CN101603738A - 中温太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中温太阳能集热器。该发明中温太阳能集热器，在其边框和底板为主构成的框架内设有用以联集全玻璃真空太阳能集热管组、带有联集管的联箱，并在联箱的异侧，设有用于固定集热管的尾架及尾座，在所述底板上设有反射板，并在集热器受光面设有与所述边框和底板将全玻璃真空太阳能集热管组封装起来的透明盖板；与所述集热管相匹配的U型管镀有抗氧化涂层或采用抗氧化能力强的金属。基于本发明技术方案的中温太阳能集热器，成本低，工作温度高。

Description

中温太阳能集热器

(一)技术领域

本发明涉及一种中温太阳能集热器，其采用全玻璃真空太阳能集热管作为集热元件，并通过联箱、尾座和尾架将一组或两组集热管联集在一起后置于预制边框内。

(二)背景技术

公知的，以全玻璃真空太阳集热管作为集热元件的太阳能集热器集热效率较低，其工作温度在40℃～80℃，属于低温区，远低于金属真空集热管，虽然成本比较低，但其应用范围比较狭窄，主要用在提供生活热水上。

全玻璃真空太阳能集热器从原理上来说是以全玻璃真空太阳能集热管作为集热元件，通过联箱、尾座和尾架联集后装置在预制的矩形的边框内。其中集热管用于富集热量，在其内部设有U型管，也叫U型调节器，通过导热片固定在集热管内，U型管通有循环介质，用于将富集的热量交换到水箱。目前，本领域的技术人员为了提高太阳能集热器的集热效率都是采用对集热管进行改进这一途径，具体地，是在所说的全玻璃真空太阳能集热管的内玻璃管上镀制吸收涂层，采用这种方式由来已久，比如目前国内应用较广的是中国专利CN85100142公开的Al-N/Al渐变膜，该涂层的优点是，采用单只Al靶直流磁控溅射镀膜，使溅射系统结构简化，溅射效率提高，生产周期短，成本较低，涂层的吸收率可达α≈0.93，发射率ε≈0.06(100℃)，但其工作温度在40℃～100℃，不能在高于100℃的条件下长期工作。

中国知识产权局第200810224525.8号发明专利申请公开了一种中温玻璃-金属结构太阳真空集热管，这种集热管提高了全玻璃真空太阳集热管长期工作温度延伸至140℃以上后的真空寿命。使用这类中温集热管的集热其定义为中温集热器，不过目前中温集热器都是在现有集热器的基础上对集热管的改进，在工作温度到达一定程度上之后，每增加一度都比较困难，并且单管集热管的成本非常高。

(三)发明内容

因此，本发明为了克服现有技术的上述缺陷，提供了一种主要是基于集热器结构改进的中温太阳能集热器，成本低，工作温度高。

本发明采用以下技术方案：

该发明中温太阳能集热器，在其边框和底板为主构成的框架内设有用以联集全玻璃真空太阳能集热管组、带有联集管的联箱，并在联箱的异侧，设有用于固定集热管的尾架及尾座，在所述底板上设有反射板，并在集热器受光面设有与所述边框和底板将全玻璃真空太阳能集热管组封装起来的透明盖板；与所述集热管相匹配的U型管镀有抗氧化涂层或采用抗氧化能力强的金属。

根据本发明技术方案的中温太阳能集热器有别于现有集热器主要靠提高集热管集热效率的方式，而采用对集热自身结构做进一步的改进，当然也不排除使用新型集热管。首先采用反射板，以增加集热管接受太阳辐射的能量，也就是集热管除了接收直接照射到其上面的太阳光的辐射能量外，还能够接收来自反射板反射的照射到各集热管之间的太阳光辐射能量，即便是采用平板式的反射板也能够提高集热效率约5％。另外，采用盖板结构，不仅能够对集热管起到保护作用，防止灰尘覆盖在集热管上影响集热效率，也防止其他垃圾进入集热器，而且还能够防止热量散失，起到一定的保温作用。另一方面，透明盖板的存在使集热器内部形成一温室，温室效应的存在，可以减少热损，提高集热效率。

