CN103104989B

CN103104989B - 中温太阳能集热器

Info

Publication number: CN103104989B
Application number: CN201310042598.6A
Authority: CN
Inventors: 郭廷玮; 俞科
Original assignee: Changzhou Longteng Solar Energy Heating Equipment Co Ltd
Current assignee: ROYAL TECH CSP LIMITED
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2033-02-04
Also published as: CN103104989A

Abstract

本发明所公开的是一种太阳能中温集热器，包括具有渐开线段与抛物线段复合型线的呈U型结构的槽式聚光镜，布置在聚光镜渐开线段基圆部位的集热管组件，左、右管座组件和左、右支撑架，以其所述聚光镜由表面镜与基体玻璃复合粘结成一体，且所述表面镜是在其玻璃基背面由内至外依次镀布有银反光膜层和铜保护膜层的后表面镜，在槽式聚光镜的槽口和两侧开口端，分别设有外表面镀布有太阳光增透膜层和自清洁膜层，而内表面镀布有太阳光增透膜层的玻璃盖板为主要特征，具有结构合理，反光率高、集热效率高和使用寿命长等特点。

Description

中温太阳能集热器

技术领域

本发明涉及一种中温太阳能集热器，属于太阳能集热装置技术。

背景技术

本发明所述中温太阳能集热器，是集热介质受热温度达到100~200℃范围内的一种太阳能集热器。

已有技术诸如中国专利200410064610.4所公开的这类太阳能集热器，由两侧渐开线段与抛物线段过渡连接且对称布置所构成的断面呈U型结构的聚光镜，布置在所述聚光镜的渐开线段之基圆中心部位的集热管组件，以及用来支持所述聚光镜和集热管组件的支撑架所组成，所述的这类太阳能集热器，适于在蒸饭、供热水等生活设施上应用。

然而，已有技术的这类太阳能集热器，仍然存在诸多结构性不足，择其主要的有：其一是所述的聚光镜采用的是玻璃钢基加贴膜或铝基加贴膜的结构，由于其玻璃钢基易老化或变形或开裂，而铝基的耐侯性很差，加之贴膜操作很麻烦，膜系层粘合不但不牢靠，而且还会夹带不少气泡，而直接降低了其聚光镜的反光率；其二是已有技术的聚光镜都是前表面镜，即所述反光层是设在玻璃钢基或铝基前表面的，由于所述反光层暴露在外部空间，而要直面承受大气的腐蚀和温差以及风吹雨淋、飞沙走石等恶劣环境的侵袭；其三是已有技术聚光镜的槽口端和两侧端，均是与外界空间相贯通的，由于不设盖板，而致使所述聚光镜内腔不但热量易散失，而且极易受到外部因素的损伤，且人工清洁也非常烦难。有鉴于所述结构性不足，以致已有技术聚光镜的反光率≤80％，而且逐年下降，使用6年时的反光率下降至30％。据欧洲一家研究单位的测试，对同等结构同等规模的太阳能热发电聚光镜系统，其聚光镜的反光率每提高1％，可通过减少集热器的数量而节约投资70万欧元。

发明内容

本发明旨在提供一种结构合理，聚光镜反光率高，抵御环境压力的能力强，使用寿命长的中温太阳能集热器，以克服已有技术的不足。

本发明实现其目的的技术构想：一是所述聚光镜采取表面镜与基体玻璃双层复合粘成一体的结构，既提高其整体物理性能，又避免了由于不同材质复合因两者膨胀系数不同所带来的变形、开裂和分离等缺陷的产生；二是所述聚光镜的表面镜采取玻璃基镀膜结构，以避免由贴膜而带来的麻烦，和在玻璃基与贴膜间形成气泡；三是所述表面镜采用后表面镜结构，将反光膜层与保护膜层依次分别镀布在表面镜的反面，且通过表面镜与基体玻璃复合粘接，而使得所述膜系结构层，藏身于夹层玻璃之间，得到了彻底的安全保护，从而从根本上提高了聚光镜的反光率和正常工作寿命；四是所述后表面镜背面所镀的反光膜层采用银反光膜层，而由于银是目前可知的反光率最高的一种单质反光材料，从而较已有技术有效提高了反光率；五是分别采用镀膜玻璃盖板将断面呈U型结构的槽式聚光镜的槽口和两侧开口端密封起来，而避免所述聚光镜内腔的热量散失，且所述聚光镜的表面镜可得到更加有效的保护；六是所述表面镜采用的是玻璃镜，而其玻璃基是一种超白（低铁）超薄（厚度在0.8~1.6mm范围内）赋形化学钢化玻璃，有效提高了所述表面镜的反光率；从而实现本发明的目的。

