黑体腔式太阳能集热器制造技术

一种黑体腔式太阳能集热器，包括宽体内腔、聚光模块、外腔、热质，宽体内腔由内腔底板、内腔侧壁和通光盖板形成，内腔底板上方密接内腔侧壁，内腔侧壁的上方密接通光盖板，通光盖板上设有通光孔，聚光模块由透镜架和聚光透镜组成，透镜架设置在通光盖板的上方，在透镜架的上方设置聚光透镜，外腔由外腔体、内腔底板、内腔侧壁、通光盖板以及设置在外腔体上的流入孔和流出孔形成，外腔体密接在通光盖板的外沿下方，热质通过流入孔和流出孔进入或流出外腔。聚光透镜会聚的太阳光经过通光孔中进入宽体内腔被吸收转换为热能，宽体内腔温度升高，进而加热外腔内的热质。本实用新型专利技术具有腔内单次光热转换效率要求低、能量损耗低、热交换面积大的特点。积大的特点。积大的特点。

【技术实现步骤摘要】
黑体腔式太阳能集热器


[0001]本技术涉及太阳能领域，尤其涉及一种黑体腔式太阳能集热器。

技术介绍

[0002]太阳能分布广且总量大，是人类可以长久利用的绿色能源。光伏发电是最主要的太阳能利用技术，但受到太阳能电池效率、并网和大规模电能储存等方面的局限。利用光热转换技术的太阳能集热器，不仅在太阳能热水器等热能应用上更为直接和高效，而且是熔盐等大规模太阳能储存技术的主要装置，结合热电技术可以弥补太阳能在夜间和雨雾天气等无日照或日照不足环境中的局限性。
[0003]但现在的太阳能集热器主要是如真空管等基于专门薄膜单次吸光转换为热能的方式，要求吸光薄膜的光热转换效率达到90％以上，不仅制备成本高，薄膜易老化脱落，而且维护不易。槽式和类似原理的腔式太阳能集热器，通过把太阳光会聚于槽内或腔内，可以实现太阳光在槽内或腔内的多次反射和吸收，从而降低对集热器内吸光材料的单次光热转换效率要求，但这类槽式和腔式太阳能集热器的内表面面积通常较小，而通光开口较大，或者是还需经过多次反射和透射的复杂光路，这些局限性不仅会由于热交换面积小而降低热质获取和传递热能的效率，使得槽内或腔内温度过高而导致吸光膜层容易脱落，而且会由于槽内或腔内温度过高和通光开口较大导致大的辐射损耗，特别地，在实际使用环境中光学元件很难长久保持很高的反射系数和透射系数，经多次反射和透射后将会显著降低进入到槽内或腔内的太阳光的百分比，导致严重的反射透射损耗。同时，上述太阳能集热器在使用自来水等作为热质时易积累水垢，清理维护繁琐。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种能量损耗低、热交换面积大的黑体腔式太阳能集热器。
[0005]本技术的技术解决方案如下：
[0006]一种黑体腔式太阳能集热器，包括宽体内腔、聚光模块、外腔和热质，宽体内腔由内腔底板、内腔侧壁和通光盖板形成，内腔底板上方密接内腔侧壁，内腔侧壁的上方密接通光盖板，通光盖板上设有通光孔，聚光模块由透镜架和聚光透镜组成，透镜架设置在通光盖板的上方，在透镜架的上方设置聚光透镜，外腔由外腔体、内腔底板、内腔侧壁、通光盖板以及设置在外腔体上的流入孔和流出孔形成，外腔体密接在通光盖板的外沿下方，热质通过流入孔和流出孔进入或流出外腔。聚光透镜会聚的太阳光经过通光孔中进入宽体内腔被吸收转换为热能，宽体内腔温度升高，进而加热外腔内的热质。
[0007]为实现本技术的进一步优化，进一步的措施是：所述的宽体内腔为柱形或球形或方形或锥形，或前述四种形状中选取形状进行组合，优选为柱形；宽体内腔的内表面的面积与通光孔的面积之比大于10:1，优选为50:1。所述的内腔底板为平面板或凸起板或凹陷板，或前述三种形状中选取形状进行组合；凸起板或凹陷板可以是柱形或球形或方形或
锥形，或前述四种形状中选取形状进行组合，优选为锥形凸起；内腔底板由铜或不锈钢或铁或铝或从前述四种材料中选取材料组合制成，内腔底板经过氧化或腐蚀或镀黑镍膜或镀黑铝膜或镀黑铬膜或镀石墨烯膜后的上表面为漫反射体，并增强吸光效率；内腔底板的周径与聚光镜的周径之比为0.2
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1.5，优选为0.8。所述的内腔侧壁由铜或不锈钢或铁或铝或从前述四种材料中选取材料组合制成，内腔侧壁经过氧化或腐蚀或镀黑镍膜或镀黑铝膜或镀黑铬膜或镀石墨烯膜后的内表面为漫反射体，并增强吸光效率；内腔侧壁的高度与聚光镜的半径之比为0.3
