用于聚光空气集热的接收体及聚光空气集热装置

1.本实用新型涉及一种聚光空气集热的接收体，具体涉及一种用于聚光空气集热的接收体，属于太阳能聚光和热利用领域。


背景技术：

2.目前位于复合抛物面聚光焦斑位置的接收体多以玻璃真空管为主，具有保温性能好的优点，但在实际应用中也存在如下缺陷：
①
管内真空夹层易造成“光漏”，影响光热转化效率；
②
对入射太阳辐射接收的主要集中在圆管面，属于表面换热，辐射散热大；
③
换热介质多以液体为主，传热阻力大，循环泵功大。
3.而利用空气作为换热介质，可以提升冬季聚光集热系统换热介质的抗冻能力，降低聚光集热系统换热介质渗漏的补液成本，减小循环换热的阻力和泵功，为此提出可用于复合抛物面聚光空气集热的接收体是有意义的。
4.现有技术中，太阳能空气集热器在空气集热玻璃管内直接放置六辐式不锈钢吸热翅片，在翅片光热转化吸收过程中，由于没有定位，存在热胀冷缩现象，对玻璃管内壁面造成划伤，产生碎屑，影响对入射太阳辐射的穿透能力；同时，翅片与玻璃管内壁直接接触，易造成导热传热损失，影响集热器的效率；此外，多个集热器串联时，六辐式不锈钢吸热翅片投影面积大，空气流动阻力大，消耗泵功多。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供一种用于聚光空气集热的接收体，能够减少热胀冷缩对玻璃管内壁面的损伤。
6.本实用新型所采用的技术方案是：用于聚光空气集热的接收体，包括：玻璃管和光吸收翅片组；
7.在所述玻璃管内部沿其轴线设置有连接轴；
8.所述光吸收翅片组包括沿周向间隔固接在所述连接轴上的两个以上光吸收翅片，所述光吸收翅片表面具有选择性吸收涂层；
9.所述光吸收翅片组的外圆周套装有一个以上支撑环，所述支撑环用于对所述光吸收翅片组的径向变形进行缓冲。
10.作为本实用新型的一种优选方式，在所述连接轴后的轴向两端设置有配重调节块；利用配重调节块的重力限制连接轴的转动，从而将光吸收翅片组定位在设计要求位置。
11.作为本实用新型的一种优选方式，所述支撑环采用隔热材质，形成隔热支撑环。
12.作为本实用新型的一种优选方式，所述支撑环为开口环，其开口为伸缩缓冲口。
13.作为本实用新型的一种优选方式，所述支撑环为弹性环。
14.作为本实用新型的一种优选方式，所述光吸收翅片为螺旋翅片。
15.作为本实用新型的一种优选方式，所述玻璃管为单层玻璃管。
16.作为本实用新型的一种优选方式，在所述光吸收翅片组外圆周的轴向两端各套装
有一个支撑环。
17.作为本实用新型的一种优选方式，所述配重调节块为正三角形或等腰梯形结构，所述配重调节块的中心与连接轴螺纹连接。
18.此外，本实用新型提供一种聚光空气集热装置，在所述聚光空气集热装置的焦斑位置放置上述接收体。
19.有益效果：
20.(1)通过在光吸收翅片组外部套装支撑环，将光吸收翅片与玻璃管隔开，并利用支撑环的变化对光吸收翅片组的变形进行缓冲，能够减少光吸收翅片热胀冷缩对玻璃管内壁面的损伤。
21.(3)在翅片端面轴线位置处设置配重调节块，通过旋转配重调节块将光吸收翅片定位在设计要求位置，能够提高对入射太阳辐射的光热转化效率；尤其是当多个复合抛物面聚光集热装置串联或并联时，通过对配重调节块的定位，保证串联或并联的玻璃管内光吸收翅片朝向和位置一致，减少循环空气的驱动泵功，降低多个接收体串联或并联的连接精度要求，降低聚光空气换热应用系统的投资成本和运维难度。
22.(3)支撑环采用隔热材质，避免了光吸收翅片与玻璃管接触造成的导热损失，能够提高集热器的效率。
23.(4)光吸收翅片采用螺旋形，空气流经螺旋翅片时，会形成螺旋气流，减少受热空气在三角形直通腔道内出现“传热恶化”的概率，提高内嵌玻璃管的螺旋翅片光热转化效率。
