CN105276834A - 真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能光热发电技术领域，公开了一种真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器。该真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器包括：多个串联连接的壳体；平行并联连接的集热管路，集热管路互相平行地布置在所述多个壳体内部，壳体与集热管路之间设置为真空；紧贴集热管路表面的作为集热器吸热腔的吸热翅片，该吸热翅片为与集热管路匹配的波纹型，且该吸热翅片表面敷设有选择性吸收涂层。本发明具有良好的抗冻能力、更高的集热换热效果、更高的光热效率、更长的使用寿命和更低的制作成本。

Description

真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器

技术领域

本发明涉及太阳能光热发电系统技术领域，特别涉及一种真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器。

背景技术

能源是社会发展，人类进步的基础。随着工业的发展不断壮大以及人类的需求日益扩大，能源形势日趋紧张，绿色能源被认为是从根本上解决人类能源需求的途径。

其中太阳能因其“储量”无限性，分布普遍性，清洁及经济性的特点而被认为是最具发展潜力的新能源之一。太阳能光热发电的特点是与电网适配性好，光电转换率高，环保可调等，因而成为太阳能利用的重要发展方向。

太阳能光热发电的关键是将太阳光能量积聚化，产生发电所需的温度和能量，因而太阳能光热发电系统的集热器部分成为整个系统的关键，它直接影响光热电转化效率和发电成本的经济性。

现有的太阳能热水集热器具有多种结构，一般可分为板式集热器、真空集热管和热管式真空集热器。板式集热器性价比较高，吸热换热界面处相对平缓，能量分布较均匀，整个界面不存在热点，整体换热较均匀，使用寿命较长，因此板式集热器在太阳能光热领域占据重要的地位，但是板式集热器抗冻性能差，不适于北方地区使用。真空集热管可耐低温-30℃，但是玻璃管件的破损率较高，且低温效能较差，直流方式的真空集热管在夏季有爆管的危险。热管式真空集热器效能较好，但同样存在玻璃管易裂的危险，因此，目前尚未出现一种普适性的，性价比较高的太阳能集热器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器。具有良好的抗冻能力、更高的集热换热效果、更高的光热效率、更长的使用寿命和更低的制作成本。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器，包括：壳体，所述壳体为透明，数量为两个以上，互相串联连接；集热管路，所述集热管路互相平行地布置在所述壳体内部，并联后与母管连接，壳体与集热管路之间设置为真空；吸热翅片，所述吸热翅片紧贴集热管路的表面作为集热器的吸热腔，该吸热翅片为与集热管路匹配的波纹型，且该吸热翅片表面敷设有选择性吸收涂层。

优选地，集热管路通过联箱并联。

优选地，壳体通过串联连接头与母管串联连接。

优选地，集热管路为金属管。

优选地，壳体为圆柱形或椭圆柱形。

优选地，壳体为硼硅玻璃。

优选地，壳体外侧壁涂覆增透膜。

优选地，将所述壳体通过真空抽嘴抽真空。

优选地，壳体外侧的管路通过包裹保温材料或采用真空保温管进行保温。

优选地，所述壳体内填制蒸散型和非蒸散型吸气剂以维持真空腔的真空度。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：平行并联的多根集热管和位于集热管上方的吸热翅片相结合，对射入的太阳光谱设置了光陷阱，提高了集热器的集热换热效率。波浪形的吸热翅片增大了与集热管间的接触面积，使换热面温度分布均匀，降低系统管路热损耗及系统循环泵功耗。由于采用波纹板吸热结构，排管集热器的等效辐射面积比传统单管热靶低，大幅度降低黑体辐射热损失。平行并联管路流阻小，可以通过循环加热解决温升小的问题，制造和保温工艺简单。真空腔体使得保温效果更好，使得集热器具备更佳的抗冻能力，解决了玻璃管真空封装问题，延长集热器的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例的真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器的结构示意图；

图2是本发明实施例的真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器的单管剖面正视结构示意图；

图3是本发明实施例的真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器的单管剖面侧视结构示意图；

图4是本发明实施例的真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器波纹板结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

参见图1，为该真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器的结构示意图。该真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器包括：串联连接的单个真空保温排管式太阳能集热器1；集热器串联连接头2；母管3。

该二维跟踪聚焦太阳能集热器由单个真空保温排管式集热器串联而成，参见图2和图3，为该真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器的单管剖面正视和侧视结构示意图。该单个真空保温排管式集热器包括：