由于采取了上述措施，使得集热器的集热效率提高，因此，与所述集热管相匹配的U型管镀有抗氧化涂层，以提高其在高温条件下的抗氧化能力，延长其使用寿命。

上述中温太阳能集热器，所述反射板为平面反射板或是相应于每支集热管都具有一个条形的反射凹面的反光弧板，该反光弧板的反射光投射在相应集热管上。

这里考虑到反射板位于集热管的下面，所述盖板的存在可克服止灰尘污染反射板而难于清理的缺陷。

所述反射板的再一个方案是其包括相应于每支集热管的反光单元，该反光单元包括通过位于相应集热管正下部的连接部连接的两个凹面部。

所述凹面部的截面弧线为相应集热管截面圆的渐开线或复合抛物线。

所述两个弧面部在集热管上的投影面积等于所用集热管的表面积。

所述反射板的开口宽度为115～145mm，这里的开口宽度针对的是集热管内管外径37mm；集热管内管外径为其他尺寸时，开口宽度不同，本领域的技术人员可以据此进行调整。

所述弧面部的反射镜面为高反射镜面。

该集热器为竖单排结构、横单排结构或横双排结构；所述盖板与边框装配处设有密封条；所述联箱内除联集部件外的空间填充有保温材料；所述透明盖板带有增透膜。

所述集热管采用中温集热管。

(四)附图说明

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步的描述，使本领域的技术人员更好的理解本发明，其中：

图1为本发明中温太阳能集热器实施例的仰视剖视图。

图2为本发明中温太阳能集热器实施例的俯视结构示意图。

图3为本发明中温太阳能集热器实施例中反光罩反光单体的一种结构示意图。

图4为本发明实施例中具有横单排结构的中温太阳能集热器示意图。

图5为本发明实施例中具有横双排结构的中温太阳能集热器示意图。

图6为本发明实施例中中温集热器效率曲线图。

图7为圆柱吸收体二维复合抛物线聚光器光线示意图。

图中：1、接头，2、联集管，3、盖板，4、密封条，5、保温层，6、边框，7、联箱，8、尾座，9、尾架，10、集热器，11、导热片，12、反射板，13、密封圈，14、U型管，15、连接部，16、凹面部，17、装配部。

(五)具体实施方式

下面对本发明的技术方案作示例性说明：

说明书附图1示出了一种竖单排结构的中温太阳能集热器，以其为例，该中温太阳能集热器，其边框6和底板为主构成的框架内设有用以联集全玻璃真空太阳能集热管组、带有联集管2的联箱7，并在联箱的异侧，设有用于固定集热管10的尾架9及其尾座8，在所述底板上设有反射板12，并在集热器受光面设有与所述边框和底板将全玻璃真空太阳能集热管组封装起来的透明的盖板3；与所述集热管相匹配的U型管14镀有抗氧化涂层或采用抗氧化能力强的金属。

所说的抗氧化能力强的金属，可以采用铜、铜镍合金或不锈钢等金属；所说的抗氧化涂层可以采用镀锌、镍、铬、铝或其他抗氧化材料。至于采用哪种方案，主要考虑成本，抗氧化能力强的金属虽然很多，但相比而言不锈钢成本较低，机加工性能好。而对于抗氧化涂层，在满足U形管基体材料的机加工性能方面要求较低，可以拓展U型管选材的范围。

对于所述反射板为平面反射板或是相应于每支集热管都具有一个条形的反射凹面的反光弧板，该反光弧板的反射光投射在相应集热管上。反光弧板能够提高集热效率越8～9％.

优选地，本方案倾向于采用所述反射板包括相应于每支集热管的反光单元，该反光单元包括通过位于相应集热管正下部的连接部15连接的两个凹面部16。相对于上面两者反射板，这类反射板效率更高，可以提高集热器效率约15％.并据测试，采用了以上结构的中温太阳能集热器工作温度在80℃～160℃，瞬时效率截距达到0.66以上，工作在120℃时，效率截距达到0.49以上。

为了更有效的提高集热期的集热效率，所述凹面部的截面弧线为相应集热管截面圆的渐开线或复合抛物线；所述两个弧面部在集热管上的投影面积等于所用集热管的表面积。

所述弧面部的反射镜面采用高反射镜面，这里的高反射镜面指镜反射率大于0.70的反射镜面，反射率高。为了提高弧面部的反射效率，本方案优选反射率高于0.80反射镜面。

基于本发明技术方案的一个实施例采用开口宽度为115mm的复合抛物面反射板、金属外镀涂层的U型管、中温全玻璃真空太阳集热管的中温太阳能集热器，据此，说明书附图6示出了最高工作温度为120℃的效率曲线。

