權(quán)利要求書： 1.一種容積式太陽能吸熱器，其特征在于：包括支撐腔體、位于支撐腔體內(nèi)的至少一個透明柵格、若干限位環(huán)、彈性元件、吸熱球體元件和包裹于支撐腔體外表面的保溫層；所述的支撐腔體由前端全開口的圓柱或圓錐狀空腔的筒體、固定安裝在筒體開口前端面的中心帶有圓形通孔的前端板、固定安裝在前端板外側(cè)用于封閉前端板的圓形通孔的石英窗組成；所述的透明柵格由設(shè)有若干孔洞的凹形曲面和環(huán)狀體組合而成，該環(huán)狀體的外表面與筒體的內(nèi)表面同軸并略帶間隙配合，透明柵格的凹面朝向石英窗；該環(huán)狀體面對前端板的一側(cè)端面依次通過限位環(huán)、彈性元件與前端板頂緊，另一端與固定在筒體內(nèi)表面的限位環(huán)靠緊定位；所述的吸熱球體元件包括與透明柵格的凸面一定距離且固定在筒體內(nèi)表面的球體固定網(wǎng)Ⅰ、位于球體固定網(wǎng)Ⅰ與筒體底面之間的且與筒體內(nèi)表面固定的球體固定網(wǎng)Ⅱ、在球體固定網(wǎng)Ⅰ和球體固定網(wǎng)Ⅱ之間的采用石英玻璃材料制造的球體Ⅰ，以及在球體固定網(wǎng)Ⅱ和筒體底面之間的采用耐高溫的金屬或陶瓷制造的球體Ⅱ；該球體固定網(wǎng)Ⅰ和球體固定網(wǎng)Ⅱ是阻擋球體流動的大孔隙率的耐高溫金屬網(wǎng)板；所述的前端板設(shè)有工質(zhì)流入孔，筒體底面設(shè)有工質(zhì)流出孔，該工質(zhì)流出孔的內(nèi)部設(shè)有阻擋吸熱球體Ⅱ流出的耐高溫的阻擋網(wǎng)；所述的透明柵格有2個，同軸并列布置且用限位環(huán)分隔；靠近前端板的透明柵格通過限位環(huán)、彈性元件與前端板頂緊，靠近吸熱球體元件的透明柵格與固定在筒體內(nèi)表面的限位環(huán)靠緊定位；所述的彈性元件為彈簧或帶彈性的疊片。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容積式太陽能吸熱器，其特征是：所述的球體Ⅱ的外表面涂覆有對太陽光高吸收率且低紅外發(fā)射的涂層；該球體Ⅱ為外部為金屬或陶瓷層并內(nèi)部包裹有儲熱介質(zhì)的球殼結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的容積式太陽能吸熱器，其特征是：所述的儲熱介質(zhì)是高溫相變材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容積式太陽能吸熱器，其特征是：根據(jù)權(quán)利要求1所述的容積式太陽能吸熱器，其特征是：所述的透明柵格為石英玻璃材料制造，透明柵格的凹形曲面為圓錐曲面、球面、拋物面或橢球面；該曲面的凹表面涂覆有減少太陽光線反射的減反膜。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容積式太陽能吸熱器，其特征是：所述的透明柵格的凹形曲面的孔洞為圓形、三角形、方形或腰形孔；該孔洞沿透明柵格的凹形曲面的周向均勻陣列。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容積式太陽能吸熱器，其特征是：所述的球體Ⅰ和球體Ⅱ都均勻?qū)盈B布置，球體Ⅰ的直徑大于球體Ⅱ。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容積式太陽能吸熱器，其特征是：所述的前端板的中心圓形通孔與筒體的前端開口同軸布置；該筒體的內(nèi)表面涂覆有對太陽光低吸收率的耐高溫涂層。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容積式太陽能吸熱器，其特征是：所述的工質(zhì)為空氣或超臨界二氧化碳。

