专利名称：高密度太阳能中高温热能转换器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于太阳能利用技术领域，特别是涉及适于作中高温热源用的高密度太阳能的光热转换器。
背景技术：
在各种能源中，太阳能存量最丰富，分布面最广，最洁净，太阳能是人类可持续发展的最可信赖的能源；但太阳能密度低，且受到日夜、季节、地理和气候的影响，使太阳能的利用受到很大的限制。目前，太阳能热利用一般只作为低温热能使用，如利用太阳能热水器加热热水或利用太阳能干燥农作物果实等，急需开发中高温太阳能热转换装置，以提供动力或制冷的热源；目前太阳能光伏发电主要采用平板式太阳硅电池，效率较低，只有提供电力单一功能。
获取高密度的太阳能可以采用抛物型反射聚焦法或透镜聚焦法等，有关太阳能的聚焦技术已有很多专利技术，例如专利申请号为89106297.1的“聚光集热式太阳能发电装置”；专利申请号为96115907.3的“太阳能发电方法”，采用多个凹面镜组成镜阵，把其反射的太阳光由凸透镜聚焦后采用导光管把其输送到太阳能锅炉的壳体中；专利申请号为87106569.X的“分镜太阳能集热装置”提出用多个小镜代替整体反射镜，使用了一种叫做万向分角器的机械装置，每个分镜都有一个万向分角器，每个万向分角器都有三个轴聚焦轴、跟踪轴和镜轴，通过等角传动机构等实现了各小镜不同的跟踪控制。但上述这些专利并未清楚说明聚焦后太阳能-热能转换器的关键部件太阳能锅炉的具体结构，还不便于应用。
聚焦型的太阳能-热能转换器，主要部件是太阳能锅炉。在协志工业从书出版股份有限公司出版的《太阳能之应用及理论(黄文雄著)》一书中介绍的太阳能锅炉为铜制的钟形结构，钟形壳内是水工质，钟的内面为受热面，钟的外面包有隔热层；这种只有单侧受照面受热的结构，受热面积较小，受照面热流强度过大，有较高的热辐射损失；另外，钟型铜壳结构为要承受高压蒸汽，还必需有较厚的壁厚，这也增加了传热阻力。
技术内容本实用新型提出一种高效的高密度太阳能中高温热能转换器，在同样聚焦光圈面积内有更大受照面积，以克服钟形太阳能锅炉传热面积较小、传热阻力大和热损失大的缺点。
本实用新型的高密度太阳能中高温热能转换器，包括反射聚光镜1、太阳能锅炉11、反射聚光镜的跟踪聚焦控制系统10、塔架3、储热箱7，太阳能锅炉11装在塔架3上位于反射聚光镜1的焦区内；其特征在于所述太阳能锅炉11是由用紫铜管卷成的喇叭筒状的螺旋管卷筒2、卷筒顶端的扁圆罐4、套在卷筒外的开口更大的喇叭筒状的反射聚光罩5、以及覆盖在反射聚光罩和扁圆罐外部的保温隔热层6组成；螺旋管卷筒2的管外表面和扁圆罐4的底面镀有高太阳辐射吸收率和低红外发射率的选择性涂层；扁圆罐4的下口和螺旋管卷筒2的上端口连通，扁圆罐顶部的出口与储热箱7上部的接口连接，储热箱7底部的接口与螺旋管卷筒2的下端口连通，组成太阳能锅炉的循环回路，回路内充注有工质水。
储热箱7内置有供热换热器9，供热换热器与负载回路连接。
可将多个太阳能锅炉串连或并联共用一个储热箱，串连时前一个的太阳能锅炉扁圆罐顶部的出口与下一个太阳能锅炉螺旋管卷筒的下端口连通，最后一个太阳能锅炉扁圆罐顶部的出口与储热箱上部的接口连接，储热箱底部的接口与最前一个螺旋管卷筒的下端口连通，组成太阳能锅炉的串连循环回路。
