部對流等。現今，有關腔式吸熱器靜態特性、動態特性、能量分布及優 化等方面的理論及實驗研究均已全面開展。腔式吸熱器靜態特性是指吸熱器在穩定狀態下 熱損失、熱效率等性能特性。而腔式吸熱器熱損失有對流、福射、反射及傳導熱損失，其中傳 導熱損失相對很小往往可W忽略不計。吸熱器效率取決于吸熱器熱效率、鏡面反射效率及 熱損失效率，其受吸熱器的結構、光學特性、壁面溫度及外界風速等的影響。由熱力學定律 分析可知:溫度越高，吸熱器效率越高。但溫度越高吸熱器熱福射越大，相應的熱損失也越 大，出現光斑的概率就越大。
[0006] 現有腔式吸熱器各受熱面熱流密度分布極不均勻，同時太陽福照隨時間不斷變 化。另外，腔式吸熱器蒸發受熱面出口工質狀態也極不穩定，有時為過熱蒸汽，有時為汽-水 混合物，有時是未飽和水。同時不均勻的熱流分布還會引起吸熱管排回流及停滯，可能造成 下游無法正常工作甚至損壞。且現有的腔式吸熱器都只能加熱單一工質，對于下游需要不 同溫度工質的太陽能熱利用系統而言，運就意味著要安裝不同類型的腔式吸熱器，不僅使 得管道安裝復雜，經濟效益也會隨之下降。因此，設計一種熱流密度均勻、能實現不同溫度 要求工質加熱且光-熱轉化效率高的腔式吸熱器具有重要的意義。
【發明內容】
[0007]基于W上現有技術的不足之處，本發明的目的在于提出一種半嵌入式8字外形太 陽能腔式吸熱器及其工作方法。該腔式吸熱器能有效地提高熱流密度分布的均勻度，減少 熱斑的出現，實現不同溫度要求工質的加熱，同時降低熱損失，提高光-熱轉化效率。
[000引為了解決上述存在的技術問題，本發明通過下述技術方案來實現。
[0009] -種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器，包括光線收集部分、低溫加熱部分、高 溫加熱部分及二次加熱部分;二次加熱部分為均勻鑲嵌在玻璃外殼外表面的正六邊形凸面 鏡;玻璃外殼與鋼質內殼間間隔為絕熱真空層，兩者外形均為下端開口 8字形;鋼質內殼的 內側為帶凹槽的軟質傳熱層，高溫段螺旋換熱盤管、低溫段螺旋換熱盤管均W半嵌入的形 式與軟質傳熱層相連接；W腔體中部低溫出料口及高溫進料口所在平面為界限，W上至頂 部的高溫出料口為高溫加熱部分，W下至腔口為低溫加熱部分，腔口附近設置低溫進料口； 低溫加熱部分與光線收集部分的反光式擋風板在腔口處無縫連接。
[0010] 進一步優化的，所述吸熱器的光線收集部分包括腔口凸面鏡、反光式擋風板；圓臺 形反光式擋風板在腔口處分別與8字形玻璃外殼及鋼質內殼無縫連接，并封閉了玻璃外殼 與鋼質內殼間的間隙，形成絕熱真空層;紅外涂層面反光式擋風板靠絕熱真空層的一側為 紅外涂層面，反光式擋風板靠開腔一側為光滑外鏡面，能反射來自于聚光器的光線，并送至 內腔;腔口凸面鏡在腔口所在平面與反光式擋風板無縫連接，從而形成了 W8字外形的軟質 傳熱層為主體，反光式擋風板、腔口凸面鏡作為封口的封閉內腔，其中腔口凸面鏡與腔口的 直徑相等;利用腔口凸面鏡的聚焦及封閉作用，可達到高效吸熱并減少對流熱損失的效果； 光滑外鏡面能將部分即將逃逸的光線再次反射至內腔，減少熱量的損失。
