CN101666549A - 槽式聚光热管真空管集热装置 - Google Patents

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张小松
杨磊
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Abstract

槽式聚光热管真空管集热装置主体部分由玻璃真空管(5)以及带有曲面翅片(3)的铜质热管(2)组成。铜质热管与曲面翅片焊接为一体，并将翅片一面较紧密的贴合在全玻璃真空管的内部壁面上，翅片的存在增加了接收太阳辐射的面积，同时强化了热管从真空管内空气吸热的能力。热管的冷凝端露出真空管管外，伸入到吸热工作流体中，将热量释放给工作流体。全玻璃真空管内层玻璃的吸热表面上涂有高吸收率低发射率的选择性涂层，两管端封闭，其中一端嵌入由保温材料制成的接合体(1)中并固定。热管也穿过该结合体处于真空管管内。二者的封接处无需直接接触，避免了由于金属和玻璃热膨胀系数的差异而造成的接合困难，制作工艺相对简单，成本降低。

Description

槽式聚光热管真空管集热装置
技术领域
本发明是一种将热管真空管用于槽式聚光器上的太阳能集热装置，属于太阳能利用范畴，太阳能聚光领域。
背景技术
太阳能是目前新能源领域内最受关注的能源之一，无论是在热利用方面还是发电方面近年来都取得了长足的进步。太阳能发电包括热发电和光伏发电两种类型，其中太阳能热发电技术利用太阳能加热吸热工质，进而驱动发电机发电，发出的电能并入电网使用。由于驱动发电机所需要的工质温度较高，一般采用聚光型太阳能集热器收集太阳辐射，是吸热工作流体达到相对较高的温度。槽式聚光器由抛物面型聚光元件结合成聚光阵列，聚光方式为线聚焦，可以采用一维追踪方式追踪太阳辐射，能够获得中温(200～400℃)。传统的槽式聚光装置将涂有选择性吸收涂层的金属管道安装在玻璃管道内部，置于聚焦线位置上，金属管道内流动有吸热流体，玻璃管道与金属管之间为真空状态。由于玻璃与金属的热膨胀性能差别很大，二者的封接在工艺上存在很大的难点，导致加工成本较高。另外，由于金属管壁会达到很高的温度，选择性涂层的性能稳定性也很难得到保证。
将市场上业已成熟的全玻璃真空管和铜质热管安装在一起作为集热管道，曲面翅片与热管焊接为一体，贴合在真空管的内管壁，不但能够直接吸收太阳辐射，也能通过热管与真空管之间的热空气获得热量。热管的冷凝端处于吸热工作流体中，通过冷凝放热加热工作流体。热管与玻璃真空管的封接处无需直接接触，避免了由于金属和玻璃的热膨胀系数差异而造成的接合困难，简化了制造工艺，降低了系统加工成本。另外，选择吸收性涂层并不是涂在热管上，而是涂在真空管吸热管身，热管的高换热性能使得管壁温度不至于过高，而造成选择性涂层的性能不稳定。
发明内容
技术问题：本发明提出一种槽式聚光热管真空管集热装置，通过焊接有曲面翅片的热管吸收聚焦的太阳辐射能，在热管冷凝端冷凝放热加热吸热工作流体。热管与玻璃真空管封接处无需接触，避免了由于金属和玻璃热膨胀系数的差异而造成的接合困难，降低了加工成本。
技术方案：本发明的槽式聚光热管真空管集热装置包括集热体和槽式聚光器，其中，集热体由玻璃真空管和位于玻璃真空管内的铜质热管组成，集热体与槽式聚光器平行放置且位于槽式聚光器的聚焦线位置上。
铜质热管带有曲面形状的翅片，二者焊接成一体，并将翅片另一侧紧密贴合在玻璃真空管的内部壁面上，玻璃真空管内层玻璃的吸热表面涂有高吸收率低发射率的选择性涂层，两管端封闭，热管冷凝端露出真空管管外，伸入到吸热工作流体中。
玻璃真空管的一端嵌于由保温材料制成的接合体中并固定，玻璃真空管的管身也穿过该接合体，玻璃真空管外的冷凝端置于吸热工作流体中，其余部分则位于真空管内部。
接合体可以由价格低廉、易于获得的保温材料制成，将真空管靠近热管冷凝端的封闭端插进接合体内并固定。热管本身也穿过接合体，将除了冷凝端头以外的部分进入真空管管内，并将其冷凝端置于吸热工作流体之中，热管内相变介质在真空管内吸收太阳辐射，相变蒸发成气体，然后汇聚在冷凝端冷凝放热，释放出来的热量用来加热工作流体，使其达到较高的温度。
