CN106352567A

CN106352567A - 一种吸热器内置式新型太阳能集热管

Info

Publication number: CN106352567A
Application number: CN201610936312.2A
Authority: CN
Inventors: 范满; 梁宏博; 郑万冬; 由世俊; 张欢; 夏军宝
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2017-01-25

Abstract

本发明公开了一种吸热器内置式新型太阳能集热管，包括吸热器、黑漆涂层、传热介质、内层玻璃套管、外层玻璃套管、选择性透过层等部分。吸热器外侧表面涂有黑漆涂层，吸热器置于传热介质内部，内外两侧均有传热介质，内层玻璃套管与外层玻璃套管之间为狭小空气层或抽真空。选择性透过层设计在内层玻璃套管外表面，具有高透射率、低发射率的特点，可有效降低内层玻璃套管与外层玻璃套管之间的辐射热损失。本发明所述的太阳能集热管具有集热效率高、热损失小、便于模块化安装等特点，可应用于非聚焦型集热器或线聚焦型集热器等装置中，为太阳能集热器进一步大规模推广应用提供了技术支持。

Description

一种吸热器内置式新型太阳能集热管

技术领域

本发明涉及太阳能集热技术领域，包括吸热器结构、集热器结构、端部连接等内容，具体是一种吸热器内置式太阳能集热管。

背景技术

根据太阳能集热器温度不同，太阳能集热器可分为低温太阳能集热器，工作温度80℃以下；中温太阳能集热器，工作温度范围为80～250℃；高温集热器，工作温度在250℃以上。太阳能低温集热器可应用于热水、供暖等领域；太阳能中高温集热器可用于供暖、制冷、发电等领域。

集热管作为太阳能集热器的核心部件，其性能的高低直接影响着整个集热器热力性能的优劣。目前已有的集热管形式大多是由内层吸热管和外层玻璃管组成：内层吸热管外涂以选择性吸收涂层，外侧套以玻璃管，吸热管和玻璃管间抽真空以减小热损失，两端密封连接。这种集热管多为金属-玻璃真空集热管和全玻璃真空集热管，可应用于真空管太阳能集热器、槽式太阳能集热器等其它形式集热器中。由于吸热管和玻璃管间的环形空间抽真空处理，吸热管和玻璃管间的对流热损失可大幅降低，集热管集热效率较高。但吸热管作为整个集热器温度最高的部件，虽然外表面涂有选择性吸收涂层(高吸收率、低发射率)，吸热管向外界的辐射热损失依然较大。因此，降低吸热管传向外界的热损失是改善整个集热器热力性能的一项关键措施。

另一方面，增强吸热管向内部传热工质的传热过程也是改善集热器热力性能的一项关键措施。对于传统集热管，工作介质在通道内流动距离短、湍流强度低、与吸热器的传热面积小等问题，使得工作介质不能充分吸热，集热器的集热效率有待提高。对于太阳能集热器，如何降低吸热管传向外界的热损失以及增强吸热管向内部工质的传热过程仍需要进一步地深入研究。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种吸热器内置式新型太阳能集热管，解决现有技术中传统太阳能集热管水流通道短、工质湍流强度低、与吸热器的传热面积小以及热损失大的问题，可应用于低、中、高温太阳能集热器中。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种吸热器内置式新型太阳能集热管，包括吸热器、黑漆涂层、传热介质、内层玻璃套管、外层玻璃套管、选择性透过层等部分。吸热器外侧表面涂有黑漆涂层，用以吸收投射来的太阳辐射能。吸热器置于传热介质内部，内外两侧均有传热介质，可增大传热介质与吸热器的传热面积。内层玻璃套管与外层玻璃套管之间为狭小空气层或抽真空，可有效减小吸热器的对流热损失。选择性透过层设计在内层玻璃套管外表面，具有高透射率、低发射率的特点，可有效降低内层玻璃套管与外层玻璃套管之间的辐射热损失。

所述传热介质可为导热油、水、醇溶液、融熔盐等。

所述吸热器可以为金属管或金属板，其剖面形状可以为圆管型、平板型、V型、翼型等形状，吸热器表面形式可以为肋片式、波纹式、冲缝式等或以上所述形式的组合。所述吸热器也可为多孔介质，如泡沫金属、泡沫陶瓷、碳纤维等。

所述吸热器一方面可以吸收直射来的太阳光，另一方面也可以吸收由反射器或聚光器反射来的太阳光，从而加热接收器内外两侧的传热工质，可应用于太阳能非聚焦或线聚焦型集热器。