[0011] 進一步優化的，所述吸熱器的低溫加熱部分為8字的下半部分，其半徑Ri為200~ 400mm;由真空抽氣孔、低溫進料口、低溫出料口、低溫段螺旋換熱盤管、低溫導熱流體、軟質 傳熱層、鋼質內殼、玻璃外殼、絕熱真空層、螺栓、氣孔、密封橡膠圈組成;其中腔口附近的真 空抽氣孔配有密封橡膠圈，用于連接抽真空機器;低溫段螺旋換熱盤管為單向盤管，盤管外 徑斬為20~25mm，內徑巧2為17~22mm，盤管之間間距1~2mm，且盤管內側含螺紋，外側打磨 成粗糖表面并涂有吸光材料，增強其吸光能力;盤管部分嵌入軟質傳熱層，W使得管內工質 受熱均勻，軟質傳熱層的厚度h2為15~20mm;低溫導熱流體為水或其他低溫工質;軟質傳熱 層上開槽，槽直徑與換熱盤管外徑斬相當，槽深hi為換熱盤管外半徑，即斬=2hi;槽間距與 換熱盤管間距相等，確保盤管能嵌入槽中；位于軟質傳熱層外側并與其緊密相接的鋼質內 殼厚度Cb約為5~8mm;玻璃外殼為高透光率的石英玻璃，透光率大于0.95，厚度di為2~3mm， 且外表面鑲有正六邊形凸面鏡，玻璃外殼與鋼質內殼間的間隔為絕熱真空層。
[0012] 進一步優化的，所述吸熱器的高溫加熱部分用于加熱高溫流體，為8字的上半部 分，其半徑R2為200~400mm;包括高溫進料口、高溫出料口、玻璃外殼、絕熱真空層、鋼質內 殼、軟質傳熱層、高溫段螺旋換熱盤管、高溫導熱流體、螺栓、氣孔、密封橡膠圈；其中高溫段 螺旋換熱盤管為單向盤管，盤管外徑化為20~25mm，內徑化為17~22mm，盤管之間間距1~ 2mm，且盤管內側含螺紋，外側打磨成粗糖表面并涂有吸光材料，增強其吸光能力;盤管部分 嵌入軟質傳熱層，使得工質受熱均勻，軟質傳熱層的厚度h2為15~20mm;高溫導熱流體為重 油或其他高溫工質;高溫加熱段中鋼質內殼、玻璃外殼及軟質傳熱層的相關參數、結構關系 均與低溫加熱段相同；低溫加熱部分和高溫加熱部分組成腔體的主要部分，兩者有獨立進 出料口，可用于中高溫太陽能熱利用系統內對不同溫度要求工質的加熱，實現不同溫度傳 熱流體的輸送。
[0013] 進一步優化的，所述吸熱器的二次加熱部分指玻璃外殼上鑲嵌的正六邊形凸面 鏡，太陽福射直接透過正六邊形凸面鏡、玻璃外殼、絕熱真空層，對鋼質內殼進行加熱，升溫 后的鋼質內殼W熱傳導的形式經軟質傳熱層分別向低溫螺旋換熱盤管及高溫螺旋換熱盤 管傳熱;低溫螺旋換熱盤管及高溫螺旋換熱盤管均W對流傳熱的形式使盤管內低溫工質及 高溫工質升溫，從而實現對導熱流體的二次加熱；正六邊形凸面鏡材料為高透光率的石英 玻璃，透光率大于0.95，厚度為0.8~1.5mm，W鑲嵌的形式均勻分布于玻璃外殼上。
[0014] 進一步優化的，所述光線收集部分的反光式擋風板為無底圓臺形；反光式擋風板 所對應的圓屯、角a為50~70°，板長h為250~300mm，板厚h3為20~30mm，其兩側分別為紅外 涂層面、光滑外鏡面;下端開口的8字形玻璃外殼位于外側，相同形狀的鋼質內殼位于內側， 反光式擋風板在開口處分別與兩者無縫連接，形成密封絕熱真空層，絕熱真空層寬度Cb為 20~40mm;多碟式聚光器的焦平面與腔口平面共面，張角0等于反光式擋風板對應圓屯、角a 的1/2,即a = 20;腔口凸面鏡采用的是高透光率的耐高溫石英玻璃，透光率大于0.95,直徑 化為200~300mm，凸面鏡表面光滑。
[0015] 進一步優化的，所述嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器的開槽內殼、玻璃外殼整體 為下端開口的8字形;未裝配時，腔體分為上中下=部分，相互獨立的=部分通過共8個螺栓 裝配而成，其中低溫段加熱部分的下螺栓及高溫段加熱部分上螺栓分別4個，所有螺栓分別 與相對應的螺孔及螺母配套，連接處分別安裝帶氣孔的密封橡膠圈；腔體開口所對應的圓 屯、角與反光式擋風板的圓屯、角a相等，腔口直徑為且化=Di+2h3,確保反光式擋風板能與 腔口凸面鏡無縫連接。
