一種具有新型光學(xué)窗口的太陽能吸熱器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種具有新型光學(xué)窗口的太陽能吸熱器，包括一固定壁，固定壁一端開口，開口處設(shè)置有光學(xué)窗口，固定壁和光學(xué)窗口之間的空間成形為吸熱腔，吸熱腔內(nèi)設(shè)置有多孔吸熱芯，固定壁的底端設(shè)置有空氣工質(zhì)入口，固定壁的頂端設(shè)有空氣工質(zhì)出口，所述的光學(xué)窗口包括一上、下均開口的圓臺(tái)狀外壁，圓臺(tái)狀外壁的上端一體延伸有半橢圓球狀頂部。本實(shí)用新型提出一種圓臺(tái)與半橢球組合結(jié)構(gòu)太陽能光學(xué)窗口。這種光學(xué)窗口對(duì)高壓工質(zhì)為凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，在高壓工質(zhì)擠壓作用下，僅承受壓力作用，不承受拉力，具有優(yōu)異的抗壓性能；同時(shí)該光學(xué)窗口對(duì)入射太陽光束又為凹腔結(jié)構(gòu)，被界面反射的太陽光束可以在凹腔內(nèi)多次入射，提高太陽光束的透過率，總的界面反射損失較小。
【專利說明】—種具有新型光學(xué)窗口的太陽能吸熱器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽能應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說，本實(shí)用新型涉及一種具有新型光學(xué)窗口的太陽能吸熱器。

【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)窗口是太陽能容積式吸熱器的重要組成部分，聚集的太陽光束穿過光學(xué)窗口，進(jìn)入多孔吸熱芯被吸收，加熱多孔吸熱芯達(dá)到高溫狀態(tài)；另一方面高壓工質(zhì)(如空氣)流過高溫多孔吸熱芯，被加熱升溫，高溫高壓工質(zhì)從多孔吸熱器出口流出，完成太陽能高溫?zé)徂D(zhuǎn)換過程。即光學(xué)窗口既要在太陽輻射下工作，又要承受高壓工質(zhì)的擠壓作用。
[0003]石英玻璃對(duì)太陽光的透過率高，可在高溫下工作(工作溫度高達(dá)1000°C )，是一種理想的太陽能光學(xué)窗口材料。但是由于界面反射特性，石英玻璃對(duì)入射太陽光束有較大的界面反射損失；另一方面石英玻璃是一脆硬材料，具有優(yōu)異的耐壓性能，但是抗拉性能#艮差。
[0004]在中華人民共和國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站上，查到與本實(shí)用新型相關(guān)的專利4項(xiàng)，具體信息如下:
[0005](I)名稱:含內(nèi)凹玻璃罩的球形腔式太陽能吸熱器
[0006]申請(qǐng)?zhí)?201110255144.8
[0007]發(fā)明人:龍新峰；毛青松
[0008]摘要:本發(fā)明公開了含內(nèi)凹玻璃罩的球形腔式太陽能吸熱器，主要用于在蝶式太陽能高溫?zé)崂孟到y(tǒng)中收集太陽光并將其轉(zhuǎn)化成熱能。吸熱器主要由換熱盤管、內(nèi)凹式玻璃罩、外殼、內(nèi)殼、真空層、反光式擋風(fēng)板、導(dǎo)熱流體組成。
[0009]與傳統(tǒng)的開口式和腔口帶玻璃窗的腔式吸熱器不同，本腔式吸熱器是采用內(nèi)凹玻璃罩的開口式球形吸熱器，既具有開口式腔式吸熱器捕獲光線的能力，又具有腔口帶玻璃窗的腔式吸熱器低熱損的特點(diǎn)。同時(shí)本腔式吸熱器具有反光式擋風(fēng)板，能增強(qiáng)對(duì)偏離光線的捕捉，減少內(nèi)壁熱輻射和外部自然風(fēng)引起的對(duì)流傳熱損失。本腔式吸熱器的內(nèi)外殼間含有真空層，能有效降低通過殼體損失的熱量。
[0010](2)名稱:一種基于光熱吸收錐構(gòu)型的高效太陽能吸熱器
[0011]申請(qǐng)?zhí)?201310041996.6
[0012]發(fā)明人:黃國平；洪樹立；夏晨；傅鑫；康劍雄
