CN102538225A - 太阳能集热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种太阳能集热器，包括出口联箱和进口联箱，所述出口联箱和进口联箱之间设置有支管，所述支管沿其走向至少一部分有弯曲。所述进口联箱和/或出口联箱上设置太阳光聚热孔，出口联箱、进口联箱之间设置若干呈三维螺旋线形式排列的支管，支管在其走向上有弯曲，使支管可以在有限的空间内增加吸热面积，且支管选用螺纹管或波纹管，支管内的工质经过螺旋线形轨道行进时，加强了自身的扰动性，使得加热更均匀更快速，吸热效率得到了提高，还可以使定日镜反射的太阳光更加充分的接触支管，使支管内的工质与太阳光的热交换更彻底。

Description

太阳能集热器
技术领域
本发明涉及太阳能应用技术领域，尤其涉及一种太阳能集热器。
背景技术
在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代方法，以求得可持续发展并在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能，由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。无论是太阳能热水器、太阳灶、主动式太阳房、太阳能温室还是太阳能干燥、太阳能工业加热、太阳能热发电等都离不开太阳能集热器，都是以太阳能集热器作为系统的动力或者核心部件。
目前，国内外太阳能发电站常使用的集热器的结构是采用支架支撑呈上下设置的两个联箱，两联箱之间设置若干竖直或简单的S型设置的集热单元支管，采用此种结构形式的集热器有两个缺点，
第一：集热单元支管采用光管制造，且其在两联箱之间呈竖直或简单的S型布置，这样由定日镜反射太阳光辐射到集热器时，有效的吸热面积很小，且支管内的传热工质的扰动性很小，热交换不均匀，导致热交换的质量不好，极大的浪费了太阳能源。
第二：为了增加吸热效率，就必须增加受热面，这样就增加了制造受热面用的钢材，且钢材增加，则就增加了支撑集热器的支架的负载压力，不仅使制造成本增加，还增加了安装难度。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种太阳能集热器，其结构简单，有效吸热面积大，且支管内的传热工质的扰动性强，热交换均匀，热交换的质量高，能尽可能多的吸收定日镜反射过来的太阳能，节约制造用的钢材，降低制造成本和安装难度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
一种太阳能集热器，包括出口联箱和进口联箱，所述出口联箱和进口联箱之间设置有支管，所述支管至少为一个，所述支管沿其走向至少一部分有弯曲。所述进口联箱和/或出口联箱上设置太阳光聚热孔，且为了方便支管的安装以及节约空间，可以将出口联箱和进口联箱设置为环形联箱，为了能够更好的控制支管内工质的温度或者压力，所以在支管的出口处设置温度传感器或者压力传感器，更加优选的是，是在支管的出口处同时设置温度传感器和压力传感器，这样就可以更加准确的检测支管内工质的实时状态并进行相应的控制。
在支管的入口处设置阀门，且此阀门可采用单向阀，所述太阳能集热器上设置有控制单元，所述控制单元通过所述温度传感器或者压力传感器或者温度传感器和压力传感器的组合的测量值控制所述阀门，这样可以当支管通向出口联箱的入口处的温度或压力低于某一设定值时，对应的支管入口处的单向阀关闭，以保证出口联箱温度和压力维持在某一设定值之上，从而保证集热器正常的工作。
为了加强支管内的工质的扰动性，使换热更均匀，采取以下办法：可以在支管内设置有至少一根金属丝或金属片，所述金属丝或金属片呈螺旋形状或者波纹状；亦可在支管内设置有至少两根金属丝或金属片，所述金属丝或金属片呈螺旋形状或者波纹状相互缠绕；可以将支管选用螺纹管或波纹管。
进一步的，还可以将所述出口联箱和进口联箱之间设置至少一个支管，且所述支管呈三维螺旋线形式排列在出口联箱、进口联箱之间，所述支管的螺旋半径逐渐变大或变小；更优选的可以将支管呈三维阿基米德螺旋线形式排列在出口联箱、进口联箱之间；所述呈三维阿基米德螺旋线形式排列的支管的螺旋线中心与所述通孔的中心位于同一直线上。
进一步的，还包括外壳，所述外壳设置通孔用于进光，且所述出口联箱和进口联箱设置在外壳的内部。