[0016] 所述的一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器的工作方法為:太能福射經多碟 式聚光器上的反光鏡反射，大部分太陽光透過高透光率的腔口凸面鏡進入到內腔;進入內 腔的太陽光經多次吸收、反射、折射后，最終被軟質傳熱層及外表有吸光涂層的高溫段螺旋 換熱盤管及低溫段螺旋換熱盤管吸收，使得螺旋換熱盤管升溫，從而實現由太能福射能到 熱能的轉化；W對流傳熱的形式，熱能分別從溫度較高的高溫段螺旋換熱盤管、低溫段螺旋 換熱盤管傳導至溫度較低的高溫工質及低溫工質，從而達到加熱導熱流體的目的；另一部 分太陽福射在未到達多碟式聚光器前就直接透過正六邊形凸面鏡、玻璃外殼及絕熱真空 層，對鋼質內殼進行加熱，升溫后的鋼質內殼W熱傳導的形式經軟質傳熱層分別向高溫段 螺旋換熱盤管及低溫段螺旋換熱盤管傳熱;升溫后的螺旋換熱盤管與盤管內工質間W對流 傳熱的形式傳熱，從而實現對流體的二次加熱，確保流體溫度滿足要求;其中低溫加熱段出 料口流體溫度ti可達到150°C~化(TC，高溫加熱段出料口流體溫度t2可達到400°C~500°C。
[0017] 本發明與現有的技術比較，具有的優點和效果如下：
[0018] (1)低對流熱損失。通過腔口凸面鏡（16)的聚焦及封閉作用，可達到高效吸熱并減 少對流熱損失的效果；
[0019] (2)低傳導熱損失。絕熱真空層(2)可減少傳導熱損失；
[0020] (3)熱流密度均勻。軟質傳熱層(25)與高溫螺旋換熱盤管(4)、低溫螺旋換熱盤管 (23)間半嵌入式連接使得盤管受熱更均勻，避免出現熱斑；
[0021] (4)實現不同溫度要求工質的加熱與輸送。高低溫加熱部分分別有獨立進出料口， 實現不同溫度工質輸送，低溫加熱部分可向中高溫太陽能熱利用系統中輸送低溫導熱流體 水或其他低溫工質，高溫加熱部分可向中高溫太陽能熱利用系統中輸送高溫導熱流體重油 或其他高溫工質。
[0022] (5)能實現二次加熱。利用外殼上鑲嵌的正六邊形凸面鏡(9)的聚光作用及高透光 率，太陽福射直接透過正六邊形凸面鏡(9)、玻璃外殼（1)及絕熱真空層(2)，對鋼質內殼(3) 進行加熱，鋼質內殼(3)的熱能經軟質傳熱層(25)傳導至螺旋換熱盤管，升溫后的螺旋換熱 盤管W對流傳熱的方式將熱能傳導至流體，實現對流體的二次加熱。
【附圖說明】
[0023] 圖1是一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器剖面示意圖。
[0024] 圖2是一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器仰視圖。
[0025] 圖3是一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器7所示局部放大圖。
[00%]圖4是反光式擋風板示意圖。
[0027] 圖5是碟式太陽能發電系統原理圖。
[0028] 圖6是太陽能聚光器一腔式吸熱器系統示意圖。
[0029] 附圖中：1-玻璃外殼;2-絕熱真空層;3-開槽內殼;4-高溫段螺旋換熱盤管;5-高溫 導熱流體;6-螺栓;7-細節放大圖；8-真空抽氣孔;9-正六邊形凸面鏡；10-高溫出料口； 11-氣孔；12-密封橡膠圈；13-高溫進料口； 14-低溫出料口； 15-低溫進料口； 16-腔口凸面鏡； 17-紅外涂層面；18-光滑外鏡面；19-反光式擋風板;20-密封橡膠圈；21-氣孔;22-螺栓;23-低溫段螺旋換熱盤管;24-低溫導熱流體;25-軟質傳熱層。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖，對本發明的結構系統和具體工作過程作詳細描述，但本發明的實 施和保護不限于此。