[0013]摘要:本發(fā)明涉及一種基于光熱吸收錐構(gòu)型的太陽能吸熱器，包括密封蓋、絕熱管套、氣流管道、吸熱體、玻璃罩和吸熱體緊固件，其特征是吸熱體為棱臺(tái)型結(jié)構(gòu)，各平面可分開制造；每一平面均為光熱吸收錐板，表面分布由多個(gè)尖銳棱錐，由高導(dǎo)熱多孔疏松材料制成；玻璃罩為圓臺(tái)形；所述的密封蓋、吸熱體、玻璃罩形成閉式容腔，空氣通過密封蓋的進(jìn)氣孔進(jìn)入容腔，再經(jīng)過多孔介質(zhì)光熱吸收錐板被加熱而帶走太陽能，最后沿著氣流管道由吸熱器出口端流出。優(yōu)點(diǎn):改善現(xiàn)有的吸熱器存在吸熱效率低、加工困難、內(nèi)部流動(dòng)損失大等問題。能夠單獨(dú)使用，也能通過接口互相組合使用；主要適用于太陽能熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，確保其能聞效運(yùn)行。
[0014](3)名稱:一種太陽能熱發(fā)電站用石英玻璃管束式空氣吸熱器
[0015]申請(qǐng)?zhí)?201110049773.5
[0016]發(fā)明人:白鳳武；王志峰；李鑫；徐超；王艷；常春
[0017]摘要:一種石英玻璃管束式空氣吸熱器，由石英玻璃管束(I)、固體吸熱顆粒(2)、冷空氣集箱(3)、熱空氣集箱(4)、冷空氣入口(5)和熱空氣出口(6)組成，石英玻璃管束
(I)由多根石英玻璃管組成，固體吸熱顆粒(2)位于石英玻璃管束(I)中的石英玻璃管內(nèi)部，在工作過程中保持流動(dòng)。冷空氣集箱(3)位于石英玻璃管束(I)的下部與石英玻璃管束(I)的下部密封連接，熱空氣集箱(4)位于石英玻璃管束(I)的上部與石英玻璃管束(I)的上部密封連接。冷空氣入口(5)位于冷空氣集箱(3)上，熱空氣出口(6)位于熱空氣集箱(4)上。本發(fā)明可獲得700°C-1300°C、常壓或者IMPa壓力以上的高溫空氣，同時(shí)利用自身的顯熱儲(chǔ)熱。
[0018](4)名稱:一種具有光學(xué)窗口的腔體式太陽能吸熱器
[0019]申請(qǐng)?zhí)?200910310370.4
[0020]發(fā)明人:帥永；夏新林；談和平；張曉晨；袁遠(yuǎn)；王富強(qiáng)
[0021]摘要:一種具有光學(xué)窗口的腔體式太陽能吸熱器，它涉及太陽能【技術(shù)領(lǐng)域】，它的目的是為了解決現(xiàn)有太陽能吸熱器吸收的太陽能輻射熱流分布不均勻，導(dǎo)致吸熱器局部溫度過高且容易發(fā)生燒穿的問題，它包括吸熱器和吸熱管，并且吸熱管按照吸熱器的內(nèi)腔體形狀盤在吸熱器的內(nèi)壁上，吸熱器的內(nèi)腔形狀為半球形，它還包括上凸式光學(xué)玻璃體和護(hù)板，所述吸熱器為空腔體，護(hù)板為環(huán)形，護(hù)板固定在吸熱器入口上，上凸式光學(xué)玻璃體設(shè)置在護(hù)板上，上凸式光學(xué)玻璃體面向吸熱器的入口面為凸面，背向吸熱器的入口面為平面。本發(fā)明可高效接收輻射熱和高效地向工作流體傳熱，減小吸熱管壁面局部高溫和熱應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生，本發(fā)明廣泛應(yīng)用于太陽能吸熱器領(lǐng)域。
[0022]目前的太陽能石英光學(xué)窗口設(shè)計(jì)以平面結(jié)構(gòu)或單一曲面為主，這種石英光學(xué)窗口結(jié)構(gòu)不僅界面反射損失大，而且抗壓性能差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提出一種新型的圓臺(tái)與半橢球組合結(jié)構(gòu)光學(xué)窗口。這種光學(xué)窗口不僅界面反射損失小，而且具有優(yōu)良的抗擠壓性能。
[0024]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是:一種具有新型光學(xué)窗口的太陽能吸熱器，包括一固定壁，固定壁一端開口，開口處設(shè)置有光學(xué)窗口，固定壁和光學(xué)窗口之間的空間成形為吸熱腔，吸熱腔內(nèi)設(shè)置有多孔吸熱芯，固定壁的底端設(shè)置有空氣工質(zhì)入口，固定壁的頂端設(shè)有空氣工質(zhì)出口，所述的光學(xué)窗口包括一上、下均開口的圓臺(tái)狀外壁，圓臺(tái)狀外壁的上端一體延伸有半橢圓球狀頂部。