进一步的，为增强整体的稳定性，所述每相邻支管管道外壁至少一部分通过焊接相连。
进一步的，在所述外壳内部设置有若干绝热支架，用于支撑支管；优选的所述绝热支架可由陶瓷制成，呈十字交叉设置在外壳内部。
进一步的，所述绝热支架上固定安装环形金属支架和/或条形金属支架，用于固定支管。
进一步的，在所述外壳内部、且位于所述支管的外围设置有绝热的填充材料。
本发明的有益效果为：通过在外壳内部设置呈上下布置的出口联箱、进口联箱，且出口联箱、进口联箱之间设置若干呈三维螺旋线形式排列的支管，且此支管在其走向上有弯曲，使支管可以在有限的空间内增加支管长度从面增加吸热面积，使定日镜反射的太阳光更加充分的接触支管；支管选用螺纹管或波纹管，在支管内增设金属丝或金属片，使工质在沿支管螺旋线形轨道行进的同时，增强了对其扰动，使得加热更均匀更快速，吸热效率得到了提高，使支管内的工质与太阳光的热交换更彻底；通过在外壳内部填充绝热材料，可以防止因金属自身以及环境因素而导致的热量损失，本集热器结构简单，可节约制造用的钢材，降低制造成本和安装难度，同时有效吸热面积大，支管内传热工质扰动性强，热交换均匀，热交换的质量高，能尽可能的吸收定日镜反射过来的太阳能。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明所述太阳能集热器的结构示意图；
图2为本发明所述太阳能集热器的又一结构示意图(仅示出联箱和支管)；
图3为图2中所示A处的局部放大图；
图4为图2的俯视示意图；
图5为本发明所述太阳能集热器的另一结构示意图(仅示出联箱和支管)。
图中：
1、工质出口；2、环形金属支架；3、条形金属支架；4、外壳；5、支管；6、工质进口；7、出口联箱；8、进口联箱；9、绝热支架；10、传感器；11、阀门；12、聚热孔。
具体实施方式
如图1至5所示，给出了本发明所述太阳能集热器的一个具体实施例，其构成包括呈上下布置的环形出口联箱7和进口联箱8，出口联箱7和进口联箱8之间设置若干换热用支管5，支管5沿其走向有弯曲，如图3所示，且环形进口联箱8上设置太阳光聚热孔12，支管5呈三维螺旋线形式排列在出口联箱、进口联箱之间，为了更好的进行换热，支管5可呈三维阿基米德螺旋线形式排列在出口联箱7、进口联箱8之间，所述支管的螺旋半径逐渐变大，亦可逐渐变小；支管的螺旋线中心与所述通孔的中心位于同一直线上，支管5可以选用螺纹管或波纹管，每相邻支管5管道外壁至少一部分通过焊接相连，有利于提高整体的稳定性。
此集热器还包括外壳4，外壳4呈长方体形，外壳4底部对应进口联箱8的太阳光聚热孔12设置通孔，出口联箱7和进口联箱8设置在外壳的内部，在出口联箱7上设置工质出口1，工质出口1穿过外壳4顶部并向上延伸，在进口联箱8上设置工质进口6，工质进口6穿过外壳4一侧并向外延伸。
在支管5的外侧设置若干用于固定支管5的环形金属支架2和条形金属支架3，且条形金属支架3焊接在环形金属支架2上，为了将支管5更好的支撑住，通过若干十字交叉设置的绝热支架9固定在外壳4内部，此处的绝热支架9由陶瓷制成。
为了防止支管5内的工质散热快，在外壳4内部、且位于支管5的外围设置有绝热的填充材料。
具体实施时，按图2先将出口联箱7和进口联箱8固定在外壳4的上部和下部，再将十二根支管5按照阿基米德螺旋线形式缠绕并且排列好，支管在设置时沿其管路走向具有一定的变曲，然后将排列好的十二根支管5分别焊在出口联箱7和进口联箱8的相对应位置上，将三个环形金属支架2和四根条形金属支架3按照图示焊接好，并把六根呈十字交叉的绝热支架9穿过缠绕好的支管组架在外壳4上，最后在外壳4内部、缠绕好的支管组外侧填充绝热材料。
经过若干定日镜将太阳光反射到外壳4下部的通孔处，并穿过通孔照射在支管组内侧壁上，同时工质(冷空气)从工质进口7进入支管内部进行加热，加热好的工质(高温高压的热空气)从工质出口1进入涡轮发电机进行发电。
本集热器在外壳4内部设置呈上下布置的出口联箱、进口联箱，且出口联箱、进口联箱之间设置若干呈三维螺旋线形式排列的支管5，且此支管5在其走向上有弯曲，使支管5可以在有限的空间内增加吸热面积，且支管5选用螺纹管或波纹管，支管5内的工质经过螺旋线形轨道，加强了自身的扰动性，使得加热更均匀更快速，吸热效率得到了提高，还可以使定日镜反射的太阳光更加充分的接触支管，使支管5内的工质与太阳光的热交换更彻底。