当将储热箱置于太阳能锅炉螺旋管卷筒的下方时，太阳能锅炉的水循环回路中设有循环泵8；当将储热箱置于太阳能锅炉的上方时，可省去循环泵。
所述太阳能锅炉的循环回路内充注的流体工质通常采用水，也可采用其他流体工质，如油。
本实用新型采用螺旋管卷筒2和扁圆罐4是用来吸收由反射聚光镜反射的太阳直射光变为高温热能的换热器，由于本实用新型采用喇叭筒状的螺旋管卷筒，比已有技术中的钟形太阳能锅炉的钟内面有更大的传热面积，其锥筒内侧面可以较均匀地吸收聚焦的太阳辐射；而圆管有很好的耐高压性能，在承受同样的高压蒸汽时，圆管的壁可比钟形腔的壁薄，因此可以减小热阻，提高传热性能。
本实用新型采用了开口更大的反射聚光罩6，可以把聚焦光斑外圈的太阳辐射反射给螺旋管卷筒的外侧面，增加了太阳能锅炉的传热面积1倍以上，在同等辐射条件下铜管表面与管内流体的温差要减小1倍；另外铜管不受照的面积相当于肋片，又加强了传热效果；强化传热结果使受照管表面温度降低，辐射和对流损失减小；外置的聚光罩可以减少受照面的反射辐射，进一步减小辐射损失；稍大的聚焦面积减轻了一次反射聚焦面的聚焦比。
螺旋管卷筒的管外表面镀有黑镍类的太阳辐射选择性涂层，具有对太阳光高的吸收率和低的红外发射率，可减小反射和红外辐射损失。
设置储热箱7是为了克服太阳辐射波动的影响，使供热更稳定，利于后续的蒸汽轮机或吸收式制冷机运行稳定。
若采用多个太阳能锅炉串连使用，可以获得高温；采用多个太阳能锅炉并联使用，可以获得大功率热量。
储热箱内7的供热换热器9可把储存在储热箱内的热量交换给负载回路内的流体工质(如水蒸汽)。
由循环水泵、储水箱、散热器组成的储水散热回路，可把冷却器吸收的热量散发到空气中，使太阳能电池板发电系统能正常工作。
在有足够聚焦比情况下，本实用新型高密度太阳能中高温热能转换器，其螺旋管卷筒式的太阳能锅炉可依据需要提供5～10大气压150～180℃，或更高压力和温度高温水或蒸汽，用以推动蒸汽轮机发电或加热吸收式制冷机的溴化锂溶液或氨水溶液，实现溴化锂溶液或氨水溶液的浓缩再生。
图1是本实用新型的高密度太阳能中高温热能转换器及其利用系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的具体实施方式
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实施例1、一种可配套用于蒸汽机发电或吸收式制冷机制冷的高密度太阳能中高温热能转换器。
附图1是本实施例的高密度太阳能中高温热能转换器的结构示意图和所应用的太阳能中高温热利用系统示意图。系统主要包括有反射聚光镜1，太阳能锅炉11，反射聚光镜的跟踪聚焦控制系统10，塔架3等，太阳能锅炉11装在塔架3上位于反射聚光镜的焦区内；所述太阳能锅炉11在虚线框内，是由用紫铜管卷成的喇叭筒状的螺旋管卷筒2，卷筒顶端的扁圆罐4，套在卷筒外的开口更大的喇叭筒状的反射聚光罩5，以及覆盖在反射聚光罩和扁圆罐外部的保温隔热层6组成；螺旋管卷筒的管外表面和扁圆罐底面镀有如同太阳能热水器真空管内镀和黑镍的太阳辐射选择性涂层；扁圆罐和螺旋管卷筒的上端口连通，扁圆罐的顶部有出口与储热箱7的上接口连接，储热箱的下接口与螺旋管卷筒的下端口连通，组成太阳能锅炉的循环回路，回路内充注有工质水。
储热箱内7可放置有供热换热器9，将供热换热器与负载回路连接，负载回路内的工质为水和水蒸汽。
