專利名稱：一種太陽能熱交換系統(tǒng)及其集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱交換技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器。本發(fā)明還涉及一種包括上述集熱器的太陽能熱交換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，太陽能熱交換系統(tǒng)越來越廣泛地應用于熱交換技術(shù)的各個領(lǐng)域。
太陽能熱利用技術(shù)作為一種可再生清潔能源技術(shù)因其節(jié)能減排的優(yōu)勢而發(fā)展迅速，它經(jīng)常結(jié)合聚光技術(shù)，以高溫高效率為特征，它通過聚光器把太陽光聚集起來投射到位于聚光器焦點處的集熱器上，集熱器把光轉(zhuǎn)換成熱，并把熱量交換給通過集熱器的工質(zhì)，而產(chǎn)生的高溫工質(zhì)有多種應用，如工業(yè)加熱、熱力發(fā)電、化工過程等。在高倍聚光比的情況下， 集熱器是聚光技術(shù)的核心所在，也是太陽能熱交換系統(tǒng)的重要組成部件。
一種典型的集熱器包括窗口、吸熱體、外殼、二次聚光面。集熱器以空氣作為工作介質(zhì)，空氣從開設于外殼上的進氣口進入集熱器的腔體，之后穿過吸熱體，吸收太陽光的熱量，最后從出氣口流出。太陽光穿過窗口后照射在陶瓷材料的吸熱體上，窗口由石英材料制成，進入集熱器的低溫加壓空氣直接進入吸熱體并與吸熱體進行對流換熱，吸收太陽光的熱量，經(jīng)由出口流出集熱器，氣體在集熱器內(nèi)沒有發(fā)生相變；二次聚光面的作用是把照射在此面上的光線也反射到集熱器腔體內(nèi)，以提高效率。
上述典型的集熱器以空氣或者氣體作為工作介質(zhì)，而空氣的導熱系數(shù)較小，密度較低，換熱系數(shù)較低，載熱能力較低，為滿足熱交換效率，在實際應用中往往需要提供較大的空氣流量，使得風機輸送功率消耗較大，同時管道直徑要求較大，管材消耗較多。而如果在上述集熱器中使用液態(tài)工作介質(zhì)，很容易發(fā)生局部蒸發(fā)過快引起高壓，從而影響系統(tǒng)的可靠性。
因此，如何在保證集熱器工作可靠性的情況下，提高集熱器的工作效率，降低功率和材料消耗，就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟須解決的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，其具有較高的工作可靠性，且工作效率較高，功率和材料消耗較低。本發(fā)明的另一目的是提供一種包括上述集熱器的太陽能熱交換系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，包括開設有窗口的外殼，以及依次遠離所述窗口的吸熱體和隔熱層，還包括導管，所述導管的進液口與高壓液體介質(zhì)源相連通，且其朝向所述吸熱體的表面上開設有出液口。
優(yōu)選地，所述導管包括與所述高壓液體介質(zhì)源連通的直段，和與所述直段連通并開設所述出液口的盤段；所述盤段沿周向環(huán)繞所述吸熱體。
優(yōu)選地，所述盤段包括多層結(jié)構(gòu)，且其各層沿所述吸熱體的軸向分布。
優(yōu)選地，所述直段與所述盤段的最底層連通。
優(yōu)選地，所述盤段的各層均開設有所述出液口。
優(yōu)選地，每層所述盤段分別設置有多個所述出液口。
優(yōu)選地，各所述出液口沿每層所述盤段的周向均勻開設。
優(yōu)選地，所述出液口與所述吸熱體之間具有預定距離。
優(yōu)選地，所述出液口為圓形孔，且其直徑小于1mm。
優(yōu)選地，還包括設置于所述窗口下方的二次聚光面。
本發(fā)明還提供一種太陽能熱交換系統(tǒng)，包括集熱器，所述集熱器為如上述任一項所述的集熱器。