[0031] 如圖1，一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器，包括光線收集部分、低溫加熱部 分、高溫加熱部分及二次加熱部分;二次加熱部分為均勻鑲嵌在玻璃外殼1外表面的正六邊 形凸面鏡9;玻璃外殼1與鋼質內殼3之間的間隔為絕熱真空層2,兩者外形均為下端開口 8字 形;鋼質內殼3的內側為帶凹槽的軟質傳熱層25,高溫段螺旋換熱盤管4、低溫段螺旋換熱盤 管23均W半嵌入的形式與軟質傳熱層25相連接；W腔體中部低溫出料口 14及高溫進料口 13 所在平面為界限，W上至頂部的高溫出料口 10為高溫加熱部分，W下至腔口為低溫加熱部 分，腔口附近設置低溫進料口 15;低溫加熱部分與光線收集部分的反光式擋風板19在腔口 處無縫連接。光線收集部分包括腔口凸面鏡16、反光式擋風板19;圓臺形反光式擋風板19在 腔口處分別與8字形玻璃外殼1及鋼質內殼3無縫連接，并封閉了玻璃外殼1與鋼質內殼3間 的間隙，形成絕熱真空層2;反光式擋風板19靠絕熱真空層2的一側涂紅外涂層面17,而靠開 腔一側為光滑外鏡面18,能反射來自于聚光器的光線，并送至內腔;腔口凸面鏡16在腔口所 在平面與反光式擋風板19無縫連接，從而形成了 W8字外形的軟質傳熱層25為主體，反光式 擋風板19、腔口凸面鏡16作為封口的封閉內腔，其中腔口凸面鏡16與腔口的直徑相等;利用 腔口凸面鏡16的聚焦及封閉作用；光滑外鏡面18能將部分即將逃逸的光線再次反射至內 腔。低溫加熱部分為8字的下半部分，其半徑Ri為200~400mm;由真空抽氣孔8、低溫進料口 15、低溫出料口 14、低溫段螺旋換熱盤管23、低溫導熱流體24、軟質傳熱層25、鋼質內殼3、玻 璃外殼1、絕熱真空層2、螺栓22、氣孔21、密封橡膠圈20組成;其中腔口附近的真空抽氣孔8 配有密封橡膠圈，用于連接抽真空機器;低溫段螺旋換熱盤管23為單向盤管，盤管外徑斬為 20~25mm，內徑化為17~22mm，盤管之間間距1~2mm，且盤管內側含螺紋，外側打磨成粗糖 表面并涂有吸光材料;盤管部分嵌入軟質傳熱層25, W使得管內工質受熱均勻，軟質傳熱層 25的厚度h2為15~20mm;低溫導熱流體24為水或其他低溫工質；軟質傳熱層25上開槽，槽直 徑與換熱盤管外徑斬相當，槽深hi為換熱盤管外半徑，即斬=21ii;椎間距與換熱盤管間距相 等，確保盤管能嵌入槽中；位于軟質傳熱層25外側并與其緊密相接的鋼質內殼3厚度Cb為5 ~8mm;玻璃外殼1為高透光率的石英玻璃，透光率大于0.95,厚度di為2~3mm，且外表面鑲 有正六邊形凸面鏡9,玻璃外殼1與鋼質內殼3間的間隔為絕熱真空層2。
