专利名称：一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能吸热器，具体涉及一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器，属于太阳能热利用技术领域。
背景技术：
碟式太阳能热发电系统中的单碟或多碟聚光系统利用自身的几何光学特性将低辐射热流密度的太阳光汇聚后，形成高辐射热流密度。安置在碟式聚光系统焦平面处的腔体式太阳能吸热器吸收高倍汇聚的太阳能辐射，通过耦合换热的方式将太阳能转换为热倉泛。平顶锥形(包括圆柱形、正平顶锥形和倒平顶锥形)腔体式太阳能吸热器的吸热体一般由金属管盘绕而成平顶锥形换热面，吸热体的金属管内部走换热流体，金属管外壁面靠近吸热器腔体内部侧吸收高汇聚太阳能辐射热流，金属管外壁面远离吸热器腔体侧敷以保温层进行隔热以减少换热损失。然而，平顶锥形腔体式太阳能吸热器底面处的金属管在盘绕过程中由于在同一底面处盘绕而很难布满整个底面，存在吸收太阳能辐射热流的死角问题，死角面积约占底面面积的10%。如印度工业大学制造的圆柱形腔体式太阳能吸热器就存在吸收太阳能辐射热流的死角问题。专利申请号为201110233099. 6，发明名称为一种底面内凸圆柱形腔体式太阳能吸热器的专利申请文件中公开的太阳能吸热器存在一定的光学损失。此外，当聚光系统的聚光性能一定时，虽然增大腔体式太阳能吸收器的几何外形尺寸可以减少光学损失，但碟式聚光系统焦平面处支架的安装空间尺寸有限，因此，增大腔体式太阳能吸收器的几何外形尺寸会带来安装困难以及增加保温材料等问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器，来解决传统平顶锥形腔体式太阳能吸热器底面处的金属管盘绕过程中无法布满整个底面的问题，以及在不改变吸热器安装尺寸的前提下增加平顶锥形腔体式太阳能吸收器吸收面积以达到降低吸热器光学损失的目的。本实用新型的技术方案是一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器包括工作介质出口管、工作介质进口管、吸热器壳体、吸热器侧面段螺旋盘管、吸热器底面段螺旋盘管和石英棉保温层，吸热器壳体为下敞口式壳体，所述吸热器壳体的底面为内凸式结构，吸热器壳体的底部为曲面半球体，吸热器侧面段螺旋盘管缠绕在吸热器壳体的侧面内壁上，吸热器底面段螺旋盘管缠绕在吸热器壳体的底面上，吸热器侧面段螺旋盘管与吸热器底面段螺旋盘管连通，吸热器壳体的外表面上设置有石英棉保温层，所述工作介质进口管穿设在石英棉保温层内，且工作介质进口管与吸热器侧面段螺旋盘管的进口端连通，工作介质出口管穿设在石英棉保温层内，且工作介质出口管与吸热器侧面段螺旋盘管的出口端连通。[0007]本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果1、由于底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器底面处的金属管沿吸热器底面段壳体盘绕过程中，圆管盘绕不再是在同一平面处盘绕，而是沿吸热器底面段壳体向腔体内侧成曲面半球体状盘绕，形成一种内凸起曲面半球形。圆半径Ri沿高度h不断的减小，在高度h处，圆半径Ri达到最小。与底面金属管同一平面上管盘绕相比，这种底面内凸起曲面半球形盘绕很容易，并可以达到圆半径Ri理论最小值，可以解决传统平顶锥形腔体式太阳能吸热器底面处的金属管在盘绕过程中很难布满整个底面的问题。2、在不增大平顶锥形腔体式太阳能吸收器几何外形尺寸的前提下，本实用新型提出的底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器的底面光线接收面积大于底面为平面的传统平顶锥形腔体式太阳能吸热器及底面内凸起腔体式太阳能吸热器的底面光线接收面积(参见图7)，达到了进一步减少光学损失的目的。
图1是一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器的结构示意图；图2是吸热器的曲面半球体底面在笛卡尔坐标系下的示意图；图3是控制参数K = O, c = l/2f时曲面半球体形状；图4是控制参数K = I, c = 1/R时曲面半球体形状；图5是控制参数K < O时曲面半球体形状；图6是控制参数K > O且K ^ I时曲面半球体形状；图7是底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器与专利申请号为201110233099. 6，发明名称为一种底面内凸圆柱形腔体式太阳能吸热器中公开的吸热器的底面面积对比图(a为本实用新型的底面，b为底面内凸圆柱形腔体式太阳能吸热器的底面)。