一種基于納米吸光沸騰的太陽能聚光加熱裝置及其聚光改善方法，本發明專利技術裝置包括出汽口、隔熱聚光器、沸騰池、吸光材料、給水口、待加熱水；隔熱聚光器與蒸餾池上端面密封連接；沸騰池頂端設出汽口，下端設給水口；待加熱水經給水口進沸騰池；沸騰池內的待加熱水上覆蓋吸光材料；入射光經隔熱聚光器匯聚后，投射到吸光材料；隔熱聚光器包括抽氣孔、平面透光鏡、真空隔層、聚光透鏡、疏水鍍層；平面透光鏡與聚光透鏡密封形成真空隔層；聚光透鏡表面鍍疏水鍍層；隔熱聚光器兼具隔熱和聚光兩大功能，利用真空隔層防止蒸汽散熱，減少冷凝；利用疏水鍍層防止水滴附著，改善聚光效率并提高系統集熱效率。
【技術實現步驟摘要】
一種基于吸光沸騰的聚光加熱裝置及其聚光改善方法
本專利技術屬于太陽能聚光加熱領域，涉及一種基于吸光沸騰的聚光加熱裝置及其聚光改善方法。
技術介紹
太陽能因具有取之不盡、用之不竭、清潔無污染等優點，成為新能源領域最受關注的技術，太陽能熱利用是應用最為廣泛的太陽能利用方式，隨著太陽能集熱技術發展，在技術經濟性上，太陽能熱利用技術與常規能源相比具有很大競爭優勢。現有的太陽能光熱轉化技術主要采用的是利用聚光器將太陽光聚焦到接收器（集熱管、集熱腔）上，加熱接收器對工質進行間接加熱，最終產生高品位熱能加以利用。目前，一種利用吸光納米材料的進行吸光對局部工質進行直接加熱的太陽能光熱新方法受到越來越多的關注，該方法具有響應快、效率高等優點。然而，在實際利用過程中，利用該方法進行加熱的過程中，由于聚光透鏡如果與蒸汽直接接觸，容易再聚光器表面進行冷凝，最終影響到聚光器的光學性能，降低聚光效率，降低了裝置工作的穩定性和效率。因此，如何避免蒸汽再聚光器表面進行凝結附著，改善和提高聚光器的聚光性能，對于提升吸光沸騰太陽能集熱裝置的可靠性和穩定性具有重要作用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述問題，提供一種便捷高效、性能穩定的太陽能聚光加熱裝置和改善聚光方法。為實現上述目的，本專利技術所采用的技術方案是：一種基于吸光沸騰的聚光加熱裝置，包括出汽口、隔熱聚光器、沸騰池、吸光材料、給水口和待加熱水；隔熱聚光器與蒸餾池上端面密封連接；沸騰池的頂端設有出汽口，沸騰池的下端設有給水口；待加熱水經給水口進入沸騰池內；沸騰池內的待加熱水上覆蓋有吸光材料；隔熱聚光器包括抽氣孔、平面透光鏡、真空隔層、聚光透鏡、疏水鍍層；平面透光鏡與聚光透鏡密封連接，并形成真空隔層；平面透光鏡上開有抽氣孔；聚光透鏡外表面鍍有疏水鍍層。作為優選，所述的沸騰池上端面的傾斜角θ等于裝置安裝所在地的緯度值。作為優選，所述的聚光透鏡為凸透鏡或菲涅耳透鏡。作為優選，所述的疏水鍍層（12）采用疏水性的靜態接觸角大于120°的材料，其透光率為聚光透鏡的透光率的95%以上。作為進一步的優選，所述的聚光透鏡和疏水鍍層的工作溫度為150℃以上。作為優選，所述的吸光材料為吸光率大于0.9、發射率小于0.2、密度小于水的親水納米顆粒或多孔灰體材料。本專利技術的另一目的是提供一種使用所述裝置的聚光改善方法：入射光透過隔熱聚光器后聚焦在吸光材料上，加熱吸光材料使其升溫，使吸光材料周圍的水沸騰，產生蒸汽；蒸汽上升過程中，利用平面透光鏡和聚光透鏡之間密封形成真空隔層減少散熱，防止冷凝；同時利用聚光透鏡與蒸汽接觸的表面鍍有的疏水鍍層來提高聚光透鏡的防水性，防止部分冷凝水在聚光透鏡表面附著匯聚；蒸汽通過出汽口排出。