[0032] 實施方案1:腔式吸熱器可用于碟式太陽能發電系統中將光能轉化為熱能，其系統 組成如圖5所示。碟式太陽能熱發電系統的核屯、裝置包括=部分：多碟式聚光器、自動跟蹤 系統、半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器，除此之外還包括儲能裝置、熱電轉換裝置、電壓 變換裝置。聚光器是進行太陽光的捕獲與轉換裝置，采用美國Sunlab生產的超薄銀玻璃反 光鏡，其為點聚焦式旋轉拋物面，其聚光比高達數2000,能最大限度地反射太陽光，提高鏡 面反射率。所選用聚光器直徑為5m，焦距為2m，焦面落在腔口圓面上，鏡面反射率為94%。自 動跟蹤系統采用雙軸式跟蹤系統，調整地平坐標系統中的高低角及方位角聚集太陽福射 能。實施方案中所采用的吸熱器為半嵌入式8字外形腔式吸熱器(見圖1、2)，該吸熱器位于 聚光器上方2m處;吸熱器腔口所在圓的圓屯、即為聚光碟的焦點。太陽福射值為lOOOW/m 2。儲 能裝置是用于儲備熱能W供夜晚或其他無日照時使用，其中采用的是巧基高溫儲能系統。 熱電轉換裝置采用間接熱電轉化裝置一一Rankine切Cle蒸汽發電系統，在半嵌入式8字外 形腔式太陽能吸熱器中加熱至450°C的重油到達Rankine Cycle蒸汽發電系統，加熱 Rankine切Cle蒸汽發電系統中的水使其產生高溫高壓蒸汽;然后推動蒸汽輪機高速旋轉， 從而帶動汽輪發電機發電，實現熱一電的轉化。產生的電能經電壓變換裝置轉接至供電網。 當長時間無光照時需通過其他途徑補充能源來發電。
[0033] 實施方案2.年發電IMW的太陽能發電系統中光熱轉換裝置及流程：
[0034] 本發明半嵌入式8字外形的腔式太陽能吸熱器(見圖1、2)，包括光線收集部分、低 溫加熱部分、高溫加熱部分、二次加熱部分;二次加熱部分為均勻鑲嵌在玻璃外殼1外表面 的正六邊形凸面鏡9;玻璃外殼1與鋼質內殼3間間隔為絕熱真空層2,兩者外形均為下端開 口 8字形;鋼質內殼3的內側為帶凹槽的軟質傳熱層25,高溫段螺旋換熱盤管4、低溫段螺旋 換熱盤管23均W半嵌入的形式與軟質傳熱層25相連接；W腔體中部低溫出料口 14及高溫進 料口 13所在平面為界限，W上至頂部的高溫出料口 10為高溫加熱部分，W下至腔口為低溫 加熱部分，腔口附近設置低溫進料口 15;低溫加熱部分與光線收集部分的反光式擋風板19 在腔口處無縫連接。
[0035] 腔體分為上中下=部分，相互獨立的=部分通過共8個螺栓裝配而成，其中低溫段 加熱部分的下螺栓22及高溫段加熱部分上螺栓6分別4個，所有螺栓分別與相對應的螺孔及 螺母配套，連接處分別安裝帶氣孔的密封橡膠圈；投入使用前需將腔口附件的真空抽氣孔8 與抽真空裝置連接，抽去內外殼間空氣，使得絕熱真空層2接近于真空。
[0036] W發電量為IMW的發電系統為例，太陽能的利用效率為50 %，當太陽福射能為IkW/ m2,所需聚光碟受熱面積為2000m2。采用多碟式聚光器，其有效受光照面積為聚光器總面積 的50%，當聚光器直徑為5m時，相應有效受光面積為IOm 2 JMW的發電系統所需本發明所述 的8字外形腔式太陽能吸熱器200個。聚光器反光鏡面材質與實施方案1相同。制作符合系統 要求的半嵌入式8字外形腔式吸熱器(見圖1、2)，其腔口直徑應為化為250mm，開腔所對應的 圓屯、角a為60°，腔口凸面鏡16直徑化為210mm;要求所制作吸熱器高溫加熱部分R2與低溫加 熱部分化相等，即均為250mm，低溫段螺旋換熱盤管(23)及高溫段螺旋換熱盤管(4)(見圖3) 的外徑化均為20mm，內徑化為17mm，螺旋間距為1.5mm;盤管內側含螺紋，外側打磨，材質為 紫銅。反光式擋風板(見圖4)的長h為200mm，厚度h3為20mm。軟質傳熱層25厚度h2為15mm，槽 深hi為10mm，槽間距為1.5mm。鋼質內殼3的寬度Cb為5mm;絕熱真空層2的寬度Cb為20mm;玻璃 外殼1的厚度山為3mm;正六邊形凸面鏡厚度為1.0mm。