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3，优选为1.5。所述的通光盖板由铜或不锈钢或铁或铝或从前述四种材料中选取材料组合制成，内腔范围内的通光盖板的下表面或抛光或镀反射膜，减少通光盖板对太阳光的吸收；优选地，通光盖板的上表面覆盖有保温材料；所述的通光孔的大小可调，通光孔的位置可以根据相关波长太阳光的会聚焦点移动。所述的透镜架由铜或不锈钢或铁或铝或从前述四种材料中选取材料组合制成；所述的聚光透镜或是单片菲涅尔透镜或是单片凸透镜多片菲涅尔透镜阵列或是多片凸透镜阵列或是多片菲涅尔透镜和凸透镜组成的透镜阵列。所述的宽体内腔、透镜架和聚光透镜形成太阳光会聚后传播和光热转换的腔体，优选地，该腔体为真空腔。所述的外腔体由铜或不锈钢或铁或铝或塑料或有机玻璃或从前述六种材料中选取材料组合制成，优选地，在外腔体的外表面覆盖有保温层；优选地，外腔体的底部可以打开，便于清理水垢等维护工作；优选地，外腔体便于拆卸，用于不需流体热质的环境。
[0008]本技术的原理如下：
[0009]对于黑体腔式太阳能集热器，太阳光照射到地球时可以视为平行光束，太阳光是连续谱，经过透镜会聚后，太阳光谱中主要波段的中心波长对应的光束被聚焦到通光盖板上的通光孔，相应地，其它波长的光聚焦到通光孔的上下附近位置，调整通光孔的尺寸，使得太阳光谱中主要波段的光束都能按照几何成像规律无遮拦地经过通光孔进入到宽体内腔中，太阳光每次与宽体内腔的内表面相互作用，就会有部分光被吸收，而余下部分的光被反射，由于通光孔的面积远小于宽体内腔的内表面面积，宽体内腔起到黑体腔的作用，进入宽体内腔的太阳光被宽体内腔的内表面反射后逃逸出到腔外的几率极小，经过多次吸收
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反射后被宽体内腔的内表面层完全吸收，转化成热能，使得宽体内腔的温度升高。由于通光盖板上的保温层作用和通光孔尺寸较小，高温宽体内腔通过红外辐射方式向外界传递的热量也可以忽略。高温宽体内腔的热能通过内腔底板和内腔侧壁传递给热质。外腔体外侧设置有保温层，可以减少因外界环境影响而造成的能量损失。
[0010]本技术的优点：
[0011]1、本技术中所设计的宽体内腔区别于其它腔体，实现了真正意义上的黑体腔，在通光盖板中心设置通光孔，通光孔面积占宽体内腔面积比例极小，降低了太阳光进入宽体内腔后被反射出去的可能性，并避免造成严重的红外辐射损耗。
[0012]2、本技术采用一次聚光光路，相比于其它需要太阳光经过多次反射和透射的太阳能集热器，本技术光路更简单，不仅避免多次聚光过程中因色散导致的不同波长光的扩散问题，而且减少太阳光因需要多次经过光学元件而导致的反射损耗和透射损耗。
[0013]3、本技术采用大型的宽体内腔，在保证黑体腔效果的同时，适当大小的通光孔就可以实现太阳光谱中主要波段的光近似全部进入宽体内腔，从源头保证对太阳能的收集效率。
[0014]4、本技术采用大型的宽体内腔，有效的增大了高温内腔和热质之间的接触面积，提高了热量传递效率，并避免出现由于腔内温度过高而导致的吸光膜层容易脱落的现象。
[0015]5、本技术中大小可调的通光孔可以根据太阳光在不同时间不同入射角度做出适当的调整，使太阳光经过聚光模块会聚后能够有效进入宽体内腔中。
[0016]6、本技术中外腔体设置有保温隔热材料，在集热的过程中有效的隔绝外界环境温度的干扰，减少了热量散失。
[0017]7、本技术具有结构简单、原理清晰、操作方便、腔内单次光热转换效率要求低、能量损耗低、热交换面积大的特点。
附图说明
[0018本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黑体腔式太阳能集热器，其特征在于，包括宽体内腔(1)、聚光模块(2)、外腔(3)、热质(4)，宽体内腔(1)由内腔底板(101)、内腔侧壁(102)和通光盖板(103)形成，内腔底板(101)上方密接内腔侧壁(102)，内腔侧壁(102)的上方密接通光盖板(103)，通光盖板(103)上设有用以供聚光透镜(202)会聚的太阳光(5)经过进入宽体内腔(1)的通光孔(104)，聚光模块(2)包括透镜架(201)和聚光透镜(202)，透镜架(201)设置在通光盖板(103)的上方，在透镜架(201)的上方设置聚光透镜(202)，外腔(3)由外腔体(301)、内腔底板(101)、内腔侧壁(102)、通光盖板(103)以及设置在外腔体(301)上用以供热质(4)通过进入/流出外腔(3)的流入孔(302)和流出孔(303)形成，外腔体(301)密接在通光盖板(103)的外沿下方。2.根据权利要求1所述的黑体腔式太阳能集热器，其特征在于，宽体内腔(1)的内表面的面积与通光孔的面积之比大于10∶1。3.根据权利要求1所述的黑体腔式太阳能集热器，其特征在于，内腔底板(101)的周径与聚光镜的周径之比为0.2
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘梦凡，刘明伟，李艳华，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：