本專利技術與現有技術相比，具有以下優點：（1）本專利技術裝置通過增加真空隔層，在減小隔熱聚光器散熱的同時，巧妙地避免了蒸汽冷凝對聚光透鏡聚光特性的影響，提高了系統的穩定性和可靠性。（2）本專利技術裝置提出在聚光透鏡與蒸汽接觸的表面上鍍疏水鍍層，避免蒸汽冷凝后的水滴在聚光透鏡上匯聚，進一步提高和保證了聚光透鏡的聚光特性。（3）本專利技術裝置實現了隔熱聚光器和沸騰池的一體化設計，結構更加緊湊，安裝更加方便。附圖說明圖1是一種基于納米吸光沸騰的太陽能聚光加熱裝置結構示意圖；圖2是本專利技術的聚光透鏡為凸透鏡的隔熱聚光器的剖面視圖；圖3是本專利技術的聚光透鏡為菲涅爾透鏡的隔熱聚光器的剖面視圖；圖4是本專利技術的沸騰池的結構示意圖。圖中：出汽口1、隔熱聚光器2、沸騰池3、吸光材料4、給水口5、待加熱水6、入射光7、抽氣孔8、平面透光鏡9、真空隔層10、聚光透鏡11、疏水鍍層12。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步的說明。如圖1所示，一種基于吸光沸騰的聚光加熱裝置，包括出汽口1、隔熱聚光器2、沸騰池3、吸光材料4、給水口5和待加熱水6；隔熱聚光器2與蒸餾池3上端面密封連接；沸騰池3的頂端設有出汽口1，沸騰池3的下端設有給水口5；待加熱水6經給水口5進入沸騰池3內；沸騰池3內的待加熱水6上覆蓋有吸光材料4；入射光7經隔熱聚光器2透過并匯聚后，投射到吸光材料4；如圖2或3所示，隔熱聚光器2包括抽氣孔8、平面透光鏡9、真空隔層10、聚光透鏡11、疏水鍍層12；平面透光鏡9與聚光透鏡11密封連接，并形成真空隔層10；平面透光鏡9上開有抽氣孔8；通過抽氣孔8進行抽氣，從而形成真空隔層10。聚光透鏡11外表面鍍有疏水鍍層12。所述的沸騰池3上端面的傾斜角θ的最佳值等于安裝所在地的緯度值。但在實際使用過程中，實際傾斜角θ可在最佳傾斜角附近。所述的聚光透鏡11為具有高透光率的凸透鏡或菲涅耳透鏡。凸透鏡的設置方式如圖2所示，菲涅耳透鏡的設置方式如圖3所示。作為優選，所述的疏水鍍層12采用透光、疏水材料，其疏水性的靜態接觸角大于120°，其透光率為聚光透鏡的透光率的95%以上。上述的聚光透鏡11和疏水鍍層12的工作溫度均應高于150℃，以保證裝置的正常運行。作為一種改進，所述的吸光材料4為吸光率大于0.9且發射率小于0.2且密度小于水的親水納米顆粒或多孔灰體材料。本專利技術的具體工作過程如下：根據本專利技術裝置使用地的地理位置和光照特點，確定沸騰池上端面的傾斜角θ，以便獲得最優太陽光投入輻射,θ的最佳值等于安裝所在地的緯度值。隔熱聚光器安裝在沸騰池上端面，調整裝置方位，使隔熱聚光器面向太陽光入射方向；入射光經隔熱聚光器匯聚后投射到吸光材料；吸光材料吸收太陽能后迅速升溫，使周圍的水迅速沸騰產生蒸汽；真空隔層減少蒸汽透過隔熱聚光器向外散熱，避免聚光透鏡溫度過低導致蒸汽冷凝；聚光透鏡與蒸汽接觸的表面鍍有疏水鍍層，即便有蒸汽液化成水滴，也不會附著在聚光透鏡表面，影響聚光透鏡的聚光特性；蒸汽由沸騰池上端的出汽口排出；根據沸騰池內待加熱水的水位變化，外界水源經給水口及時將待加熱水補入沸騰池，確保沸騰池內有充足的待加熱水，同時又不溢出出汽口。本專利技術裝置通過增加真空隔層，在減小隔熱聚光器散熱的同時，巧妙地避免了蒸汽冷凝對聚光透鏡聚光特性的影響，提高了系統的穩定性和可靠性。與此同時，本專利技術裝置提出在聚光透鏡與蒸汽接觸的表面上鍍疏水鍍層，避免蒸汽冷凝后的水滴在聚光透鏡上匯聚，進一步提高和保證了聚光透鏡的聚光特性。