[0037] 光-熱轉換流程:參見圖6,多碟式聚光器鏡面反射率高達94%，腔口凸面鏡材質為 透光率為95%的石英玻璃。當太陽光垂直照射到聚光器602中，大部分光線能透過該8字外 形腔式太陽能吸熱器601的腔口凸面鏡16,盤管外壁及軟質傳熱層25接收太陽福射，同時將 太陽福射能轉化為熱能，自身溫度升高。低溫導熱流體24水從低溫進料口 15進入到低溫段 螺旋換熱盤管23,沿著盤管流動的同時接受來自于低溫段螺旋換熱盤管23及軟質傳熱層25 的熱能，W對流傳熱的方式升溫至20(TC，由于盤管部分嵌入至軟質傳熱層25,降低了因熱 福射不均勻而引起熱斑的可能性;經加熱后的水從低溫出料口 14離開光-熱轉換裝置進入 到熱化學儲能裝置中。同時高溫導熱流體5重油從高溫進料口 13進入到高溫段螺旋換熱盤 管4,沿著盤管，W對流傳熱的方式升溫至40(TC，最終從高溫出料口 10進入到熱化學儲能裝 置。
[0038] 太陽福射直接透過正六邊形凸面鏡9、玻璃外殼1及絕熱真空層2,對鋼質內殼3進 行加熱;鋼質內殼3的熱能經軟質傳熱層25分別傳至高溫螺旋換熱盤管4、低溫螺旋換熱盤 管23,升溫后的螺旋換熱盤管W對流傳熱的方式將熱能分別傳至高溫工質5、低溫工質流體 24，并最終使流體升溫，實現對流體的二次加熱。
[0039] 實施效果分析
[0040] 本系統的實施可替代動力煤的應用，每年可節約煤用量1000~2000噸，按每噸煤 500元計，年節約運行成本50~100萬元。與燃煤火力發電相比，本太陽能熱發電系統每發電 1000 KWh，可向大氣約減少排放1000 kg 0)2、8kgS〇2、化g NOx、50kg粉塵，對環境造成的影響 要遠小于燃煤火力發電。經濟效益與社會效益均相當可觀。
[0041 ]方案2相關部件具體參數見表1。
[0042]表 1
[0043]
[0044] 本發明案例僅為說明本發明生產流程而列舉的案例，不對本發明具體實施方法產 生限制，運里無法對本發明適合的案例情況進行詳盡列舉。凡在本發明的精神及原則上所 作的修改、等同替換等都屬于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器，其特征在于所述的腔式吸熱器包括光線 收集部分、低溫加熱部分、尚溫加熱部分及二次加熱部分;二次加熱部分為均勾鑲嵌在玻璃 外殼（1)外表面的正六邊形凸面鏡(9);玻璃外殼（1)與鋼質內殼(3)之間的間隔為絕熱真空 層(2)，兩者外形均為下端開口 8字形;鋼質內殼(3)的內側為帶凹槽的軟質傳熱層(25)，高 溫段螺旋換熱盤管(4)、低溫段螺旋換熱盤管(23)均以半嵌入的形式與軟質傳熱層(25)相 連接；以腔體中部低溫出料口（14)及高溫進料口（13)所在平面為界限，以上至頂部的高溫 出料口（10)為高溫加熱部分，以下至腔口為低溫加熱部分，腔口附近設置低溫進料口（15); 低溫加熱部分與光線收集部分的反光式擋風板(19)在腔口處無縫連接。2. 根據權利要求1所述的一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器，其特征在于光線收 集部分包括腔口凸面鏡（16)、反光式擋風板（19);圓臺形反光式擋風板（19)在腔口處分別 與8字形玻璃外殼（1)及鋼質內殼(3)無縫連接，并封閉了玻璃外殼（1)與鋼質內殼(3)間的 間隙，形成絕熱真空層(2);反光式擋風板(19)靠絕熱真空層(2)的一側涂紅外涂層面（17)， 而靠開腔一側為光滑外鏡面（18)，能反射來自于聚光器的光線，并送至內腔;腔口凸面鏡 (16)在腔口所在平面與反光式擋風板（19)無縫連接，從而形成了以8字外形的軟質傳熱層 (25)為主體，反光式擋風板（19)、腔口凸面鏡（16)作為封口的封閉內腔，其中腔口凸面鏡 (16)與腔口的直徑相等;利用腔口凸面鏡（16)的聚焦及封閉作用;光滑外鏡面（18)能將部 分即將逃逸的光線再次反射至內腔。