說明書： 一種容積式太陽能吸熱器技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于太陽能聚光集熱利用領(lǐng)域，尤其是一種采用透明柵格和球體進行吸熱并與氣體工質(zhì)換熱的容積式太陽能吸熱器。背景技術(shù)[0002] 太陽能是清潔環(huán)保和分布廣泛的可再生能源，開發(fā)利用太陽能資源是我國實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)升級并助力“碳達峰、碳中和”目標(biāo)的重要途徑之一。例如開發(fā)和利用太陽能進行高溫供熱或熱發(fā)電，該技術(shù)的實現(xiàn)通常是采用大面積反射鏡組成的聚光器將低密度太陽光聚集到一個小型的腔體吸熱器內(nèi)，并被吸熱器內(nèi)的吸熱體吸收，進而產(chǎn)生高溫來加熱傳熱工質(zhì)，實現(xiàn)太陽光能到工質(zhì)熱能的轉(zhuǎn)換；然后，通過這些熱工質(zhì)對外供熱，或推動熱機（例如蒸汽渦輪發(fā)動機）做功帶動發(fā)電機并生產(chǎn)電能。無論是中高溫供熱還是高品位的太陽能光熱發(fā)電利用，太陽能吸熱器始終是其核心裝置，它的光?熱轉(zhuǎn)換性能及其運行溫度直接影響整個太陽能光熱利用系統(tǒng)的運行效率和經(jīng)濟性。[0003] 由于空氣介質(zhì)工作溫度不受限制（可以高達1000℃以上），它不會像太陽能光熱用熔鹽和導(dǎo)熱油一樣存在高溫分解（一般在500℃以內(nèi)）和低溫冷凍等問題，而且空氣介質(zhì)的獲取極為方便且低廉。因此，采用空氣作為傳熱介質(zhì)的容積式太陽能吸熱器是太陽能高溫?zé)崂玫闹匾问街弧，F(xiàn)有技術(shù)中（如授權(quán)公告號CN103123175B和專利號ZL201610803966.8），容積式太陽能吸熱器通常由一個腔體形狀的外筒體、安裝在外筒體內(nèi)部的由多孔介質(zhì)材料制造的吸熱體、固定在密封筒體前端開口位置的并用于透過聚光器聚集的太陽光的玻璃蓋板組成閉式容腔；吸熱體吸收聚集來的太陽光能，空氣從密封筒體靠近玻璃蓋板側(cè)的進氣管進入容腔，再經(jīng)過吸熱體被加熱后沿密封筒體尾端的出氣管流出。

實際工作時由于太陽光在多孔介質(zhì)中的穿透距離很小，主要高溫區(qū)域均在其外露的表層，這將導(dǎo)致紅外輻射熱損失嚴重；另外現(xiàn)有的多孔介質(zhì)吸熱器的儲熱能力不足，自身的儲熱量有限。因此，摒棄傳統(tǒng)的多孔介質(zhì)容積式吸熱器思路，發(fā)明創(chuàng)造一種具備大儲熱量、高效光?熱轉(zhuǎn)換且低熱損失的積式太陽能吸熱器，對提升太陽能聚光熱發(fā)電站的經(jīng)濟性能尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單的采用透明柵格和球體進行吸熱并與氣體工質(zhì)換熱的容積式太陽能吸熱器，具有低熱損失且高效光?熱轉(zhuǎn)換效果，以及儲熱功能。