基于上述技术构想，本发明实现其目的的主旨技术方案是：

一种中温太阳能集热器，包括：两侧型线由渐开线段与抛物线段过渡连接且对称布置所构成的断面呈U型结构的槽式聚光镜，布置在聚光镜的渐开线段之基圆中心部位的集热管组件，左、右管座组件和左、右支撑架；

所述集热管组件，由玻璃真空管，和布置在玻璃真空管内且由导热金属翅片定置的U型集热介质管组成；集热介质管的进、出口均暴露在玻璃真空管的外部，且分别可与集热介质输送管和集热介质回流管管路连接；

所述管座组件，由左、右镜座，具有轴套的左、右管座，和连接件组成；所述聚光镜的两端分别嵌装在左、右镜座的第一嵌装槽内；左、右镜座底部分别与连接件的两侧端连接；左、右管座分别与连接件两侧端连接，而其轴套套装在支撑架的轴套上；玻璃真空管左、右端分别与左、右支撑架的轴套呈轴孔配装；通过支撑架与地面固定体连接，可使管座组件连同聚光镜和集热管组件，一起悬空固定在地面固定体的上方，而其：

a，所述断面呈U型结构的槽式聚光镜，由表面镜与基体玻璃经粘结剂复合粘结成一体；所述表面镜系后表面镜，是在其玻璃基的后表面，由内至外依次镀布有反光膜层和保护膜层；

b，还包括盖板玻璃；所述盖板玻璃布置在所述聚光镜的槽口部位，且与管体组件的镜座的开口端密接，而与断面呈U型结构的槽式聚光镜的槽口密合；

所述盖板玻璃的外表面，由内至外依次镀布有第一太阳光增透膜层和第一自清洁膜层，在盖板玻璃的内表面镀布有第二太阳光增透膜层；

c，还包括左、右侧玻璃盖板；所述左、右侧玻璃盖板分别嵌装在左、右镜座内侧的第二嵌装槽内；

所述侧玻璃盖板的外表面，由内至外依次镀布有第三太阳光增透膜层和第二自清洁膜层，在侧玻璃盖板的内表面镀布有第四太阳光增透膜层。

由以上所给出的技术方案，结合以上所述的技术构想可以明了，本发明实现了其所要实现的目的。

为了能够跟踪太阳而进一步提高集热效率，本发明还主张，所述管座的轴套还设有径向紧定螺钉，通过紧定螺钉可将断面呈U型结构的槽式聚光镜槽口端面法线，固定在与入射的太阳光保持在最小的夹角范围内。这一技术方案所给出是一种分时段跟踪太阳的人工跟踪装置，通过人为转动所述聚光镜，而使其槽口端在一年四季中能够保持对着太阳。但并不排除自动跟踪装置。

在上述技术方案中，本发明还主张，所述的断面呈U型结构槽式聚光镜的表面镜的玻璃基和盖板玻璃以及侧盖板玻璃，均是厚度在0.8~1.6mm范围内的低铁超白钢化玻璃，由于采用薄型玻璃制成的表面镜，比厚玻璃表面镜的反光率要高得多（实验结果表明，薄玻璃镜的反光率可达到96-97％，而厚玻璃镜的反光率＜93％），为此，本发明主张所述表面镜的玻璃厚度，在其结构物理性能和工艺条件允许的条件下，其厚度以薄为好，优选的所述表面镜的玻璃基厚度为1.6mm，而所述的基体玻璃是厚度在3~5mm范围内的普通钢化玻璃。

在上述技术方案中，本发明还主张，所述盖板玻璃内外表面和侧玻璃盖板内外表面所镀布的太阳光增透膜层，均为SiO₂膜层；而所述盖板玻璃和侧玻璃盖板分别镀布在太阳光增透膜层表面的自清洁膜层均为TiO₂膜层。当然并不局限于此。所述的太阳光增透膜层也可以是MgF₂膜层；而所述的自洁膜层也可以是TiO₂与其它金属、金属氧化物或其它元素掺杂的复合物。

在上述技术方案中，本发明还主张，所述反光膜层是银反光膜层，所述保护膜层是铜保护膜层，但不局限于此。所述反光膜层也可以是汞反光膜层，而所述保护膜层，也可以是铝保护膜层。