[0025]所述的圓臺(tái)狀外壁傾斜角β =10°?20°。
[0026]所述的圓臺(tái)狀外壁的高度L = 0.8D?1.5D，其中D為圓臺(tái)狀外壁的底部開口直徑。
[0027]所述的半橢圓球狀頂部的長(zhǎng)半軸直徑等于圓臺(tái)狀外壁頂部的半徑，其值為
0.?-L*tani3，其中β為圓臺(tái)狀外壁傾斜角，L為圓臺(tái)狀外壁的高度，D為圓臺(tái)狀外壁的底部開口直徑；所述的半橢圓球狀頂部的短半軸直徑為長(zhǎng)半軸直徑的0.4?0.6倍。
[0028]所述的固定壁為碗狀，固定壁的外圍設(shè)有與固定壁形狀相同的保溫層，保溫層與固定壁的外表面之間成形有預(yù)熱通道，保溫層的頂端設(shè)有一空氣工質(zhì)入口，以及一與固定壁的空氣工質(zhì)出口同軸的出氣孔。
[0029]所述的保溫層底部開口向內(nèi)延伸有卡槽，所述的光學(xué)窗口底端向外延伸有裙邊，裙邊鑲嵌入卡槽內(nèi)。
[0030]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0031]本實(shí)用新型提出一種圓臺(tái)與半橢球組合結(jié)構(gòu)太陽能光學(xué)窗口。這種光學(xué)窗口對(duì)高壓工質(zhì)為凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，在高壓工質(zhì)擠壓作用下，僅承受壓力作用，不承受拉力，具有優(yōu)異的抗壓性能；同時(shí)該光學(xué)窗口對(duì)入射太陽光束又為凹腔結(jié)構(gòu)，被界面反射的太陽光束可以在凹腔內(nèi)多次入射，提高太陽光束的透過率，總的界面反射損失較小。
[0032]因此，圓臺(tái)與半橢球組合結(jié)構(gòu)太陽能光學(xué)窗口不僅對(duì)高壓工質(zhì)具有優(yōu)異的抗壓性能，而且對(duì)太陽光束界面反射損失小，具有良好的透過率。
[0033]術(shù)語解釋:
[0034]界面反射損失:指半透明材料(如石英玻璃、半透明塑料等)對(duì)入射的太陽光由于反射而產(chǎn)生的能量損失。以平板石英玻璃為例，對(duì)垂直入射太陽光反射損失約8%。
[0035]太陽能容積式吸熱器:指一種由光學(xué)窗口和多孔介質(zhì)材料組成的吸熱器，由于太陽光束能穿過光學(xué)窗口在多孔介質(zhì)內(nèi)部傳輸被吸收轉(zhuǎn)換成高溫?zé)嵩炊妹?br>
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本實(shí)用新型以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定，其中:
[0037]圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0039]圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實(shí)用新型的一種具有新型光學(xué)窗口的太陽能吸熱器，包括一固定壁I，固定壁I 一端開口，開口處設(shè)置有光學(xué)窗口 2,固定壁I和光學(xué)窗口 2之間的空間成形為吸熱腔，吸熱腔內(nèi)設(shè)置有多孔吸熱芯3，固定壁I的底端設(shè)置有空氣工質(zhì)入口 4，固定壁I的頂端設(shè)有空氣工質(zhì)出口 5，光學(xué)窗口 2包括一上、下均開口的圓臺(tái)狀外壁21，圓臺(tái)狀外壁的上端一體延伸有半橢圓球狀頂部22，圓臺(tái)狀外壁21的傾斜角β = 10°?20°，圓臺(tái)狀外壁21的高度L = 0.8D?1.5D，半橢圓球狀頂部22的長(zhǎng)半軸直徑等于圓臺(tái)狀外壁頂部的半徑，其值為0.?-L*tani3，其中β為圓臺(tái)狀外壁傾斜角，L為圓臺(tái)狀外壁的高度，D為圓臺(tái)狀外壁的底部開口直徑；所述的半橢圓球狀頂部的短半軸直徑為長(zhǎng)半軸直徑的0.4?0.6倍。
[0040]固定壁I為碗狀，固定壁I的外圍設(shè)有與固定壁I形狀相同的保溫層6，保溫層6與固定壁I的外表面之間成形有預(yù)熱通道7，保溫層6的頂端設(shè)有一空氣工質(zhì)入口 60，以及一與固定壁I的空氣工質(zhì)出口 5同軸的出氣孔61 ;保溫層6底部開口向內(nèi)延伸有卡槽，光學(xué)窗口 2的圓臺(tái)狀外壁21的底端向外延伸有裙邊23，裙邊23鑲嵌入保溫層6底部的卡槽內(nèi)。