3. 根據權利要求1所述的一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器，其特征在于低溫加 熱部分為8字的下半部分，其半徑心為200~400mm;由真空抽氣孔(8)、低溫進料口（15)、低溫 出料口（14)、低溫段螺旋換熱盤管（23)、低溫導熱流體（24)、軟質傳熱層（25)、鋼質內殼 (3)、玻璃外殼(1)、絕熱真空層(2)、螺栓(22)、氣孔(21)、密封橡膠圈（20)組成;其中腔口附 近的真空抽氣孔(8)配有密封橡膠圈，用于連接抽真空機器;低溫段螺旋換熱盤管(23)為單 向盤管，盤管外徑Φ 1為20~25mm，內徑Φ 2為17~22mm，盤管之間間距1~2mm，且盤管內側含螺 紋，外側打磨成粗糙表面并涂有吸光材料;盤管部分嵌入軟質傳熱層(25)，以使得管內工質 受熱均勻，軟質傳熱層(25)的厚度匕為15~20mm;低溫導熱流體(24)為水或其他低溫工質； 軟質傳熱層(25)上開槽，槽直徑與換熱盤管外徑Φ i相當，槽深hi為換熱盤管外半徑，即Φ 1= 2h1;槽間距與換熱盤管間距相等，確保盤管能嵌入槽中；位于軟質傳熱層(25)外側并與其 緊密相接的鋼質內殼(3)厚度d 3為5~8mm;玻璃外殼（1)為高透光率的石英玻璃，透光率大于 〇 .95,厚度di為2~3mm，且外表面鑲有正六邊形凸面鏡(9)，玻璃外殼（1)與鋼質內殼(3)間的 間隔為絕熱真空層(2)。4. 根據權利要求1所述的一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器，其特征在于高溫加 熱部分用于加熱高溫工質，為8字的上半部分，其半徑R 2為200~400mm;包括高溫進料口 (13)、高溫出料口（10)、玻璃外殼（1)、絕熱真空層(2)、鋼質內殼(3)、軟質傳熱層(25)、高溫 段螺旋換熱盤管(4)、高溫導熱流體(5)、螺栓(6)、氣孔（11)、密封橡膠圈（12);其中高溫段 螺旋換熱盤管(4)為單向盤管，盤管外徑Φ 1為20~25mm，內徑Φ 2為17~22mm，盤管之間間距1~ 2mm，且盤管內側含螺紋，外側打磨成粗糙表面并涂有吸光材料，增強其吸光能力;盤管部分 嵌入軟質傳熱層(25)，使得工質受熱均勻，軟質傳熱層(25)的厚度匕為15~20mm;高溫導熱 流體(5)為重油或其他高溫工質；高溫加熱段中鋼質內殼（3)、玻璃外殼（1)及軟質傳熱層 (25)的相關參數、結構關系均與低溫加熱段相同；低溫加熱部分和高溫加熱部分組成腔體 的主要部分，兩者有獨立進出料口，可用于中高溫太陽能熱利用系統內對不同溫度要求工 質的加熱，實現不同溫度傳熱流體的輸送。5. 根據權利要求1所述的一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器，其特征在于太陽輻 射直接透過正六邊形凸面鏡(9)、玻璃外殼（1)、絕熱真空層(2)，對鋼質內殼(3)進行加熱， 升溫后的鋼質內殼(3)以熱傳導的形式經軟質傳熱層(25)分別向低溫螺旋換熱盤管(23)及 高溫螺旋換熱盤管(4)傳熱;低溫螺旋換熱盤管(23)及高溫螺旋換熱盤管(4)均以對流傳熱 的形式使盤管內低溫工質（24)及高溫工質（5)升溫，從而實現對導熱流體的二次加熱;正六 邊形凸面鏡(9)材料為高透光率的石英玻璃，透光率大于0.95,厚度為0.8~1.5_，以鑲嵌的 形式均勾分布于玻璃外殼(1)上。