在外壳4内部填充绝热材料，可以防止因金属自身以及环境因素而导致的热量损失。对比现有技术，此集热器结构简单，有效的吸热面积大，且支管内的传热工质的扰动性强，热交换均匀，热交换的质量高，能尽可能的全部吸收定日镜反射过来的太阳能，节约制造用的钢材，降低制造成本和安装难度。
如图5所示，作为上述实施例的进一步改进，在支管的出口处设置传感器10，此传感器10可以为温度传感器或者压力传感器，更加优选的可以为温度传感器和压力传感器二者的组合，在支管的入口处设置阀门11，此处的阀门11可以选用单向阀，在太阳能集热器上设置控制单元，控制单元通过温度传感器或压力传感器或者温度传感器和压力传感器的组合的测量值控制阀门11，当支管通向出口联箱7的入口处的温度或压力低于某一设定值时，对应的支管入口处的单向阀关闭，以保证出口联箱7的温度和压力值维持在某一设定值以上，以保证太阳能集热器能顺利进行。
当然为了能使支管内的工质的扰动性更大，热交换更均匀，所以可以在支管内设置至少一根金属丝或金属片，两根以上时，可将金属丝或金属片呈螺旋形状或者波纹状相互缠绕，可以取得更好的扰流效果，进一步强化换热效果。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种太阳能集热器，其特征在于，包括出口联箱和进口联箱，所述出口联箱和进口联箱之间设置有支管，所述支管沿其走向至少一部分有弯曲。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述出口联箱和进口联箱之间设置至少一个支管，且所述支管呈三维螺旋线形式排列在出口联箱、进口联箱之间。
3.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述出口联箱和进口联箱整体呈环形结构。
4.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述进口联箱和/或出口联箱上设置太阳光聚热孔。
5.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述支管的出口处设置温度传感器或者压力传感器或者同时设置温度传感器和压力传感器。
6.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述支管的入口处设置有阀门。
7.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述支管内设置有一根金属丝或金属片，所述金属丝或金属片呈螺旋形状或者波纹状。
8.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述支管内设置有至少两根金属丝或金属片，所述金属丝或金属片呈螺旋形状或者波纹状相互缠绕。
9.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述支管为螺纹管或波纹管。
10.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述太阳能集热器上设置有控制单元。
11.根据权利要求1至10所述的任一种太阳能集热器，其特征在于，还包括外壳，所述外壳设置通孔用于进光，且所述出口联箱和进口联箱设置在外壳的内部。
12.根据权利要求2所述的太阳能集热器，其特征在于，所述支管呈三维阿基米德螺旋线形式排列在出口联箱、进口联箱之间。
13.根据权利要求2所述的太阳能集热器，其特征在于，所述支管的螺旋半径逐渐变大或变小。
14.根据权利要求2所述的太阳能集热器，其特征在于，所述每相邻支管管道外壁至少一部分通过焊接相连。
15.根据权利要求2所述的太阳能集热器，其特征在于，所述支管外壁上固定安装环形金属支架和/或条形金属支架，用于固定支管。
16.根据权利要求11所述的太阳能集热器，其特征在于，在所述外壳内部、且位于所述支管的外围设置有绝热的填充材料。
17.根据权利要求11所述的太阳能集热器，其特征在于，在所述外壳内部设置有若干绝热支架，用于支撑支管。
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