[0041]圖1中箭頭方向?yàn)榭諝夤べ|(zhì)的流動(dòng)路線，空氣工質(zhì)自保溫層的空氣工質(zhì)入口 60進(jìn)入預(yù)熱通道7，經(jīng)過預(yù)熱后的空氣工質(zhì)流動(dòng)至固定壁I底部的空氣工質(zhì)入口 4進(jìn)入固定壁I與光學(xué)窗口 2的夾層腔體內(nèi)，然后注入多孔吸熱芯3，在冷卻多孔吸熱芯3孔筋的同時(shí)，吸熱升溫，最后從空氣工質(zhì)出口 5、出氣孔61流出，完成太陽能的光熱轉(zhuǎn)換過程。
[0042]目前，石英玻璃對(duì)太陽光的透過率高，是最理想的太陽能光學(xué)窗口材料。但是石英玻璃是一種脆硬材料，具有優(yōu)異的抗壓性能，但是對(duì)拉應(yīng)力很敏感，抗拉性能很差。為完成做功，工質(zhì)的壓力都比較高(0.5?1MPa)，因此光學(xué)窗口的抗高壓工質(zhì)的擠壓性能就十分重要，在設(shè)計(jì)光學(xué)窗口時(shí)，必須設(shè)計(jì)合理的幾何形狀，讓光學(xué)窗口在工作中僅承受高壓工質(zhì)的壓應(yīng)力，避免承受拉應(yīng)力。通過受力分析，該實(shí)用新型的圓臺(tái)與半橢球結(jié)構(gòu)光學(xué)窗口，在高壓工質(zhì)擠壓作用下，僅承受壓應(yīng)力，沒有拉應(yīng)力。
[0043]以上實(shí)例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種具有新型光學(xué)窗口的太陽能吸熱器，包括一固定壁，固定壁一端開口，開口處設(shè)置有光學(xué)窗口，固定壁和光學(xué)窗口之間的空間成形為吸熱腔，吸熱腔內(nèi)設(shè)置有多孔吸熱芯，固定壁的底端設(shè)置有空氣工質(zhì)入口，固定壁的頂端設(shè)有空氣工質(zhì)出口，其特征在于，所述的光學(xué)窗口包括一上、下均開口的圓臺(tái)狀外壁，圓臺(tái)狀外壁的上端一體延伸有半橢圓球狀頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有新型光學(xué)窗口的太陽能吸熱器，其特征在于，所述的圓臺(tái)狀外壁傾斜角β = 10°?20°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有新型光學(xué)窗口的太陽能吸熱器，其特征在于，所述的圓臺(tái)狀外壁的高度L = 0.8D?1.5D，其中D為圓臺(tái)狀外壁的底部開口直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有新型光學(xué)窗口的太陽能吸熱器，其特征在于，所述的半橢圓球狀頂部的長(zhǎng)半軸直徑等于圓臺(tái)狀外壁頂部的半徑，其值為0.5D-L.tani3，其中β為圓臺(tái)狀外壁傾斜角，L為圓臺(tái)狀外壁的高度，D為圓臺(tái)狀外壁的底部開口直徑；所述的半橢圓球狀頂部的短半軸直徑為長(zhǎng)半軸直徑的0.4?0.6倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有新型光學(xué)窗口的太陽能吸熱器，其特征在于，所述的固定壁為碗狀，固定壁的外圍設(shè)有與固定壁形狀相同的保溫層，保溫層與固定壁的外表面之間成形有預(yù)熱通道，保溫層的頂端設(shè)有一空氣工質(zhì)入口，以及一與固定壁的空氣工質(zhì)出口同軸的出氣孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有新型光學(xué)窗口的太陽能吸熱器，其特征在于，所述的保溫層底部開口向內(nèi)延伸有卡槽，所述的光學(xué)窗口底端向外延伸有裙邊，裙邊鑲嵌入卡槽內(nèi)。
【文檔編號(hào)】F24J2/04GK203928439SQ201420360238
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】戴貴龍, 杜曉瑞, 侯根富 申請(qǐng)人:福建工程學(xué)院