当储热箱位于太阳能锅炉螺旋管卷筒的下方时，太阳能锅炉的水循环回路中设有循环泵8，当储热箱位于太阳能锅炉的上方时，可不用循环泵。
本实施例的系统中，两个太阳能锅炉串连共用一个储热箱，串连时前一个的太阳能锅炉扁圆罐顶部的出口与下一个太阳能锅炉螺旋管卷筒的下端口连通，最后一个太阳能锅炉扁圆罐顶部的出口与储热箱上部的接口连接，储热箱底部的接口与最前一个螺旋管卷筒的下端口连通，组成太阳能锅炉的串连循环回路。
本实施例的太阳能反射器可采用已有专利技术。
利用本实施例的高密度太阳能中高温热能转换器，在有足够聚焦比情况下，螺旋管卷筒式的太阳能锅炉可依据需要提供5～10大气压150～180℃，或更高压力和温度高温水或蒸汽，用以推动蒸汽轮机发电或加热吸收式制冷机的溴化锂溶液或氨水溶液，实现溴化锂溶液或氨水溶液的浓缩再生。
权利要求1.一种高密度太阳能中高温热能转换器，包括反射聚光镜、太阳能锅炉、反射聚光镜的跟踪聚焦控制系统、塔架、储热箱，太阳能锅炉装在塔架上位于反射聚光镜的焦区内；其特征在于所述太阳能锅炉是由用紫铜管卷成的喇叭筒状的螺旋管卷筒、卷筒顶端的扁圆罐、套在卷筒外的开口更大的喇叭筒状的反射聚光罩、以及覆盖在反射聚光罩和扁圆罐外部的保温隔热层组成；螺旋管卷筒的管外表面和扁圆罐的底面镀有高太阳辐射吸收率和低红外发射率的选择性涂层；扁圆罐的下口和螺旋管卷筒的上端口连通，扁圆罐顶部的出口与储热箱上部的接口连接，储热箱底部的接口与螺旋管卷筒的下端口连通，组成太阳能锅炉的循环回路，回路内充注有工质水。
2.如权利要求1所述的高密度太阳能中高温热能转换器，特征在于将多个太阳能锅炉串连或并联共用一个储热箱，串连时前一个的太阳能锅炉扁圆罐顶部的出口与下一个太阳能锅炉螺旋管卷筒的下端口连通，最后一个太阳能锅炉扁圆罐顶部的出口与储热箱上部的接口连接，储热箱底部的接口与最前一个螺旋管卷筒的下端口连通，组成太阳能锅炉的串连循环回路。
3.如权利要求1所述的高密度太阳能中高温热能转换器，特征在于储热箱内放置有供热换热器，供热换热器与负载回路连接。
4.如权利要求1所述的高密度太阳能中高温热能转换器，特征在于当将储热箱置于太阳能锅炉螺旋管卷筒的下方时，太阳能锅炉的水循环回路中设有循环泵；当将储热箱置于太阳能锅炉的上方时，可省去循环泵。
专利摘要本实用新型高密度太阳能中高温热能转换器，特征是其太阳能锅炉用紫铜管卷成的喇叭筒状的螺旋管卷筒、卷筒顶端的扁圆罐、套在卷筒外的开口更大的喇叭筒状的反射聚光罩、以及覆盖在反射聚光罩和扁圆罐外部的保温隔热层组成；螺旋管卷筒的管外表面和扁圆罐的底面镀有高太阳辐射吸收率和低红外发射率的选择性涂层；扁圆罐的下口和螺旋管卷筒的上端口连通，扁圆罐顶部的出口与储热箱上部的接口连接，储热箱底部的接口与螺旋管卷筒的下端口连通，组成太阳能锅炉的循环回路，回路内充注有工质水。本实用新型有较大的传热面积，圆管的壁薄，可减小热阻，提高传热性能；在有足够聚焦比情况下可提供5～10大气压150～180℃的高温水或蒸汽。
文档编号F24H1/00GK2767909SQ200420054560
公开日2006年3月29日 申请日期2004年12月16日 优先权日2004年12月16日
发明者陈则韶, 胡芃, 程文龙, 江斌, 贾磊, 陈建新 申请人:中国科学技术大学