上述技术方案得以全面实施后，本发明所具有的结构合理，聚光镜反光率高，集热器得热率高，使用寿命长等特点，是显而易见的。

附图说明

图1是本发明一种具体实施方式的结构立体示意图；

图2是如图1所示的聚光镜1的示意图，图中所示8为渐开线段1-1的基圆；

图3是图2的A部放大图；图中所示1-3-1-3为粘结剂层；

图4是图1的B部放大图；

图5是如同图1所示的镜座3-1的示意图，图中所示图5a为镜座3-1的主视图，图中所示3-1-3连接孔，图5b为图5a的C-C剖面图；

图6是如同图4所示管座3-3的示意图，其中图6a为其主视图，图6b为其左视图；

图7是如同图4所示支撑架4的示意图；其中图7a为其主视图，图7b为其左视图；

图8为盖板玻璃5和侧盖板玻璃6的截面结构图。

具体实施方式

以下对照附图，结合具体实施方式的描述，对本发明作进一步说明。

一种典型的具体实施方式，如附图1~8所示，

一种中温太阳能集热器，包括：两侧型线由渐开线段1-1与抛物线段1-2过渡连接且对称布置所构成的断面呈U型结构的槽式聚光镜1，布置在聚光镜1的渐开线段1-1之基圆中心部位的集热管组件2，左、右管座组件3和左、右支撑架4；

所述集热管组件2，由玻璃真空管2-1，和布置在玻璃真空管2-1内且由导热金属翅片定置的U型集热介质管2-2组成；集热介质管2-2的进、出口均暴露在玻璃真空管2-1的外部，且分别可与集热介质输送管和集热介质回流管管路连接；

所述管座组件3，由左、右镜座3-1，具有轴套3-2的左、右管座3-3，和连接件3-4组成；所述聚光镜1的两端分别嵌装在左、右镜座3-1的第一嵌装槽3-1-1内；左、右镜座3-1底部分别与连接件3-4的两侧端连接；左、右管座3-3分别与连接件3-4两侧端连接，而其轴套3-2套装在支撑架4的轴套4-1上；玻璃真空管2-1左、右端分别与左、右支撑架4的轴套4-1呈轴孔配装；通过支撑架4与地面固定体连接，可使管座组件3连同聚光镜1和集热管组件2，一起悬空固定在地面固定体的上方，而；

a，所述断面呈U型结构的槽式聚光镜1，由表面镜1-3与基体玻璃1-4经粘结剂复合粘结成一体；所述表面镜1-3系后表面镜，是在其玻璃基1-3-1的后表面，由内至外依次镀布有反光膜层1-3-1-1和保护膜层1-3-1-2；

b，还包括盖板玻璃5；所述盖板玻璃5布置在所述聚光镜1的槽口部位，且与管体组件3的镜座3-1的开口端密接，而与断面呈U型结构的槽式聚光镜1的槽口密合；

所述盖板玻璃5的外表面，由内至外依次镀布有第一太阳光增透膜层5-1和第一自清洁膜层5-2，在盖板玻璃5的内表面镀布有第二太阳光增透膜层5-3；

c，还包括左、右侧玻璃盖板6；所述左、右侧玻璃盖板6分别嵌装在左、右镜座3-1内侧的第二嵌装槽3-1-2内；

所述两侧玻璃盖板6的外表面，由内至外依次镀布有第三太阳光增透膜层6-1和第二自清洁膜层6-2，在侧玻璃盖板6的内表面镀布有第四太阳光增透膜层6-3。

而所述管座3-3的轴套3-2，还设有径向紧定螺钉7，通过紧定螺钉7可将断面呈U型结构的槽式聚光镜1槽口端面法线，固定在与入射的太阳光保持在最小的夹角范围内。

而所述的断面呈U型结构槽式聚光镜1的表面镜1-3的玻璃基1-3-1，和盖板玻璃5以及侧盖板玻璃6，均是厚度为0-8~1.6mm的低铁超白钢化玻璃。

而所述盖板玻璃5内外表面和侧玻璃盖板6内外表面所镀布的太阳光增透膜层5-1、5-3、6-1、6-3，均为SiO₂膜层；而所述盖板玻璃5和侧玻璃盖板6分别镀布在太阳光增透膜层5-1、6-1表面的自清洁膜层5-2、6-2均为TiO₂膜层。

在上述具体实施方式中，所述与聚光镜1相吻合密接的镜座3-1，是精密铸造的铝制件；所述用来粘接表面镜1-3与基体玻璃1-4的粘接剂，建议采用由国外进口的高强度树脂粘接剂；推荐的一种所述聚光镜1的槽向（轴向）长度为1700mm，槽口宽度为400mm，槽深为420mm，而其表面镜1-3的玻璃基1-3-1是厚度为1.6mm的低铁超白钢化玻璃；所述聚光镜1的基体玻璃1-4为5mm厚的普钢化通玻璃。