6. 根據權利要求1所述的一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器，其特征在于光線收 集部分的反光式擋風板（19)為無底圓臺形;反光式擋風板（19)所對應的圓心角α為50~70°， 板長li為250~300mm，板厚h 3為20~30mm，其兩側分別為紅外涂層面(17)、光滑外鏡面（18);下 端開口的8字形玻璃外殼（1)位于外側，相同形狀的鋼質內殼（3)位于內側，反光式擋風板 (19)在開口處分別與兩者無縫連接，形成密封絕熱真空層(2)，絕熱真空層(2)寬度山為20~ 40mm;多碟式聚光器的焦平面與腔口平面共面，張角β等于反光式擋風板（19)對應圓心角α 的1/2，即α=2β;腔口凸面鏡（16)采用的是高透光率的耐高溫石英玻璃，透光率大于0.95，直 徑DiSSOCKBOOmm，凸面鏡表面光滑。7. 根據權利要求1所述的一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器，其特征在于所述玻 璃外殼(1)、開槽內殼(3)均為下端開口的8字形;未裝配時，腔體分為上中下三部分，相互獨 立的三部分通過共8個螺栓裝配而成，其中低溫段加熱部分的下螺栓(22)及高溫段加熱部 分上螺栓(6)分別4個，所有螺栓分別與相對應的螺孔及螺母配套，連接處分別安裝帶氣孔 的密封橡膠圈;腔體開口所對應的圓心角與反光式擋風板(19)的圓心角α相等，腔口直徑為 D2,且DfDMhs，確保反光式擋風板（19)能與腔口凸面鏡（16)無縫連接。8. 權利要求1~7任一項所述的一種半嵌入式8字外形腔式太陽能吸熱器的工作方法，其 特征在于太能輻射經多碟式聚光器上的反光鏡反射，大部分太陽光透過高透光率的腔口凸 面鏡（16)進入到內腔；進入內腔的太陽光經多次吸收、反射、折射后，最終被軟質傳熱層 (25)及外表有吸光涂層的高溫段螺旋換熱盤管(4)及低溫段螺旋換熱盤管(23)吸收，使得 螺旋換熱盤管升溫，從而實現由太能輻射能到熱能的轉化；以對流傳熱的形式，熱能分別從 溫度較高的高溫段螺旋換熱盤管(4)、低溫段螺旋換熱盤管(23)傳導至溫度較低的高溫工 質(5)及低溫工質(24)，從而達到加熱導熱流體的目的；另一部分太陽輻射在未到達多碟式 聚光器前就直接透過正六邊形凸面鏡(9)、玻璃外殼（1)及絕熱真空層（2)，對鋼質內殼（3) 進行加熱，升溫后的鋼質內殼(3)以熱傳導的形式經軟質傳熱層(25)分別向高溫段螺旋換 熱盤管(4)及低溫段螺旋換熱盤管(23)傳熱;升溫后的螺旋換熱盤管與盤管內工質間以對 流傳熱的形式傳熱，從而實現對流體的二次加熱，確保流體溫度滿足要求;其中低溫加熱段 出料口（14)流體溫度以可達到150°0250°C，高溫加熱段出料口（10)流體溫度^可達到400 。0500。。 。
【文檔編號】F24J2/38GK105841363SQ201610287339
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月30日
【發明人】龍新峰, 廖珊珊, 唐永銓, 賴永鑫, 張麗樺
【申請人】華南理工大學