[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種容積式太陽能吸熱器，包括支撐腔體、位于支撐腔體內(nèi)的至少一個透明柵格、若干限位環(huán)、彈性元件、吸熱球體元件和包裹于支撐腔體外表面的保溫層；所述的支撐腔體由僅前端全開口的圓柱或圓錐狀空腔的筒體、固定安裝在筒體開口前端面的中心帶有圓形通孔的前端板、固定安裝在前端板外側(cè)用于封閉前端板的圓形通孔的石英窗組成；所述的透明柵格由設(shè)有若干孔洞的凹形曲面和環(huán)狀體組合而成，該環(huán)狀體的外表面與筒體的內(nèi)表面同軸并略帶間隙配合，透明柵格的凹面朝向石英窗；該環(huán)狀體面對前端板的一側(cè)端面依次通過限位環(huán)、彈性元件與前端板頂緊，另一端與固定在筒體內(nèi)表面的限位環(huán)靠緊定位；所述的吸熱球體元件包括與透明柵格的凸面一定距離且固定在筒體內(nèi)表面的球體固定網(wǎng)Ⅰ、位于球體固定網(wǎng)Ⅰ與筒體底面之間的且與筒體內(nèi)表面固定的球體固定網(wǎng)Ⅱ、在球體固定網(wǎng)Ⅰ和球體固定網(wǎng)Ⅱ之間的采用石英玻璃材料制造的球體Ⅰ，以及在球體固定網(wǎng)Ⅱ和筒體底面之間的采用耐高溫的金屬或陶瓷制造的球體Ⅱ；該球體固定網(wǎng)Ⅰ和球體固定網(wǎng)Ⅱ是阻擋球體流動的大孔隙率的耐高溫金屬網(wǎng)板；所述的前端板設(shè)有工質(zhì)流入孔，筒體底面設(shè)有工質(zhì)流出孔，該工質(zhì)流出孔的內(nèi)部設(shè)有阻擋吸熱球體Ⅱ流出的耐高溫的阻擋網(wǎng)；所述的工質(zhì)為空氣或超臨界二氧化碳。[0006] 上述的容積式太陽能吸熱器中，所述的球體Ⅱ的外表面涂覆有對太陽光高吸收率且低紅外發(fā)射的涂層；該球體Ⅱ為外部為金屬或陶瓷層并內(nèi)部包裹有儲熱介質(zhì)的球殼結(jié)構(gòu)；所述的儲熱介質(zhì)是高溫相變材料。[0007] 上述的容積式太陽能吸熱器中，所述的透明柵格有2個，同軸并列布置且用限位環(huán)分隔；靠近前端板的透明柵格通過限位環(huán)、彈性元件與前端板頂緊，靠近吸熱球體元件的透明柵格與固定在筒體內(nèi)表面的限位環(huán)靠緊定位；所述的彈性元件為彈簧或帶彈性的疊片。[0008] 上述的容積式太陽能吸熱器中，所述的透明柵格為石英玻璃材料制造，透明柵格的凹形曲面為圓錐曲面、球面、拋物面或橢球面；該曲面的凹表面涂覆有減少太陽光線反射的減反膜；所述的透明柵格的凹形曲面的孔洞為圓形、三角形、方形或腰形孔；該孔洞沿透明柵格的凹形曲面的周向均勻陣列。[0009] 上述的容積式太陽能吸熱器中，所述的球體Ⅰ和球體Ⅱ都均勻?qū)盈B布置，球體Ⅰ的直徑大于球體Ⅱ。[0010] 上述的容積式太陽能吸熱器中，所述的前端板的中心圓形通孔與筒體的前端開口同軸布置；該筒體的內(nèi)表面涂覆有對太陽光低吸收率的耐高溫涂層。[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：[0012] 1）本發(fā)明將透明柵格、石英吸熱球體Ⅰ和非透明吸熱球體Ⅱ依次布置在支撐腔體內(nèi)部，聚光器聚集的太陽光依次通過透明柵格、球體Ⅰ進行透射并吸收部分光能，最終到達非透明吸熱球體Ⅱ進行完全吸收；氣體工質(zhì)首先從透明柵格的孔洞流過并換熱，然后依次進入石英球體和帶儲熱非透明球體進行高湍流強度的高效換熱，實現(xiàn)了高溫換熱區(qū)域后移至球體Ⅰ后半?yún)^(qū)域和球體Ⅱ區(qū)域，結(jié)合石英材料的熱輻射低透過性，可有效減少熱輻射損失到吸熱器外部環(huán)境中；2）本發(fā)明采用球體Ⅰ和包裹儲熱介質(zhì)的球體Ⅱ進行吸熱、換熱和儲熱，實現(xiàn)了儲?傳熱的有效集成，具有結(jié)構(gòu)簡單且運行可靠的特點；3）低溫工質(zhì)首先從吸熱器的石英窗和透明柵格流過，能有效降低兩者的服役溫度，這不僅可以減小熱損失，而且還可以改善它們的熱應(yīng)力，提升服役安全可靠性。