如具体实施方式所描述的中温太阳能集热器初样的试用效果是很好的，其反光率达到96％~97％，集热介质的温度达到150℃以上，具有很强的耐受恶劣环境的能力，预计其使用寿命≥25年。取得了十分明显的技术经济效果，实现了本发明的初衷。

本发明的使用范围，不受本说明书描述的限制。用其生产的蒸汽，可以广泛适用于太阳能蒸饭和烧开水，太阳能供热、太阳能制冷空调；纺织工业，化学工业，造纸、木材加工和贵重药材干燥以及工艺浴槽加热等领域，具有非常广阔的应用前景。

Claims

1.一种中温太阳能集热器，包括：两侧型线由渐开线段（1-1）与抛物线段（1-2）过渡连接且对称布置所构成的断面呈U型结构的槽式聚光镜（1），布置在聚光镜（1）的渐开线段（1-1）之基圆中心部位的集热管组件（2），左、右管座组件（3）和左、右支撑架（4）；

所述集热管组件（2），由玻璃真空管（2-1），和布置在玻璃真空管（2-1）内且由导热金属翅片定置的U型集热介质管（2-2）组成；集热介质管（2-2）的进、出口均暴露在玻璃真空管（2-1）的外部，且分别可与集热介质输送管和集热介质回流管管路连接；

所述管座组件（3），由左、右镜座（3-1），具有轴套（3-2）的左、右管座（3-3），和连接件（3-4）组成；所述聚光镜（1）的两端分别嵌装在左、右镜座（3-1）的第一嵌装槽（3-1-1）内；左、右镜座（3-1）底部分别与连接件（3-4）的两侧端连接；左、右管座（3-3）分别与连接件（3-4）两侧端连接，而其轴套（3-2）套装在支撑架（4）的轴套（4-1）上；玻璃真空管（2-1）左、右端分别与左、右支撑架（4）的轴套（4-1）呈轴孔配装；通过支撑架（4）与地面固定体连接，可使管座组件（3）连同聚光镜（1）和集热管组件（2），一起悬空固定在地面固定体的上方；

其特征在于：

a，所述断面呈U型结构的槽式聚光镜（1），由表面镜（1-3）与基体玻璃（1-4）经粘结剂复合粘结成一体；所述表面镜（1-3）系后表面镜，是在其玻璃基（1-3-1）的后表面，由内至外依次镀布有反光膜层（1-3-1-1）和保护膜层（1-3-1-2）；

b，还包括盖板玻璃（5）；所述盖板玻璃（5）布置在所述聚光镜（1）的槽口部位，且与管体组件（3）的镜座（3-1）的开口端密接，而与断面呈U型结构的槽式聚光镜（1）的槽口密合；

所述盖板玻璃（5）的外表面，由内至外依次镀布有第一太阳光增透膜层（5-1）和第一自清洁膜层（5-2），在盖板玻璃（5）的内表面镀布有第二太阳光增透膜层（5-3）；

c，还包括左、右侧玻璃盖板（6）；所述左、右侧玻璃盖板（6）分别嵌装在左、右镜座（3-1）内侧的第二嵌装槽（3-1-2）内；

所述侧玻璃盖板（6）的外表面，由内至外依次镀布有第三太阳光增透膜层（6-1）和第二自清洁膜层（6-2），在侧玻璃盖板（6）的内表面镀布有第四太阳光增透膜层（6-3）。

2.根据权利要求1所述的中温太阳能集热器，其特征在于，所述管座（3-3）的轴套（3-2），还设有径向紧定螺钉（7），通过紧定螺钉（7）可将断面呈U型结构的槽式聚光镜（1）槽口端面法线，固定在与入射的太阳光保持在最小的夹角范围内。

3.根据权利要求1所述的中温太阳能集热器，其特征在于:所述的断面呈U型结构槽式聚光镜（1）的表面镜（1-3）的玻璃基（1-3-1），和盖板玻璃（5）以及侧盖板玻璃（6），均是厚度在0.8~1.6mm范围内的低铁超白钢化玻璃，所述基体玻璃（1-4）是厚度在3~5mm范围内的普通钢化玻璃。

4.根据权利要求1或2所述的中温太阳能集热器，其特征在于：所述盖板玻璃（5）的内外表面和侧玻璃盖板（6）的内外表面所镀布的太阳光增透膜层（5-1、5-3、6-1、6-3），均为SiO₂膜层；而所述盖板玻璃（5）和侧玻璃盖板（6）分别镀布在太阳光增透膜层（5-1、6-1）表面的自清洁膜层（5-2、6-2）均为TiO₂膜层。

5.根据权利要求1所述中温太阳能集热器，其特征在于：所述反光膜层（1-3-1-1）是银反光膜层，而所述保护膜层（1-3-1-2）是铜保护膜层。