所述集热管可为直流式或U型管式，相邻两集热管通过螺纹、法兰或焊接等方式实现串联或并联连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明集热管的吸热器置于传热工质内部，是整个集热管温度最高的部件。吸热器将热量直接传给内外两侧的传热工质，相较于传统集热器(图1示)先将热量由吸热器外表面传递给吸热器内表面，再由吸热器内表面将热量传递给内部传热工质，可增大吸热器与传热介质之间的传热温差并增大传热面积。

2、吸热器表面涂有黑漆涂层，用以吸收投射来的太阳能。吸热器将热量传递给传热介质，传热介质又将热量传递给内层玻璃套管，由于内层玻璃套管的温度低于吸热器，由内层玻璃套管传向外界的热损失相较于传统集热器可有效降低。

3、吸热器剖面形状(图3示)可以做成多种符合光学原理有利于提高光学效率的形状，如：圆管型、平板型、V型、翼型等形状。吸热器内外表面形式(图4示)可以做成多种有利于提高传热效率的形式，如：肋片式、波纹式、冲缝式等或以上所述形式的组合。吸热器也可为多孔介质，在吸收辐射面涂以黑漆涂层，用以提高材料的辐射吸收率；另外，多孔介质的存在也可以增大吸热器与传热介质的传热面积，增加传热效率。

4、在内层玻璃套管外表面设计选择性透过层，选择性透过层具有高透射率、低发射率的特点，可以有效降低内层玻璃套管与外层玻璃套管之间的辐射热损失。

5、内层玻璃套管与外层玻璃套管之间为狭小空气层或抽真空设计，有效减小内层玻璃套管与外层玻璃套管之间的对流热损失。此外，两玻璃套管间做真空处理相较于传统集热管的金属管与玻璃管间做真空处理，易于加工且可靠性高。

6、集热管可设计为直通式或U型管式，通过支架连接件相连接，可以有效实现集热管模块化设计与组装。

7、集热管可应用于非聚焦型集热器(如平板型集热器、真空管集热器)或线聚焦型集热器(如复合抛物面集热器、槽式太阳能集热器)等装置中。在聚焦型集热器中，吸热器设于聚光器焦线位置处，虽然吸热器面积相较于传统集热器有所减小，但接收的太阳辐射量并未降低。

本发明所述的太阳能集热管具有集热效率高、热损失小、便于模块化安装等特点，可应用于非聚焦型集热器(如平板型集热器、真空管集热器)或线聚焦型集热器(如复合抛物面集热器、槽式太阳能集热器)等装置中，为太阳能集热器进一步大规模推广应用提供了技术支持。

附图说明

图1为一种典型的传统集热管示意图；

图2为本发明提出的吸热器内置式新型集热管示意图；

图3是图2所示的A-A剖面图，并给出了吸热器剖面可能的形状举例：(a)圆管；(b)平板；(c)V型；(d)翼型和(e)多孔介质吸热器；

图4是吸热器可能的表面形式举例：(a)肋片式A-A剖面图；(b)肋片式B-B剖面图；(c)波纹式A-A剖面图；(d)波纹式B-B剖面图；(e)冲缝式A-A剖面图；(f)冲缝式B-B剖面图；

图5是实施例集热器可能的应用形式：(a)平板型集热器；(b)真空管集热器；(c)复合抛物面集热器；(d)槽形抛物面集热器；

图6为直流式集热管的两种可能连接形式示意图；

图7为U型集热管的两种可能连接形式示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图2所示，本发明的太阳能集热管包括吸热器1，吸热器1外表面涂有黑漆涂层2，用以吸收投射来的太阳辐射能。吸热器1内外两侧均有传热介质3，可增大传热介质3与吸热器1的传热面积。内层玻璃套管4与外层玻璃套管5之间为狭小空气层或抽真空，可有效减小内层玻璃套管4与外层玻璃套管5间的对流热损失。选择性透过层6设计在内层玻璃套管4外表面，具有高透射率、低发射率的特点，可有效降低内层玻璃套管4与外层玻璃套管5间的辐射热损失。

吸热器1材质为金属，其截面形状可采取圆管型(图3a)、平板型(图3b)、V型(图3c)、翼型(图3d)等形状，以提高光学效率。吸热器1内外表明形式可设计为肋片式(图4a、b)、波纹式(图4c、d)、冲缝式(图4e、f)等或以上所述形式的组合，以增强传热效率。吸热器1也可为多孔介质材料(图3e)，如泡沫金属、泡沫陶瓷、碳纤维等，为了提高材料的辐射吸收率，可在多孔介质吸收辐射面涂以黑漆涂层2。

