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申请/专利权人：昆明理工大学

摘要：本发明公开了基于复合抛物面聚光器的高温吸热装置，包括吸热结构、塔架和定日镜场；所述吸热结构包括复合抛物面聚光器、高温吸热管、玻璃罩和弯管；若干个复合抛物面聚光器焊接成环状，每一个复合抛物面聚光器上设有一根高温吸热管，高温吸热管通过弯管串联连接，高温吸热管上设有玻璃罩；吸热结构固定在塔架上，塔架周围设有定日镜场。本发明能够显著降低高温吸热管的热损失，提高高温吸热管的热流密度，从而提高塔式太阳能热发电的热效率，扩展了太阳能的高温应用范围。

主权项：1.基于复合抛物面聚光器的高温吸热装置，包括吸热结构、塔架（1）和定日镜场（2）；所述吸热结构包括复合抛物面聚光器（3）、高温吸热管（4）、玻璃罩（5）和弯管（6）；复合抛物面聚光器（3）的复合抛物面反射槽去除抛物线部分，仅保留渐开线；若干个复合抛物面聚光器（3）焊接成环状，每一个复合抛物面聚光器（3）上设有一根高温吸热管（4），高温吸热管（4）设在复合抛物面聚光器（3）的聚光中心处，高温吸热管（4）外镀有选择性吸收涂层，高温吸热管（4）通过弯管（6）串联连接；高温吸热管（4）上设有玻璃罩（5），玻璃罩（5）与高温吸热管（4）之间为真空；即所述吸热结构从里到外依次为复合抛物面聚光器环-高温吸热管环-玻璃罩环；弯管（6）设有两个进口和两个出口，两个进口位于吸热结构的同一侧，两个出口位于吸热结构的另一侧；吸热结构固定在塔架（1）上，塔架（1）周围设有由若干定日镜组成的定日镜场（2）。

全文数据：基于复合抛物面聚光器的高温吸热装置技术领域[0001]本发明涉及基于复合抛物面聚光器的高温吸热装置，属于太阳能热发电领域。背景技术[0002]塔式太阳能发电站大多采用大量的定日镜反射太阳辐射能到吸热器中加热传热工质，多面定日镜将太阳辐射反射到同一个吸热器的表面上，使吸热器上产生的光斑面积较大，光斑叠加后容易在吸热器局部区域出现能流密度分布不均衡的现象，从而影响吸热器的安全运行，并且对于外露管状接收器暴露在空气中采光面接收的辐射能主要被吸热管向光一侧的表面选择性涂层进行光热转化，导致向光侧与背光侧的温差大约为40°C，当管内流速过低时吸热管内部的传热介质易产生横向流动，长此以往，损坏管材，并且吸热管采光面暴露在空气中造成严重的热损失。[0003]另外，现有的吸热器由于吸热管铺设在圆弧或者近似为平面的支撑结构上，部分入射光线经支撑结构反射回空气中（如图I-A和图I-B所示），因此，不能充分接收所有的光线，则受光面的热流密度降低;且现有的传热管布置方式中管间距过小或者布置过密的，会造成内周的管壁接收不到阳光，与外壁形成较大的温差，传热管强度不均匀可能会引发损坏。发明内容[0004]针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于复合抛物面聚光器的高温吸热器，一方面能够提高高温吸热管的热流密度，另一方面能够显著降低高温吸热管的热损失，从而提高太阳能热发电的热效率，扩展了太阳能的高温应用范围。