本發(fā)明所提供的用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，包括開設有窗口的外殼，以及依次遠離所述窗口的吸熱體和隔熱層，還包括導管，所述導管的進液口與高壓液體介質(zhì)源相連通，且其朝向所述吸熱體的表面上開設有出液口 ；這樣，當液體介質(zhì)通過導管的進液口進入后，在壓力差的作用下，經(jīng)由導管上的出液口變成細小的液滴狀并噴入吸熱體，細小液滴受吸熱體的高溫作用發(fā)生汽化，經(jīng)過相變后，生成的氣體沿著吸熱體與窗口之間的通道的流動，產(chǎn)生一定的過熱度后，從集熱器的出口管流出；由于增加了具有出液口的導管結(jié)構(gòu)，該集熱器能夠以液體作為工作介質(zhì)，進入集熱器的是液態(tài)介質(zhì)，流動穩(wěn)定，流量較小，因此管路壓力損失較小，管材消耗較少；集熱器內(nèi)主要換熱方式為相變換熱，換熱系數(shù)高，有利于減少吸熱體的溫度與整個集熱器的熱損失；流出集熱器的是蒸汽，方便直接加以利用， 不需要額外的蒸汽發(fā)生器并避免了額外的換熱過程中的熱損失；同時，把液體工作介質(zhì)先變成細小液滴，可以避免液體相變引起壓力突然增加的發(fā)生，以保證集熱器的可靠性，顯著提高熱利用效率并減少成本。
在一種具體實施方式
中，本發(fā)明所提供的導管包括直段和盤段，其中直段與高壓液體介質(zhì)源連通，盤段與直段連通并開設有出液口，盤段沿周向環(huán)繞所述吸熱體；設置盤段能夠充分利用殼體內(nèi)的空間，且盤段環(huán)繞于吸熱體提高了熱交換的均勻性。
在另一種具體實施方式
中，本發(fā)明所提供的出液口與吸熱體之間具有預定距離， 以便液態(tài)介質(zhì)產(chǎn)生較好的霧化效果和較為均勻的流量分配。


圖1為本發(fā)明所提供的集熱器一種具體實施方式
的剖視圖2為圖1中A部分的放大圖3為本發(fā)明所提供的導管一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的核心是提供一種用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，其具有較高的工作可靠性，且工作效率較高，功率和材料消耗較低。本發(fā)明的另一核心是提供一種包括上述集熱器的太陽能熱交換系統(tǒng)。
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
請參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供的集熱器一種具體實施方式
的剖視圖。4
在一種具體實施方式
中，本發(fā)明所提供的集熱器用于太陽能熱交換系統(tǒng)，該集熱器包括外殼2、隔熱層22、吸熱體23和導管3，其中外殼2上開設有窗口 21，外殼2內(nèi)設置有隔熱層22和吸熱體23，隔熱層22和吸熱體23依次遠離窗口 21，導管3的兩端分別有進液口 31和出液口 32，其中導管3的進液口 31與高壓液體介質(zhì)源相連通，出液口 32開設于導管3的朝向吸熱體23的表面上。
本發(fā)明所涉及的集熱器屬于太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域，可結(jié)合塔式、碟式等聚光技術(shù)而用于太陽能熱發(fā)電、制冷、干燥、加熱等太陽能熱交換系統(tǒng)中。
上述吸熱體23為多孔結(jié)構(gòu)，其材料一般具有較高的光吸收率，并對液體工作介質(zhì)具有較好的浸潤性，該吸熱體23的材料可以為金屬絲網(wǎng)、多孔陶瓷或燒結(jié)顆粒等。
上述窗口 21的材料可以為石英玻璃，具有較高的光透過率，并能夠承受足夠的壓力與溫度。太陽光從窗口 21底部進入，透過窗口 21進入吸熱體23并被吸收。根據(jù)具體的應用場合和耐壓要求，窗口 21可以為拱形結(jié)構(gòu)，也可為其它規(guī)則或者不規(guī)則的形狀，例如半圓球形等。
上述隔熱層22可以選取導熱系數(shù)低且密度低的材質(zhì)，還需要足夠的耐溫性，例如隔熱層22可以為玻璃纖維材質(zhì)制成的保溫磚。