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图1说明本实施方式,本实施方式的一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器包括工作介质出口管1、工作介质进口管2、吸热器壳体3、吸热器侧面段螺旋盘管5、吸热器底面段螺旋盘管7和石英棉保温层8，吸热器壳体3为下敞口式壳体，所述吸热器壳体3的底面为内凸式结构，吸热器壳体3的底部为曲面半球体，吸热器侧面段螺旋盘管5缠绕在吸热器壳体3的侧面内壁上，吸热器底面段螺旋盘管7缠绕在吸热器壳体3的底面上，吸热器侧面段螺旋盘管5与吸热器底面段螺旋盘管7连通，吸热器壳体3的外表面上设置有石英棉保温层8，所述工作介质进口管2穿设在石英棉保温层8内，且工作介质进口管2与吸热器侧面段螺旋盘管5的进口端连通，工作介质出口管I穿设在石英棉保温层8内，且工作介质出口管I与吸热器侧面段螺旋盘管5的出口端连通。
具体实施方式
二 结合图2和图3说明本实施方式，在笛卡尔坐标系中，底面为曲面半球体的曲面控制方程为
ΓI/、Cix2z(x,y) = ~■ //
+)Ρ·)其中，κ、c为曲面半球体控制方程的参数，K = 0，c = l/2f，f为半球体焦距。[0021]如图3所示，当K = 0时，底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器的底面为抛物型半球体，此时控制參数c为2倍抛物型半球体焦距的倒数(即c = l/2f)。
具体实施方式
三结合图2和图4说明本实施方式，在笛卡尔坐标系中，底面为曲面半球体的曲面控制方程为
权利要求1.一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器，底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器包括工作介质出口管(I)、工作介质进口管(2)、吸热器壳体(3)、吸热器侧面段螺旋盘管(5)、吸热器底面段螺旋盘管(7)和石英棉保温层(8)，其特征在于吸热器壳体(3)为下敞口式壳体，所述吸热器壳体(3)的底面为内凸式结构，吸热器壳体(3)的底部为曲面半球体，吸热器侧面段螺旋盘管(5)缠绕在吸热器壳体(3)的侧面内壁上，吸热器底面段螺旋盘管(7)缠绕在吸热器壳体(3)的底面上，吸热器侧面段螺旋盘管(5)与吸热器底面段螺旋盘管(7)连通，吸热器壳体(3)的外表面上设置有石英棉保温层(8)，所述工作介质进口管(2)穿设在石英棉保温层(8)内，且工作介质进口管(2)与吸热器侧面段螺旋盘管(5)的进口端连通，工作介质出口管(I)穿设在石英棉保温层(8)内，且工作介质出口管(I)与吸热器侧面段螺旋盘管(5)的出口端连通。
2.根据权利要求1所述的一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器，其特征在于在笛卡尔坐标系中，底面为曲面半球体的曲面控制方程为
3.根据权利要求1所述的一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器，其特征在于在笛卡尔坐标系中，底面为曲面半球体的曲面控制方程为
4.根据权利要求1所述的一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器，其特征在于在笛卡尔坐标系中，底面为曲面半球体的曲面控制方程为
5.根据权利要求1所述的一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器，其特征在于在笛卡尔坐标系中，底面为曲面半球体的曲面控制方程为
专利摘要一种底面为曲面半球体的腔体式太阳能吸热器，本实用新型涉及一种太阳能吸热器。本实用新型为了解决金属管盘绕过程中无法布满整个底面的问题，以及吸热器存在光学损失的问题。吸热器壳体的底部为曲面半球体，吸热器侧面段螺旋盘管缠绕在吸热器壳体的侧面内壁上，吸热器底面段螺旋盘管缠绕在吸热器壳体的底面上，吸热器侧面段螺旋盘管与吸热器底面段螺旋盘管连通，吸热器壳体的外表面上设置有石英棉保温层，工作介质进口管穿设在石英棉保温层内，且工作介质进口管与吸热器侧面段螺旋盘管的进口端连通，工作介质出口管穿设在石英棉保温层内，且工作介质出口管与吸热器侧面段螺旋盘管的出口端连通。本实用新型用于吸收太阳能。
文档编号F24J2/46GK202869035SQ20122061298
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者王富强, 林日亿, 李夏赟, 魏东兰, 张慧, 秦爱民, 孟凡军, 刘娟娟, 初小林 申请人:中国石油大学(华东)