24.(5)配重调节块直接与连接轴螺纹连接，方便在将光吸收翅片调整到设定位置后对配重调节块进行调节，使其质量较大端的平面与安装面平行。
附图说明
25.图1为实施例1中的接收体的立体结构示意图；
26.图2为本实用新型接收体的径向截面示意图；
27.图3为本实用新型的接收体工作时tracepro光线追迹图；
28.图4为采用螺旋翅片实施例图；
29.图5为采用六片光吸收翅片的接收体的实施例图；
30.图6为本实用新型的接收体在复合抛物面聚光空气集热装置内安装示意图。
31.其中：1-支撑环；2-配重调节块；3-单层玻璃管；4-光吸收翅片；5-连接轴；6-伸缩缓冲口；7-螺旋翅片；8-底部抛物反射面；9-平面反射镜；10-玻璃盖板；11-抛物反射面；12-复合抛物面聚光空气集热装置。
具体实施方式
32.下面结合附图和实例对本实用新型做进一步的详细说明。
33.实施例1：
34.为了利用空气作为换热介质，将玻璃真空管的表面换热优化为单层玻璃管接收体内换热，减少光吸收翅片在热胀冷缩过程中对玻璃管的损伤，便于多个集热装置串联时光吸收翅片位置一致，本实用新型提供一种用于聚光空气集热的接收体。
35.如图1和图2所示，该接收体包括：玻璃管、光吸收翅片组和连接轴5；其中玻璃管为单层玻璃管3；在单层玻璃管3内部轴线位置沿其轴线设置有连接轴5，光吸收翅片组为沿周向均匀间隔固接在连接轴5上的两个以上光吸收翅片4；以在单层玻璃管3内部设置五片光吸收翅片4为例，两两夹角为72
°
的五片光吸收翅片4分别焊接于连接轴5上，光吸收翅片4表面喷涂选择性吸收涂层(即太阳能选择性吸收涂层)。
36.在光吸收翅片组轴向两端的外圆周分别套装有支撑环1(套装支撑环1后即能够实现对光吸收翅片组在单层玻璃管3内的定位，又不影响光吸收翅片组在外力作用下绕连接轴5轴向的转动)；支撑环1上开有伸缩缓冲口6(即支撑环1为开口环，套装在光吸收翅片组外部)，通过支撑环1的开口大小的变化对光吸收翅片组的变形进行缓冲。
37.进一步的，支撑环1采用隔热材质，形成隔热支撑环，防止光吸收翅片组将热量传递给玻璃管造成散热损失。
38.装有支撑环1的光吸收翅片4内嵌于单层玻璃管3内，使得光吸收翅片4不直接与玻璃管3接触，而是与单层玻璃管3有一定间隔(该间隔即为支撑环)。
39.支撑环1不限于设置在光吸收翅片组轴向两端的外圆周，原则上，只需在光吸收翅片组的外圆周任意位置套装一个以上支撑环1。
40.该接收体在使用时时，进入聚光空气集热装置内的太阳辐射经反射后汇聚，透过单层玻璃管3，被焊接在连接轴上的五片相互呈72
°
角的表面喷涂选择性吸收涂层的光吸收翅片4吸收(接收体工作时tracepro光线追迹图如图3所示)；受热径向膨胀的光吸收翅片4经隔热环1上的伸缩缓冲口6加以缓冲，避免由于自身热胀冷缩对玻璃管造成的机械损伤；同时受热轴向膨胀的光吸收翅片4向单层玻璃管3两侧延伸，为了对入射太阳辐射高效光热转化。
41.实施例2：
42.本实施例中的接收体与实施例1中接收体的区别仅在于支撑环1的形式不同。
43.本例中，支撑环1为弹性材质制备的弹性环，由于自身具备弹性，因此无需加工伸缩缓冲口6即可实现对光吸收翅片4变形的缓冲。
44.实施例3：
45.在上述实施例1或实施例2的基础上，进一步的：
46.该接收体水平放置在聚光空气集热装置的焦斑位置，使用时需要转动单层玻璃管3内部的光吸收翅片组，使其处于设计要求位置。理想状态下，各光吸收翅片相对聚光空气集热装置开口的位置如图3所示，此时集热装置的效率最高。当聚光空气集热装置需要倾斜安装时(如图5所示，聚光空气集热装置倾斜安装，使其开口朝向光照方向)，此时接收体仍然水平放置在聚光空气集热装置内部，但此时需转动接收体内部的光吸收翅片组，对其相对聚光空气集热装置开口的位置进行调整，使各光吸收翅片相对聚光空气集热装置开口的位置也如图3所示。