多根并联集热管路21，并联集热管路21之间等距平行设置，在太阳能集热器的受光面设置作为槽式吸热腔的吸热翅片22，该吸热翅片22紧贴管路21的表面，并呈波浪形，波浪形翅片形成平行槽式腔体，使得光线进入后形成光陷阱，从而达到更好的换热效果。吸热翅片22表面涂覆选择性吸收涂层43，用于吸收太阳能可见光谱，反射红外光。壳体24，壳体24采用硼硅玻璃形成圆柱形或椭圆柱形，且该壳体表面涂覆有增透膜25，增透膜25用于减少壳体表面太阳光损失，增大太阳光的入射能量。变径连接头27，多根管路21并联于汇流槽26，通过变径接头27与母管28连接。真空抽嘴39，壳体24通过真空抽嘴39抽真空，真空具有较低的气体导热损失，增强了集热器的光热效率。

该平行并联集热管路1以n个直径为d的小管排列，替代传统(槽式热靶)直径为D＝nd的单管集热管，并采用金属-高硼玻璃真空封装技术实现真空高温。

首先，在总流量相同的情况下，流速提高了n倍，而换热系数h为：

$h_i=0.023\frac{\mathrm{\λ}}{d_i}{{\left(\frac{\mathrm{\ρu}{d}_i}{\mathrm{\μ}}\right)}_m}^{0.8}{{\left(\frac{C_p\mathrm{\μ}}{\mathrm{\λ}}\right)}_m}^{0.4}$

若定义u为单管热靶的流速，单管换热系数(h_i ^D)与排管热系数(h_i ^d)之比为：

$\frac{{h_i}^d}{{h_i}^D}=\frac{{\left({\mathrm{nu}}_i\right)}^{0.8}/d^{0.2}}{{\left(u_i\right)}^{0.8}/D^{0.2}}=n$

可见，在流速相同的情况下，排管热靶的油膜温差比单管热靶低(1/n)^0.2＝1.37倍(设n＝5)，流量低n倍；管路管径可大幅降低，从而大幅度降低了系统管路热损耗及系统循环泵功耗。

此外，由于采用了波纹板吸热结构，排管热靶的等效辐射面积比传统单管热靶低3倍左右，大幅度降低了黑体辐射热损失。当聚焦比小的情况下，排管热靶的这一优势对系统效率的影响尤其明显。

虽然其真空保温玻璃结构带来了额外的界面反射光损(引入了真空玻璃管透过率)，但却带来两大收益：1)由于真空条件允许采用选择性吸收镀膜，2)降低了强迫对流及自然对流散热损失，提高了系统的热稳定度，且易于维护。

进一步地，本发明采用选择性吸收涂层大大降低了辐射、强迫对流及自然对流热损失。在真空情况下，吸收镀膜可保持长期稳定无损，从而提高了系统的耐久性。

参见图4，为该真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器吸热翅片的结构示意图。该真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器实施例的吸热翅片22紧贴集热管路21的表面，并呈波浪形，波浪形翅片形成平行小腔体，使得光线进入后形成光陷阱，从而达到更好的换热效果。吸热翅片22表面涂覆选择性吸收涂层43，用于吸收太阳能可见光，反射红外光，进一步提高集热器的光热效率。

此外，集热器两端进出流母管28外侧可以包裹保温材料，也可以套设真空保温套管保温。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种真空保温排管式二维跟踪聚焦太阳能集热器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体为透明，数量为两个以上，互相串联连接；

集热管路，所述集热管路互相平行地布置在所述壳体内部，并联后与母管连接，壳体与集热管路之间设置为真空；

吸热翅片，所述吸热翅片紧贴集热管路的表面作为集热器的吸热腔，该吸热翅片为与集热管路匹配的波纹型，且该吸热翅片表面敷设有选择性吸收涂层。

2.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述集热管路通过联箱并联。

3.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述壳体通过串联连接头与母管串联连接。

4.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述集热管路为金属管。

5.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述壳体为圆柱形或椭圆柱形。

6.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述壳体为硼硅玻璃。

7.根据权利要求1所述的集热管，其特征在于，所述壳体外侧壁涂覆增透膜。

8.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于，将所述壳体通过真空抽嘴抽真空。

9.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述壳体外侧的管路通过包裹保温材料或采用真空保温管进行保温。

10.根据权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述壳体内填制蒸散型和非蒸散型吸气剂以维持真空腔的真空度。