集熱器的出口管配有保溫層與連接法蘭。工質(zhì)流量可隨著太陽光強度的變化而變化，以滿足出口蒸汽壓力、溫度的要求。根據(jù)需要，本集熱器還可以加上二次聚光面，即在窗口 21下面連接一個鏡面反射面，把投射在周圍的光線聚集到空腔內(nèi)，以增加光的采集比率，并防止集熱器外殼2過熱損壞。
該集熱器也可以根據(jù)需要把多個單元進行并聯(lián)，模塊化地滿足各種場合的應用需求。
由于使用水作為工作介質(zhì)成本較低，該集熱器的工作介質(zhì)多為水，顯然地，該集熱器的工作介質(zhì)也不局限為水，也可以使用其他液體材料作為工作介質(zhì)，例如有機液體等。
這樣，當液體介質(zhì)通過導管3的進液口 31進入后，在壓力差的作用下，經(jīng)由導管3 上的出液口 32變成細小的液滴狀并噴入吸熱體23，細小液滴受吸熱體23的高溫作用發(fā)生汽化，經(jīng)過相變后，生成的氣體沿著吸熱體23與窗口 21之間的通道的流動，產(chǎn)生一定的過熱度后，從集熱器的出口管流出；由于增加了具有出液口 32的導管3結(jié)構(gòu)，該集熱器能夠以液體作為工作介質(zhì)，進入集熱器的是液態(tài)介質(zhì)，流量較小，因此管路壓力損失較小，管材消耗較少；集熱器內(nèi)主要換熱方式為相變換熱，換熱系數(shù)高，有利于減少吸熱體23的溫度與整個集熱器的熱損失；流出集熱器的是蒸汽，方便直接加以利用，不需要額外的蒸汽發(fā)生器并避免了額外的換熱過程中的熱損失；同時，把液體工作介質(zhì)先變成細小液滴，可以避免液體相變引起壓力突然增加的發(fā)生，以保證集熱器的可靠性，顯著提高熱利用效率并減少成本。
還可以對本發(fā)明所提供的用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器進行進一步的改進。
請參考圖2和圖3 ；圖2為圖1中A部分的放大圖；圖3為本發(fā)明所提供的導管一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
在一種具體實施方式
中，本發(fā)明所提供的導管3包括直段33和盤段34，其中直段 33的一端與高壓液體介質(zhì)源連通，另一端與盤段34連通，盤段34上開設若干出液口 32，且盤段34沿周向環(huán)繞于吸熱體23 ；設置盤段34能夠充分利用殼體內(nèi)的空間，且盤段34環(huán)繞于吸熱體23提高了熱交換的均勻性。
開設于盤段34上的出液口 32可以設置有多個，各個出液口 32在盤段34的延伸方向上均勻分布。出液口 32應朝向吸熱體23開設，以便能夠更好地與吸熱體23進行熱交換。
導管3的盤段34可以包括多層結(jié)構(gòu)，且其各層沿所吸熱體23的軸向分布。顯然地，導管3的盤段34也不局限于多層結(jié)構(gòu)，且也可以僅為一層的結(jié)構(gòu)。
多層盤段34的具體結(jié)構(gòu)可以為，盤段34的最底層的外徑最大，且自下向上盤段34 的外徑逐漸縮小。顯然地，多層盤段34的結(jié)構(gòu)也不局限于上述具體結(jié)構(gòu)，盤段34的各層的外徑也可以大體相等。
需要指出的是，文中所述的底層是指靠近窗口 21開口的一側(cè)。
導管3的直段33可以與盤段34的最底層連通，這樣，多層盤段34自下向上延伸， 具有較好的熱交換效果，同時能夠優(yōu)化集熱器的空間布置。
上述盤段34的各層均開設有出液口 32 ；這樣，各層的出液口 32均能夠噴出小液滴，從而顯著提高了集熱器的工作效率。顯然地，也并不局限于每層都開設有出液口 32，也可以在多層盤段34間隔開設出液口 32。
在上述多層盤段34的情況下，每層盤段34可以分別設置有多個出液口 32，以便進一步提高集熱器的集熱效率。
各出液口 32可以沿每層盤段34的周向均勻開設，顯然地，也可以非均勻開設。
導管3的出液口 32與吸熱體23之間具有預定距離，以便液態(tài)介質(zhì)產(chǎn)生較好的霧化效果和較為均勻的流量分配。該預定距離應該根據(jù)實際使用情況和工作介質(zhì)的自身性質(zhì)確定，在此不作限定。
出液口 32可以為圓形孔，且其直徑小于1mm。出液口 32的形狀也不局限于圓形， 其也可以為其他規(guī)則或者不規(guī)則的形狀，例如方形或者橢圓形等。同時，圓形出液口 32的直徑也不局限于1mm，其也可以根據(jù)實際使用情況擴大或者縮小該直徑。