从曲线中可以看出，该太阳能集热器的瞬时效率截距为0.660，工作温度为120℃时的效率为0.491。

基于本发明技术方案的另一个实施例采用开口宽度为135mm的复合抛物面反射板、金属外镀涂层的U型管、带玻璃盖板、中温全玻璃真空太阳集热管的中温太阳能集热器，瞬时效率截距为0.641，工作温度为120℃时的效率为0.505。

基于本发明技术方案的在一个实施例采用开口宽度为145mm的复合抛物面反射板、金属外镀涂层的U型管、带玻璃盖板、中温全玻璃真空太阳集热管的中温太阳能集热器，瞬时效率截距为0.630，工作温度为120℃时的效率为0.518。

正如上面反射板的横截面曲线采用了相应集热管截面圆的渐开线或者复合抛物线，本领域的技术人员还可以采用其他的反射板横截面曲线，以提高集热管的受光面积和强度。

参考说明书附图7，其示出了圆柱吸收体二维复合抛物线聚光器光线的原理，上述所述的渐开线的内圆为真空管集热器的内圆，即吸收体表面。以y轴为对称轴建立如图7所示的坐标系yoz，θ是Q点到原点的连线与y轴负半轴的夹角。吸热体内径的半径为r，吸热体上一点Q到P的距离为t。反射面上对于任一点P，其坐标为：

x＝rsinθ-tcosθ

y＝-rcosθ-tsinθ

其中，当θ≤θ_i+π/2时，t＝rθ；

当π/2+θ_i≤θ≤3π/2-θ_i时， $t=\frac{r[(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_i+\mathrm{\π}/2)-\cos (\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_i)]}{[1+\sin (\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_i)]}$

θ为极坐标的角度值，θ_i为半接受角，t为极径。上述公式作为复合抛物线反射板的设计依据。

该集热器可以根据实际应用采用竖单排结构、横单排结构或横双排结构。

为了提高集热器集热管组与外界的密封级别，所述盖板与边框装配处设有密封条。

为了提高集热器的保温效果，所述联箱内除联集部件外的空间填充有保温材料。

所述集热管采用中温集热管这种新型的集热管，可以大幅度的提高集热效率和寿命。

为了提高阳光的透射率，所述盖板设有增透膜。

由于基于本方案的集热器工作温度相应于现有集热器有了大幅提高，其应用已经不单单限于提供生活热水，而且其最高工作温度已经达到了发电所需的温度，大大拓展了其应用范围。

Claims (10)

1.一种中温太阳能集热器，在其边框(6)和底板为主构成的框架内设有用以联集全玻璃真空太阳集热管组、带有联集管(2)的联箱(7)，并在联箱的异侧，设有用于固定集热管(10)的尾架(9)及尾座(8)，其特征在于：在所述底板上设有反射板(12)，并在集热器受光面设有与所述边框和底板将全玻璃真空太阳能集热管组封装起来的透明盖板(3)；与所述集热管相匹配的U型管(14)镀有抗氧化涂层或采用抗氧化能力强的金属。

2.根据权利要求1所述的中温太阳能集热器，其特征在于：所述反射板为平面反射板或是相应于每支集热管都具有一个条形的反射凹面的反光弧板，该反光弧板的反射光投射在相应集热管上。

3.根据权利要求1所述的中温太阳能集热器，其特征在于：所述反射板包括相应于每支集热管的反光单元，该反光单元包括通过位于相应集热管正下部的连接部连接的两个凹面部(16)。

4.根据权利要求3所述的中温太阳能集热器，其特征在于：所述凹面部的截面弧线为相应集热管截面圆的渐开线或复合抛物线。

5.根据权利要求4所述的中温太阳能集热器，其特征在于：所述两个弧面部在集热管上的投影面积等于所用集热管的表面积。

6.根据权利要求5所述的中温太阳能集热器，其特征在于：所述反射板的开口宽度为110～145mm。

7.根据权利要求6所述的中温太阳能集热器，其特征在于：所述反射板的开口宽度为115～140mm。

8.根据权利要求5所述的中温太阳能集热器，其特征在于：所述弧面部的反射镜面为高反射镜面。

9.根据权利要求1所述的中温太阳能集热器，其特征在于：该集热器为竖单排结构、横单排结构或横双排结构；所述盖板与边框装配处设有密封条；所述联箱内除联集部件外的空间填充有保温材料；所述透明盖板带有增透膜。

10.根据权利要求1所述的中温太阳能集热器，其特征在于：所述集热管采用中温集热管。

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