附圖說明[0013] 圖1為本發(fā)明的容積式太陽能吸熱器的結(jié)構(gòu)剖分圖。[0014] 圖中：1?彈性元件；2?保溫層；3?筒體；4?石英窗；5?前端板；6?限位環(huán)Ⅰ；7?透明柵格Ⅰ；8?限位環(huán)Ⅱ；9?透明柵格Ⅱ；10?限位環(huán)Ⅲ；11?球體固定網(wǎng)Ⅰ；12?球體Ⅰ；13?球體固定網(wǎng)Ⅱ；14?球體Ⅱ；15?阻擋網(wǎng)。具體實施方式[0015] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。[0016] 如圖1所示，本發(fā)明包括支撐腔體、位于支撐腔體內(nèi)的至少一個透明柵格7、若干限位環(huán)（6、8和10）、彈性元件1、吸熱球體元件和包裹于支撐腔體外表面的保溫層2；所述的支撐腔體由僅前端全開口的圓柱或圓錐狀空腔的筒體3、固定安裝在筒體3前端面開口的中心帶有圓形通孔的前端板5、固定安裝在前端板5的外側(cè)用于封閉前端板的圓形通孔的石英窗4組成；所述的透明柵格7由設(shè)有若干孔洞的凹形曲面和環(huán)狀體組合而成，該環(huán)狀體的外表面與筒體3的內(nèi)表面同軸并略帶間隙配合，透明柵格7的凹面朝向石英窗4；該環(huán)狀體面對前端板5的一側(cè)端面依次通過限位環(huán)Ⅰ6、彈性元件1與前端板5頂緊，另一端與固定在筒體3內(nèi)表面的限位環(huán)Ⅲ10靠緊定位；所述的吸熱球體元件包括與透明柵格7的凸面一定距離且固定在筒體3內(nèi)表面的球體固定網(wǎng)Ⅰ11、位于球體固定網(wǎng)Ⅰ11與筒體3底面之間的且與筒體內(nèi)表面固定的球體固定網(wǎng)Ⅱ13、在球體固定網(wǎng)Ⅰ11和球體固定網(wǎng)Ⅱ13之間的采用石英玻璃材料制造的球體Ⅰ12，以及在球體固定網(wǎng)Ⅱ13和筒體3底面之間的采用耐高溫的金屬或陶瓷制造的球體Ⅱ14；該球體固定網(wǎng)Ⅰ11和球體固定網(wǎng)Ⅱ13是阻擋球體流動的大孔隙率的耐高溫金屬網(wǎng)板；所述的前端板5設(shè)有工質(zhì)流入孔，筒體3底面設(shè)有工質(zhì)流出孔，該工質(zhì)流出孔的內(nèi)部設(shè)有阻擋吸熱球體Ⅱ14流出的耐高溫的阻擋網(wǎng)15；該工質(zhì)流入孔中的換熱工質(zhì)為空氣或超臨界二氧化碳等氣體工質(zhì)。

[0017] 優(yōu)選的，所述的球體Ⅱ14的外表面涂覆有對太陽光高吸收率且低紅外發(fā)射的涂層；該球體Ⅱ14為外部為金屬或陶瓷層并內(nèi)部包裹有儲熱介質(zhì)的球殼結(jié)構(gòu)；所述的儲熱介質(zhì)是高溫相變材料。[0018] 優(yōu)選的，所述的透明柵格7有2個，同軸并列布置且用限位環(huán)Ⅱ8分隔；靠近前端板5的透明柵格Ⅰ7通過限位環(huán)Ⅰ6、彈性元件1與前端板5頂緊，靠近吸熱球體元件的透明柵格Ⅱ9與固定在筒體3內(nèi)表面的限位環(huán)Ⅲ10靠緊定位；該彈性元件1為彈簧或帶彈性的疊片。[0019] 優(yōu)選的，所述的透明柵格為石英玻璃材料制造，透明柵格的凹形曲面為圓錐曲面、球面、拋物面或橢球面；該曲面的凹表面涂覆有減少太陽光線反射的減反膜；該透明柵格的凹形曲面的孔洞為圓形、三角形、方形或腰形孔；該孔洞沿透明柵格的凹形曲面的周向均勻陣列。[0020] 優(yōu)選的，所述的球體Ⅰ12和球體Ⅱ14都均勻?qū)盈B布置，球體Ⅰ12的直徑大于球體Ⅱ14。

[0021] 優(yōu)選的，所述的前端板5的中心圓形通孔與筒體3的前端開口同軸布置；該筒體3的內(nèi)表面涂覆有對太陽光低吸收率的耐高溫涂層。