本專利技術裝置實現了隔熱聚光器和沸騰池的一體化設計，結構更加緊湊，安裝更加方便。另外，基于上述裝置，本專利技術提出了一種使用所述裝置的聚光改善方法：入射光7透過隔熱聚光器2后聚焦在吸光材料4上，加熱吸光材料4使其快速升溫，使吸光材料4周圍的水快速沸騰，產生蒸汽；蒸汽上升過程中，通過出汽口1時，為了避免蒸汽在隔熱聚光器2上遇冷冷凝，利用平面透光鏡9和聚光透鏡11之間密封形成真空隔層10減少散熱，防止冷凝；為了進一步防止部分冷凝水在聚光透鏡11表面附著匯聚，影響聚光透鏡11的幾何聚光特性，破壞聚光透鏡11的聚光效果，聚光透鏡11與蒸汽接觸的表面鍍有高透光性的疏水鍍層12，在保證隔熱聚光器2透光性的同時，提高聚光透鏡11的防水性，即便有冷凝水也不會在聚光透鏡11上附著匯聚。蒸汽通過出汽口1排出；蒸汽通過出汽口1排出。以上所述，僅為本專利技術較佳的具體實施方式，但本專利技術的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領域的技術人員在本專利技術披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應該涵蓋在本本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于吸光沸騰的聚光加熱裝置，其特征在于，包括出汽口（1）、隔熱聚光器（2）、沸騰池（3）、吸光材料（4）、給水口（5）和待加熱水（6）；隔熱聚光器（2）與蒸餾池（3）上端面密封連接；沸騰池（3）的頂端設有出汽口（1），沸騰池（3）的下端設有給水口（5）；待加熱水（6）經給水口（5）進入沸騰池（3）內；沸騰池（3）內的待加熱水（6）上覆蓋有吸光材料（4）；隔熱聚光器（2）包括抽氣孔（8）、平面透光鏡（9）、真空隔層（10）、聚光透鏡（11）、疏水鍍層（12）；平面透光鏡（9）與聚光透鏡（11）密封連接，并形成真空隔層（10）；平面透光鏡（9）上開有抽氣孔（8）；聚光透鏡（11）外表面鍍有疏水鍍層（12）。
【技術特征摘要】
1.一種基于吸光沸騰的聚光加熱裝置，其特征在于，包括出汽口（1）、隔熱聚光器（2）、沸騰池（3）、吸光材料（4）、給水口（5）和待加熱水（6）；隔熱聚光器（2）與沸騰池（3）上端面密封連接；沸騰池（3）的頂端設有出汽口（1），沸騰池（3）的下端設有給水口（5）；待加熱水（6）經給水口（5）進入沸騰池（3）內；沸騰池（3）內的待加熱水（6）上覆蓋有吸光材料（4）；隔熱聚光器（2）包括抽氣孔（8）、平面透光鏡（9）、真空隔層（10）、聚光透鏡（11）、疏水鍍層（12）；平面透光鏡（9）與聚光透鏡（11）密封連接，并形成真空隔層（10）；平面透光鏡（9）上開有抽氣孔（8）；聚光透鏡（11）外表面鍍有疏水鍍層（12）。2.根據權利要求1所述的基于吸光沸騰的聚光加熱裝置，其特征在于，所述的沸騰池（3）上端面的傾斜角θ等于裝置安裝所在地的緯度值。3.根據權利要求1所述的基于吸光沸騰的聚光加熱裝置，其特征在于，所述的聚光透鏡（11）為凸透鏡或菲涅耳透鏡。4.根據權利要求1所述的基于吸...
【專利技術屬性】
技術研發人員：章楠豪，張良，華蒙，俞自濤，胡亞才，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33
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