一种可高效收集太阳辐射能的球形腔体结构的制作方法

1.本实用新型涉及新能源领域，特别是涉及一种可高效收集太阳辐射能的球形腔体结构。


背景技术：

2.太阳能，即太阳的热辐射能，是一种可再生能源，主要表现形式为太阳光线。在能源需求不断增加的今天，太阳辐射能被广泛地应用于发电、淡化、家用热水器的供热。为了有效利用太阳光辐射能，许多研究人员使用外部的聚太阳光集热器来提升太阳能收集的性能，常见的有太阳能真空管、平板式太阳能集热器等。本实用新型提出了一种可高效收集太阳辐射能的球形腔体结构，旨在以高效收集太阳辐射能和太阳光的同时，减少太阳光热收集器的成本。
3.目前，可高效收集太阳能的集热器有碟形集热器、抛物面聚光镜、线性菲涅耳透镜等几种结构。比如，凹面式太阳能集热器，这种集热器不仅可以提高热效率，同时还能减少太阳能集热器的占地面积。再如，基于线性菲涅尔透镜的聚光太阳能集热器，该集热器在相对较高的温度水平下比平板或真空管集热器具有更高的热效率。根据文献研究发现，可调反射板倾角的蒸馏器、与抛物面反射器集成的球形太阳能蒸馏器、与太阳能蒸馏器冷却系统相结合的平面集热器受研究人员的关注度较高。
4.综上所述的几种太阳光热收集器的结构可归纳为：(1)碗碟型、(2)直线型、(3)抛物面型、(4)平面型。碗碟型和抛物面型结构可以代表如今市面上最高效率的太阳辐射能收集装置，但是，碗碟型和抛物面型都需要超高的制作成本。而直线型和平面型结构则是以低廉的成本著称，但是，缺点就是聚太阳光热的效果大打折扣。因此，申请人提出了一种可高效收集太阳辐射能的球形腔体结构，该结构具有多个环形围绕的菲涅尔透镜；球形腔体可以无死角地接收太阳辐射，可跟踪太阳光，实现不间断地聚光热，满足用户的采光集热需求。该实用新型可高效收集太阳辐射能，效率远超一般集热器的能量收集效率，并且成本控制在中等水平，属于高性价比的太阳辐射能收集装置，具有一定的市场。另外，通过探索球形腔体内气液两相流特征与结构的关系，本专利对球形结构进行改进、优化和创新，提出了两款球形结构，以适应不同工业过程的要求。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例的目的是提供一种可高效收集太阳辐射能的球形腔体结构，无需太阳光追踪装置就可实现全方位收集太阳辐射能，去除了大量辅助设备降低了成本，以解决现有存在的太阳辐射能收集装置成本过高的问题。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.本实用新型实施例提供一种可高效收集太阳辐射能的球形腔体结构，包括吸热底板、安装在所述吸热底板上的半球形框架、以及铺设在所述吸热底板底部的反射椭圆凹面镜，所述半球形框架表面铺满菲涅尔透镜，所述吸热底板呈凹形结构，所述半球形框架的顶
部设有蒸汽出口，所述吸热底板和反射椭圆凹面镜上具有相连通的排液口。
8.进一步地，所述吸热底板由钛金属制作而成。
9.进一步地，所述菲涅尔透镜的光线聚集在吸热底板的凹面。
10.进一步地，所述半球形框架的顶部形状采用三角形顶部或平面顶部。
11.进一步地，所述半球形框架为仿造足球结构。
12.本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
13.(1)本申请所述半球形框架表面铺满菲涅尔透镜，可以无死角地接收太阳光，无需安装太阳光跟踪装置，就可实现不间断地聚光热；
14.(2)优选采用吸热底板呈凹形结构，吸热底板的凹面接收菲涅尔透镜聚焦的光线，凸面接收反射椭圆凹面镜反射的光线，进一步提高太阳光的利用率，从而可高效收集太阳辐射能，采光集热能力高于普通平板集热器和真空管集热器；
15.(3)本申请不仅制造成本低，能源利用率高，而且与现有技术相比，工作效率得到明显提升，具有广泛的市场前景。
附图说明
16.构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
17.图1是本实用新型实施例提供的一种可高效收集太阳辐射能的球形腔体结构图；
18.图2是本实施例中半球形框架的结构图；
19.图3是本实施例中聚集太阳辐射的光路传递原理图；
20.图4是本实施例中球形腔体顶部形状的两种形式图，其中，(a)为平面顶部，(b)为三角形顶部；
21.图中：半球形框架1、吸热底板2、菲涅尔透镜3、蒸汽出口4、反射椭圆凹面镜5。
具体实施方式
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
23.如图1
‑
2所示，本实施例提供一种可高效收集太阳辐射能的球形腔体结构，包括吸热底板2、安装在所述吸热底板2上的半球形框架1、以及铺设在所述吸热底板2底部的反射椭圆凹面镜5，所述半球形框架1表面铺满菲涅尔透镜3，所述吸热底板2呈凹形结构，所述半球形框架1的顶部设有蒸汽出口4，所述吸热底板2和反射椭圆凹面镜5上具有相连通的排液口。
24.本实施例中，所述吸热底板2由钛金属制作而成，可以防止受到咸水腐蚀，且表面涂有吸热涂层，增强了吸收光热的效率。所述吸热底板2呈凹形结构，吸热底板2的凹面接收菲涅尔透镜3聚焦的光线，凸面接收反射椭圆凹面镜5反射的光线。
25.本实施例中，所述菲涅尔透镜3根据位置不同有不同的焦距，将光线聚集在吸热底板2。球形腔体内受到菲涅尔透镜3聚光照射后，温度迅速升高或达到燃点，可高效地利用太阳辐射能量。
26.图3为太阳光出现在东边的时候，东面的菲涅尔透镜3开始工作，反之，太阳光出现在西边的时候，西面的菲涅尔透镜3开始工作。最后可以实现360
°
无死角追踪和收集太阳辐射能量。在底部附加一个反射椭圆凹面镜5，通过反射作用将太阳光线聚焦于吸热底板2的凸面上。
27.本实施例中，所述半球形框架1为仿造足球结构，由多个多边形透镜构成；透镜采用菲涅尔透镜，具有重量轻、光效好、性能稳定的优点。球形腔体的工作性能主要与菲涅尔透镜、球壳厚度、顶部形状等结构参数有关，如elango和kalidasa murugavel(2015)研究比较了平顶太阳能蒸馏器和三角形顶部太阳能蒸馏器的特性，得出的结论是，在升温期，平顶结构淡水生产率较高，而在降温期，三角形顶部结构的淡水生产率较高；el sebaii等人(2015) 研究了菲涅尔透镜对太阳能淡化装置的影响，发现菲涅尔透镜焦距与生产率成正比，而透镜厚度和数量则与生产率成反比；edoja等人(2015)考虑了不同玻璃罩厚度对太阳辐射能收集的影响，研究结果表明玻璃厚度低于4毫米，可以使聚光热装置达到最大的生产率。设计中充分考虑了上述因素，除此之外还受天气条件特别是太阳辐射的影响。所述半球形框架1 的顶部形状采用平面顶部(图4中的(a))或三角形顶部(图4中的(b))。
28.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。