[0005]本发明目的通过以下技术方案实现：基于复合抛物面聚光器的高温吸热装置，包括吸热结构、塔架1和定日镜场2;所述吸热结构包括复合抛物面聚光器3、高温吸热管4、玻璃罩5和弯管6;复合抛物面聚光器3的复合抛物面反射槽去除抛物线部分，仅保留渐开线;若干个复合抛物面聚光器3焊接成环状，每一个复合抛物面聚光器3上设有一根高温吸热管4，高温吸热管4设在复合抛物面聚光器3的聚光中心处，高温吸热管4外镀有选择性吸收涂层，高温吸热管4通过弯管6串联连接，弯管6设有一个以上的进口和一个以上的出口，进口和出口、以及不同的进口、不同的出口可以在吸热结构的同一侧，也可以在不同侧;高温吸热管4上设有玻璃罩5,玻璃罩5与高温吸热管4之间为真空；即所述吸热结构从里到外依次为复合抛物面聚光器环-高温吸热管环-玻璃罩环；吸热结构固定在塔架1上，塔架1周围设有由若干定日镜组成的定日镜场2,定日镜场2的设置区域为塔架1周围圆心角为360°的地面，定日镜场2的面积根据实际需要进行调整。[0006]所述复合抛物面聚光器3也可以不连接成环状，而是根据实际需要，连接成平板状或其它任意形状，实现传热介质的串联亦或并联流动。[0007]优选地，复合抛物面聚光器3的复合抛物面反射槽聚光比为1〜3。[0008]优选地，复合抛物面聚光器3的复合抛物面反射槽背面不受光面设有保温层。[0009]优选地，复合抛物面聚光器3的底板为玻璃钢或不锈钢，反射材料为铝箱或镀铬材料。[0010]优选地，复合抛物面聚光器3上焊接有夹套，高温吸热管4通过夹套固定在复合抛物面聚光器3上。[0011]优选地，高温吸热管4可以是直管，也可以是椭圆螺旋管。[0012]高温吸热管4中的流动传热介质可以为水、液态金属、熔融盐等具有较高熔化潜热、较高比热容的高温传热介质例如显热热储能介质，这类储热介质化学性质稳定，如乙醇、丙醇、硝酸盐、液态金属铝钠等;@潜热热储能介质，如盐类氯化钠、氯化钾、氟化钠、氟化钾等及一些有机混合物等），优选地，高温吸热管4中的流动传热介质为由质量百分比为40%的NaNO3和质量百分比为60%的KNO3组成的熔融盐。[0013]优选地，弯管6设有两个进口和两个出口。[0014]优选地，玻璃罩5与高温吸热管4的距离为6-10mm。[0015]优选地，玻璃罩5为嵌入式，可以直接镶嵌在高温吸热管4上。[0016]优选地，玻璃罩5可以为一个整体，或由多块分离玻璃罩组成。[0017]优选地，定日镜为抛物面反光镜或者圆弧面反光镜。[0018]原理:提高太阳能集热器效率的途径有:在最大限度采集太阳辐射的同时，尽可能的减小对流、辐射、导热损失。为此提出了复合抛物面聚光式塔式高温吸热器，复合抛物面聚光器耦合后的集热系统中，能够反射逃逸的太阳光线，回到吸热管的背光测，然后被选择性吸收涂层进行光热转化，减小了吸热管内的环流效应，提高系统的集热特性。[0019]复合抛物面聚光器CPC是一种根据边缘光线原理设计的非成像低聚焦度的器件，它能够将指定接收角范围内的所有光线收集汇聚到特定尺寸的接收器上，其截面形状包括抛物线和渐开线两个部分，本发明只保留渐开线部分，由圆的渐开线的性质可知，从圆外任何方向射向圆的渐开线上的光线经反射后都投射到该圆上，故提高了聚光器的光学效率。[0020]本发明中，位于复合抛物面聚光器上的吸热管用于接收太阳辐射能，反射光线进入到高温吸热管间的缝隙就可以被复合抛物面聚光器通过反射线反射至吸热管的底部，充分的吸收了光能，提高了每根高温吸热管内介质的热流密度;最外部的玻璃罩能够阻止红外反射损失。