47.由于光吸收翅片组在单层玻璃管3内没有周向限位，当单层玻璃管3内部有气流扰动以及单层玻璃管3发生振动时，均会导致光吸收翅片组转动，使得光吸收翅片4通常无法定位在设计要求位置；基于此，本实施例中，在光吸收翅片组轴向两个端面的中心设置配重调节块2，利用配重调节块2的自重保证在将光吸收翅片4调整到设计角度后不转动，保持当前位置。配重调节块2具有大质量端和小质量端(如配重调节块2的尺寸从一端向另一端递
增)，当将光吸收翅片4调整至设定角度后，调整连接轴5两端配重调节块2，使其大质量端朝向集热装置的安装面(类似于在连接轴的两端增加铅锤)，由此通过配重调节块2限制光吸收翅片组绕连接轴轴线的转动。为方便对配重调节块2角度的调节，可以将配重调节块2大质量端的端部加工为平面，然后在集热装置的安装面上设置定位线，由此在对配重调节块2进行角度调整时，只需使其大质量端的平面与安装面上的定位线平行即可。如图1和图2所示，本例中的配重调节块2为正三角形结构，配重调节块2中心与连接轴5螺纹连接，使得配重调节块2能够绕连接轴5的轴线转动。在将光吸收翅片4调整后设定角度后，旋转配重调节块2，使其一条边与安装面上的定位线平行，此时，配重调节块2下端较重，上端较轻，使得连接轴5不会因为扰动而发生转动，由此对吸收翅片组进行周向限位，使光吸收翅片4在单层玻璃管3中位置的固定。
48.此外，当多个集热装置串联时，光吸收翅片组的转动，会使得多个集热装置的空气流道不一致，导致吸热翅片投影面积大，空气流动阻力大，消耗泵功多。在光吸收翅片组的两端设定旋转配重调节块2，能够保证串联的玻璃管内光吸收翅片朝向和位置一致。
49.通过旋转配重调节块2，利用配重调节块2的自重将光吸收翅片4定位在设计要求位置，适应不同安装倾角的聚光空气集热装置，使接收体在玻璃管内的布置可以根据聚光空气集热装置的安装倾角进行调整，同时保证串联或并联的玻璃管内光吸收翅片朝向和位置一致，减少传热阻力及驱动泵功，降低多个接收体串联或并联的连接精度要求，降低聚光空气换热应用系统的投资成本和运维难度。
50.实施例4：
51.在上述实施例1或实施例2或实施例3的基础上，光吸收翅片4可采用如图4所示的螺旋翅片7，同时螺旋翅片7表面喷涂选择性吸收涂层，螺旋翅片7焊接在连接轴5上。在空气流经螺旋翅片7时，会形成螺旋气流，减少了受热空气在三角形直通腔道内出现“传热恶化”的概率，提高内嵌单层玻璃管3的螺旋翅片7光热转化效率。
52.实施例5：
53.在上述实施例1-实施例4的基础上，如图5所示，本例中光吸收翅片组包括六片相互夹角为60
°
的光吸收翅片4，与实施例1中的五片光吸收翅片相比，六片光吸收翅片能够增大光吸收翅片在太阳辐射反射面上的投影面积，提升光吸收翅片对汇聚太阳辐射的接收能力。
54.实施例6：
55.本实施例提供一种具有上述接收体的复合抛物面聚光空气集热装置。
56.如图6所示，在由两个抛物反射面11、两个平面反射镜9以及底部抛物反射面8连接而成的槽式复合抛物面聚光空气集热装置12的焦斑位置放置接收体，该接收体为上述实施例1-实施例5任一项所述的接收体，通过该接收体将进入槽式复合抛物面聚光空气集热装置12并汇聚的太阳辐射实现光热转化，通过流经单层玻璃管3内光吸收翅片4的空气对外输出热能。
57.综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。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。