所述集热管可应用于非聚焦型集热器，如平板型集热器(图5a)和真空管集热器(图5b)。平板型集热器主要由吸热器1、传热工质3、外层玻璃套管5、透明玻璃盖板7、反射器8、隔热层9和外壳10等部件构成。其中吸热器1与外层玻璃套管5之间充满传热工质3，吸热器1吸收太阳辐射能并向传热工质3传递热量。透明玻璃盖板7可以透过大部分太阳光而不透过远红外线，从而减少散热量，提高吸热器的温度。反射器8可以接收太阳辐射并将其改变方向射到吸热器1上。隔热层9可以起到减少集热器向周围环境散热，提高集热器热效率的作用。外壳10起到支撑和保护的作用。真空管集热器主要由集热管(图2示)、透明玻璃盖板7、反射器8、隔热层9和外壳10等部件构成。由于内层玻璃套管4与外层玻璃套管5之间抽真空处理，这种集热器的集热效率较高，保温性能好。

所述集热管也可应用于聚焦型集热器，如复合抛物面集热器(图5c)和槽形抛物面集热器(图5d)。复合抛物面集热器主要由集热管(图2示)、透明玻璃盖板7、聚光器11、隔热层9和外壳10等部件构成。聚光器11将阳光聚集到吸热器1上，从而提高吸热器1表面的能流密度，进而提高传热工质3的温度。复合抛物面聚光器是利用若干块抛物面镜组成的聚光器11汇聚太阳辐射的非成像集热器，而槽形抛物面集热器是通过一个具有抛物线横截面的槽形聚光器11来汇聚太阳辐射的线聚焦集热器。

直流式集热器连接结构示意图如图6所示。图6a示集热器主要由集热管(图2示)、进口集管12、出口集管13、保温盒14等部件组成。集热管的进出口和进出口集管12、13采用同程式连接，其中内层玻璃套管4和外层玻璃套管5两端环形熔封，与进出口集管12、13相连，这种连接形式多应用于图5a～c所示集热器。图6b示集热器主要由集热管(图2示)、端部连接件15等部件组成。相邻集热管可通过螺纹、法兰或焊接等方式与端部连接件15相连，这种连接形式多应用于图5d所示集热器。

U型集热器连接结构示意图如图7所示。图7a示集热器主要由集热管(图2示)、进口集管12、出口集管13、保温盒14等部件组成。集热管的进出口和进出口集管12、13采用同程式连接，其中吸热器1与进水集管12相连，内层玻璃套管4与出水集管13相连，这种连接形式多应用于图5a～c所示集热器。图7b示集热管(图2示)和进口集管12、出口集管13的连接形式同图7a所述，这种连接形式多应用于图5d所示集热器。

以上参照附图和实施例，对本发明进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的普通施工技术人员均能理解，在实际应用中，本发明中各部件的设置方式均可能发生某些改变，而其他人员在其启示下也可能做出相似设计。需要指出的是，只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变及其相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种吸热器内置式新型太阳能集热管，其特征在于，包括吸热器(1)、黑漆涂层(2)、传热介质(3)、内层玻璃套管(4)、外层玻璃套管(5)、选择性透过层(6)部分，吸热器(1)外侧表面涂有黑漆涂层(2)，吸热器(1)置于传热介质(3)内部，内外两侧均有传热介质(3)，内层玻璃套管(4)与外层玻璃套管(5)之间为狭小空气层或抽真空，选择性透过层(6)设置在内层玻璃套管(4)外表面。

2.根据权利要求1所述吸热器内置式新型太阳能集热管，其特征在于，所述传热介质(3)为导热油、水、醇溶液或融熔盐。

3.根据权利要求1所述吸热器内置式新型太阳能集热管，其特征在于，所述吸热器(1)为金属管或金属板，其剖面形状可以为圆管型、平板型、V型或翼型。

4.根据权利要求3所述吸热器内置式新型太阳能集热管，其特征在于，所述吸热器(1)表面形式为肋片式、波纹式、冲缝式或以上所述形式的组合。

5.根据权利要求1所述吸热器内置式新型太阳能集热管，其特征在于，所述吸热器(1)为多孔介质。

6.根据权利要求5所述吸热器内置式新型太阳能集热管，其特征在于，所述多孔介质为泡沫金属、泡沫陶瓷或碳纤维。

7.根据权利要求1所述吸热器内置式新型太阳能集热管，其特征在于，所述集热管可为直流式或U型管式，相邻两集热管通过螺纹、法兰或焊接方式实现串联或并联连接。