太阳辐射几乎集中在0.3〜3μπι的波长范围内，普通玻璃对λ3μπι的热辐射的穿透比甚小，因此，大部分太阳辐射能穿过玻璃罩进入由吸热管组成的吸热面，而吸热面发出的长波辐射却能被玻璃罩阻挡在吸热器内部，从而产生温室效应，在玻璃罩与吸热管之间抽真空可以有效抑制对流散热;并且CPC+真空玻璃罩的结构形式可以确保定日镜反射过来的光几乎全部被吸热器管吸收，减小背光侧与受光侧的温度差，提高每一根高温吸热管的热流密度。[0021]本发明的有益效果如下：1、可以接收直接太阳辐射和部分散射辐射，并能接收一般跟踪聚光器所不能接收的“太阳周围辐射”，解决了定日镜在光学上的复杂控制问题；2、CPC+真空玻璃罩的结构形式，解决了太阳能吸热器辐射损失大、对流损失大、反射损失大的根本问题；3、实现了定日镜反射过来的光能被吸热器几乎完全吸收，降低了定日镜的制造精度要求，提高可应用性，同时提高了聚光比，使吸热面的热流密度达到最大，提高了基于复合抛物面聚光器的高温吸热装置的总体传热效率。附图说明[0022]图1A-1B为现有吸热器接收辐射时的入射-反射示意图；图2为本发明结构示意图；图3为本发明吸热结构俯视示意图；图4为本发明接收辐射时的入射-反射示意图；图5为本发明吸热结构立体图；图6为实施例1中边框7示意图；图中：1-塔架，2-定日镜场，3-复合抛物面聚光器，4-高温吸热管，5-玻璃罩，6-弯管，7-边框。具体实施方式[0023]为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。[0024]实施例1如图2至图6所示，基于复合抛物面聚光器的高温吸热装置，包括吸热结构、塔架1和定日镜场2;所述吸热结构包括复合抛物面聚光器3、高温吸热管4、玻璃罩5和弯管6;复合抛物面聚光器3的复合抛物面反射槽去除抛物线部分，仅保留渐开线，复合抛物面聚光器3的复合抛物面反射槽聚光比为1，反射槽背面采用岩棉进行保温，作为保温结构，复合抛物面聚光器3的底板为玻璃钢，反射材料为铝箱；24个复合抛物面聚光器3焊接成环状，每一个复合抛物面聚光器3上设有一根高温吸热管4在复合抛物面聚光器3反射槽上铆有铝合金材质的边框7，如图6所示，高温吸热管4通过边框7固定在复合抛物面聚光器3上）；高温吸热管4设在复合抛物面聚光器3的聚光中心处，高温吸热管4为直管，直径为0.285m，其中的流动传热介质为水，高温吸热管4外镀有选择性吸收涂层;高温吸热管4通过弯管6串联连接，弯管6设有一个进口和一个出口，进口和出口可以在吸热结构的同一侧，也可以在不同侧;高温吸热管4上设有一个整体的环状玻璃罩5,玻璃罩5与高温吸热管4的距离为6mm，玻璃罩5与高温吸热管4之间为真空；即所述吸热结构从里到外依次为复合抛物面聚光器环-高温吸热管环-玻璃罩环；吸热结构竖直固定在塔架1上，塔架1周围设有由若干定日镜组成的定日镜场2,定日镜场2的设置区域为塔架1周围圆心角为360°的地面，定日镜为抛物面反光镜。[0025]实施例2本实施例参照实施例1的结构，不同之处在于，本实施例中，复合抛物面聚光器3的复合抛物面反射槽聚光比为3，复合抛物面聚光器3的底板为不锈钢，反射材料为镀铬材料;复合抛物面聚光器3上焊接有夹套，高温吸热管4通过夹套固定在复合抛物面聚光器3上。本实施例的高温吸热装置可安装在建筑物上，用于蒸煮、冲开水、热水或者其他的用途。[0026]实施例3本实施例参照实施例1的结构，不同之处在于，本实施例中，复合抛物面聚光器3连接成平板状，每一个复合抛物面聚光器3上设有一根高温吸热管4,高温吸热管4为椭圆螺旋管；高温吸热管4上设有玻璃罩5，玻璃罩5由多块嵌入式的分离玻璃罩组成，每两根高温吸热管4镶嵌一块玻璃罩;玻璃罩5与高温吸热管4的距离为10_。