本發(fā)明所提供的集熱器還可以包括二次聚光面，該二次聚光面設置于窗口的下方，以便提高聚光性能。
除了上述集熱器，本發(fā)明所提供一種包括上述集熱器的太陽能熱交換系統(tǒng)，該太陽能熱交換系統(tǒng)的其他各部分結(jié)構(gòu)請參考現(xiàn)有技術(shù)，在此不做限定。
以上對本發(fā)明所提供的太陽能熱交換系統(tǒng)及其集熱器進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，包括開設有窗口(21)的外殼O)，以及依次遠離所述窗口的吸熱體03)和隔熱層(22)，其特征在于，還包括導管(3)，所述導管 (3)的進液口(31)與高壓液體介質(zhì)源相連通，且其朝向所述吸熱體的表面上開設有出液口(32)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，其特征在于，所述導管(3) 包括與所述高壓液體介質(zhì)源連通的直段(33)，和與所述直段(3 連通并開設所述出液口(32)的盤段(34)；所述盤段(34)沿周向環(huán)繞所述吸熱體03)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，其特征在于，所述盤段 (34)包括多層結(jié)構(gòu)，且其各層沿所述吸熱體03)的軸向分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，其特征在于，所述直段(33)與所述盤段(34)的最底層連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，其特征在于，所述盤段(34)的各層均開設有所述出液口(32)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，其特征在于，每層所述盤段(34)分別設置有多個所述出液口(32)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，其特征在于，各所述出液口(32)沿每層所述盤段(34)的周向均勻開設。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，其特征在于，所述出液口(32)與所述吸熱體03)之間具有預定距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，其特征在于，所述出液口 (32)為圓形孔，且其直徑小于1mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，其特征在于， 還包括設置于所述窗口的下方的二次聚光面。
11.一種太陽能熱交換系統(tǒng)，包括集熱器，其特征在于，所述集熱器為如權(quán)利要求1至 10任一項所述的集熱器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于太陽能熱交換系統(tǒng)的集熱器，包括開設有窗口(21)的外殼(2)，以及依次遠離所述窗口(21)的吸熱體(23)和隔熱層(22)，還包括導管(3)，所述導管(3)的進液口(31)與高壓液體介質(zhì)源相連通，導管(3)盤繞在吸熱體(23)與隔熱層(22)之間，且其朝向所述吸熱體(23)的表面上開設有細小出液口(32)。液體在吸熱體(23)上吸熱蒸發(fā)。由于增加了具有出液口的導管結(jié)構(gòu)，該集熱器能夠以液體作為工作介質(zhì)進入集熱器，流動穩(wěn)定，流量較小，分布均勻。因此管路壓力損失較小，管材消耗較少。本發(fā)明還公開了一種包括上述集熱器的太陽能熱交換系統(tǒng)。
文檔編號F24J2/06GK102538237SQ20101058079
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者王景鵬, 王耀光, 鄒江, 陳俊, 韓延民 申請人:杭州三花研究院有限公司