最后将由真空管和热管共同组成的集热管道安放于槽式聚光器的聚焦线位置上，构成该槽式聚光热管真空管集热装置。
有益效果：
1、全玻璃真空管和热管均为市场上的成型产品，价格低廉、易于获得；
2、采用曲面翅片与热管焊接，易与真空管内部壁面贴合。增加了吸热面积，同时增强热管直接吸收太阳辐射以及从真空管管内热空气中吸收热量的能力；
3、采用保温材料制成接合体，热管和真空管的封接处并不直接接触，不需要高难度的接合工艺，降低了成本。
4、热管的高换热性能使得玻璃真空管管壁温度不会过高而造成选择性涂层的性能不稳定甚至失效。
附图说明
图1是本发明装置的主视图，其中包括接合体1，铜质热管2，曲面翅片3，槽式聚光器4，玻璃真空管5。
图2是本发明装置的俯视图。图3是本发明装置的左视图。
具体实施方式
本发明的槽式聚光热管真空管集热装置包括集热体和槽式聚光器4，其中，集热体由玻璃真空管5和位于玻璃真空管5内的铜质热管2组成，集热体与槽式聚光器4平行放置且位于槽式聚光器4的聚焦线位置上。铜质热管2带有曲面形状的翅片3，二者焊接成一体，并将翅片3另一侧紧密贴合在玻璃真空管5的内部壁面上，玻璃真空管5内层玻璃的吸热表面涂有高吸收率低发射率的选择性涂层，两管端封闭，热管冷凝端露出真空管管外，伸入到吸热工作流体中。玻璃真空管5的一端嵌于由保温材料制成的接合体1中并固定，玻璃真空管5的管身也穿过该接合体，玻璃真空管5外的冷凝端置于吸热工作流体中，其余部分则位于真空管内部。
该发明可以直接采用当今市场上业已成熟的全玻璃真空管产品以及技术成熟的现成热管产品相结合作为集热装置。全玻璃真空管由双层玻璃抽真空，两端封闭而成，其内层玻璃的外吸热表面上涂有高吸收率低发射率的选择性吸收涂层，可以显著提高其吸热效率而同时降低向外界的辐射散热。在铜质热管管内空间充注有低沸点的相变介质，其蒸发段吸收聚焦的太阳辐射以及真空管管内热空气的热量，相变介质蒸发成气体，然后气体汇聚在冷凝端冷凝，将热量释放给工作流体后变回液体状态再回流至蒸发端，工作流体被加热。这一过程不断循环重复，工作流体将被加热至较高的温度。热管带有曲面翅片，曲面翅片可以由平直的铝或铜翅片直接弯曲而成，然后将热管焊接在曲面翅片的中心线位置，尽量减少二者的接触热阻。曲面翅片的存在增加了吸热面积，同时增强热管直接吸收太阳辐射以及从真空管管内热空气中吸收热量的能力。然后将焊有曲面翅片的铜质热管放置在全玻璃真空管内部，并将翅片所在的那一面与真空管内管壁紧密贴合，更加易于二者之间传热。热管的高换热性能使得玻璃真空管管壁温度不会过高而造成选择性涂层的性能不稳定甚至失效。
接合体可以由价格低廉的保温材料制成，将真空管靠近热管冷凝端的封闭端插进接合体内并固定。热管本身也直接穿过接合体，除了冷凝端头，其余的部分均进入真空管内部。将热管的冷凝端置于吸热工作流体之中，热管内的相变介质在冷凝端冷凝释放出的热量用来加热工作流体，使其达到较高的温度。
将由真空管和热管共同组成的集热管道安放于槽式聚光器的聚焦线上，便组成了该槽式聚光热管真空管集热装置。

Claims (3)

1.一种槽式聚光热管真空管集热装置，其特征在于该装置包括集热体和槽式聚光器(4)，其中，集热体由玻璃真空管(5)和位于玻璃真空管(5)内的铜质热管(2)组成，集热体与槽式聚光器(4)平行放置且位于槽式聚光器(4)的聚焦线位置上。
2.根据权利要求1所述的槽式聚光热管真空管集热装置，其特征在于铜质热管(2)带有曲面形状的翅片(3)，二者焊接成一体，并将翅片(3)另一侧紧密贴合在玻璃真空管(5)的内部壁面上，玻璃真空管(5)内层玻璃的吸热表面涂有高吸收率低发射率的选择性涂层，两管端封闭，热管冷凝端露出真空管管外，伸入到吸热工作流体中。
3.根据权利要求1所述的槽式聚光热管真空管集热装置，其特征在于玻璃真空管(5)的一端嵌于由保温材料制成的接合体(1)中并固定，玻璃真空管(5)的管身也穿过该接合体，玻璃真空管(5)外的冷凝端置于吸热工作流体中，其余部分则位于真空管内部。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100310