[0027]实施例4本实施例参照实施例1的结构，不同之处在于，本实施例中，弯管6设有两个进口和两个出口，两个进口位于吸热结构的同一侧，两个出口位于吸热结构的另一侧，两股传热介质分别从两个进口进入，沿着流动路径传热换热后，分别由两个出口流出，传热介质的进出口温度由中央操作控制系统通过气动调节阀控制进口的传热介质流速调节，并监测出口温度在±5°C的误差范围内。[0028]实施例5本实施例参照实施例1的结构，不同之处在于，本实施例中，高温吸热管4中的流动传热介质为由质量百分比为40%的NaNO3和质量百分比为60%的KNO3组成的熔融盐，熔融盐的密度随温度变化不大，取1800kgm3,传统的吸热器需要容纳6835.104kg的传热介质，则高温吸热管4单根管的直径设计为0.158m，共24根高温吸热管。吸热装置的进口温度为290°C，出口温度可达565°C。[0029]实施例6本实施例参照实施例1的结构，不同之处在于，本实施例中，定日镜为圆弧面反光镜。[0030]应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

权利要求：1.基于复合抛物面聚光器的高温吸热装置，包括吸热结构、塔架（1和定日镜场2;所述吸热结构包括复合抛物面聚光器3、高温吸热管4、玻璃罩5和弯管6;复合抛物面聚光器3的复合抛物面反射槽去除抛物线部分，仅保留渐开线;若干个复合抛物面聚光器3焊接成环状，每一个复合抛物面聚光器3上设有一根高温吸热管4，高温吸热管4设在复合抛物面聚光器3的聚光中心处，高温吸热管4外镀有选择性吸收涂层，高温吸热管4通过弯管6串联连接，弯管6设有一个以上的进口和一个以上的出口；高温吸热管4上设有玻璃罩5，玻璃罩5与高温吸热管4之间为真空；即所述吸热结构从里到外依次为复合抛物面聚光器环-高温吸热管环-玻璃罩环；吸热结构固定在塔架（1上，塔架（1周围设有由若干定日镜组成的定日镜场2。2.根据权利要求1所述的高温吸热装置，其特征在于，定日镜场2的设置区域为塔架1周围圆心角为360°的地面。3.根据权利要求1所述的高温吸热装置，其特征在于，复合抛物面聚光器3连接成平板状。4.根据权利要求1所述的高温吸热装置，其特征在于，复合抛物面聚光器3的复合抛物面反射槽聚光比为1〜3。5.根据权利要求1所述的高温吸热装置，其特征在于，复合抛物面聚光器3的复合抛物面反射槽背面设有保温层。6.根据权利要求1所述的高温吸热装置，其特征在于，复合抛物面聚光器3的底板为玻璃钢或不锈钢，反射材料为铝箱或镀铬材料。7.根据权利要求1所述的高温吸热装置，其特征在于，高温吸热管4为直管或椭圆螺旋管。8.根据权利要求1所述的高温吸热装置，其特征在于，高温吸热管4中的流动传热介质为由质量百分比为40%的NaNO3和质量百分比为60%的KNO3组成的熔融盐。9.根据权利要求1所述的高温吸热装置，其特征在于，玻璃罩5与高温吸热管4的距离为6-10mm。10.根据权利要求1所述的高温吸热装置，其特征在于，玻璃罩5为嵌入式。11.根据权利要求1所述的高温吸热装置，其特征在于，定日镜为抛物面反光镜或者圆弧面反光镜。

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