CN106595078A - 一种免追日平板聚光可储热太阳能集热器及其反射板固定方法 - Google Patents

一种免追日平板聚光可储热太阳能集热器及其反射板固定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种免追日平板聚光可储热太阳能集热器其反射板固定方法，其包括：具有复合抛物面的反射板、中温真空集热管、支撑承托、以及置于反射板迎光面的玻璃盖板，所述的支撑承托采用粗纸浆材料制作成型，该支撑承托具有与反射板复合抛物曲面对应的承托曲面；所述的反射板采用镜面铝板模压成型，并通过耐温胶结材料粘接固定在支撑承托曲面上。本发明的支撑承托采用粗纸浆材料制作成型，反射板采用镜面铝板模压成型，并通过耐温性较好的单组份或双组份胶结材较粘结固定在支撑承托的承托曲面上，并且支撑承托上设置有保持自身形状稳固的加强筋沟槽，可以确保反射板复合抛物曲面不易发生回弹变形，从而保证反射曲面的稳定及聚光效果。

Description

一种免追日平板聚光可储热太阳能集热器及其反射板固定 方法
技术领域
本发明涉及太阳能中高温集热器产品技术领域，特别是一种耐温性、可靠性、效率、寿命等更加优秀的低倍聚光、真空保温、免追日平板聚光可储热太阳能集热器及其反射板固定方法。
背景技术
太阳能集热器作为太阳能利用的一个重要领域，相对于其它的太阳能利用技术而言，其不但结构简单、成本低廉、便于维护，而且使用可靠性高，一次安装后，无需消耗任何外在动力，可以为人们的生活、生产活动提供大量热水，极大方便、提高人们的生活质量。传统的硼硅玻璃真空管集热器，只能吸收内管截面的单倍太阳光，集热效率和集热温度较低。传统的平板集热器，因为采光面的集热板与空气直接接触，当环境温度较低时，热能又大量地传递给空气层、玻璃盖板和环境空气中了，集热效率和温度也更低，几乎不可应用于北方寒冷地区。另外，采用跟踪系统的槽式、碟式、线性菲涅尔聚光系统虽然能达到较高的集热温度和效率，但是需要用到减速系统，跟踪控制系统等，技术复杂，成本高，可靠性和维护性都有局限，特别不适合小型家用的集热采暧系统。
目前，国内外也有众多公司尝试研发和制造CPC(复合抛物面)集热器，集热器的CPC为了便于滚压成形，一般沟较浅，聚光率较低，而且反射板为开放式直接与外界环境接触，容易被水和灰尘污染，导致反射率下降，另外，一般的CPC成形精度较低，镜面铝反射板本身由于较薄，较易变形，在组装，包装运输和使用过程中，反射形面很容易被破坏，导致聚光性能大为下降。
针对上述问题，本发明人曾提出过一种免跟踪低倍聚光太阳能集热器，见中国专利号为：201320865091.6的实用新型专利说明书，其公开了以下技术方案：该技术方案采用高反射镜面铝通过过盈曲面披覆冲压成形的CPC复合抛物面反射板组，背面通过聚氨酯发泡材料或聚苯乙烯发泡材料定形，并稳定安装于所述安装空间中的CPC复合抛物面反射板；多个内部夹层为真空状态的真空集热管，每个真空集热管中安装有一导热管，相邻两个真空集热管中的导热管相互连通；一超白高透平板强化玻璃盖板，其覆盖于所述框架中安装空间的上端，令安装空间形成封闭空间。
上述技术方案在使用中仍存在以下不足：
1、上述技术方案中采用高反射镜面铝板，由于镜面铝板很薄且其自身具有弹性的原因，其本身无法维持在所设计的光学反射曲面状态，还需防止其产生回弹变形。
2、上述技术方案中采用聚氨酯或聚苯乙烯泡沫材料作为支撑反射镜面的材料，由于集热器在工作时，或者真空集热管中的工质因故停止循环流动时，集热板内部温度会升高超过100度，这样会导致聚苯乙烯泡沫材料等塑胶材料软化变形，进而导致镜面铝反射曲面变形，以致严重损坏集热器聚光性能和集热效率，甚至产品失效。
3、上述技术方案中采用普通真空集热管，因空晒或停止导热循环时，真空管里集聚的热量和温度线性升高，容易引起导热管变形或真空管炸管等故障。并且在聚光以及较高集热温度等情况下也易导致吸热膜层加快老化脱落，进而也严重影响集热性能和产品使用寿命。
4、上述技术方案也不能储存热量，产品使用范围和便利性存在局限。
为克服上述技术方案中存在的不足，本发明人经过不断试验、检测和改进，发明出以下新方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就在于克服目前产品所存在的不足，提供了一种免追日平板聚光可储热太阳能集热器。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：该免追日平板聚光可储热太阳能集热器包括：具有复合抛物面的反射板、位于反射板反射焦斑的中温真空集热管、位于中温真空集热管内的集成导热储热构造、用于固定反射板曲央的支撑承托、以及置于反射板迎光面上方的玻璃盖板，所述的承托采用粗纸浆材料制作成型，该支撑承托具有与反射板曲面对应的承托曲面；所述的反射板采用镜面铝板模压成型，并通过耐温胶结材料粘接固定在支撑承托的承托曲面上；所述的支撑承托和中温真空集热管通过两侧的双面铝箔酚醛保温板与背板框架固定，并形成平板聚光真空太阳能集热器。
进一步而言，上述技术方案中，两块反射板对称设置的形成一组反射板组，即该反射板组具有一横截面大致呈“W”的渐开线和抛物线组合光学曲面，且与支撑承托曲面相吻合；所述的中温真空集热管位于反射板组的中轴线上适当位置，其两端固定在双面铝箔酚醛保温板及背板框架上。
进一步而言，上述技术方案中，所述的支撑承托上成型有加强筋沟槽。
进一步而言，上述技术方案中，上述加强筋槽包括：上筋槽和下筋槽，其中上筋槽自承托的上边缘延伸至承托底面，并且上筋槽贯穿承托底面；所述的下筋槽自承托曲面的中部位置向承托底面边缘延伸，并贯穿承托底面；所述上筋槽和下筋槽向承托背面形成隆起的凸肋)。
进一步而言，上述技术方案中，所述中温真空集热管内的集成导热储热构造采用双层结构，其包括内管及外管，该内管与外管之间的夹层为真空状态；于中温真空集热管内设置有导热管，导热管外周集成有圆形导热铝翅管，圆形导热铝翅管中填充有适当质量和熔点(熔点选技范围在100－145摄氏度之间)的二元或多元储热熔盐，且相邻中温真空集热管内的导热管依次连通。
本发明所要解决的另一技术问题就在提供一种免跟踪低倍聚光太阳能集热器的反射板固定方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：该方法中反射板固定在支撑承托上，首先，所述的承托采用粗纸浆材料热模压制作成型，该支撑承托具有与反射板复合抛物曲面对应的承托曲面；其次，反射板采用镜面铝板模压成型，经过初步的弯折后，冲压成与承托曲面对应的曲面造型；然后，将胶水涂布在承托曲面上，使用模头将上述冲压成型的反射板压合在承托曲面上；最后，待胶水固化后，反射板被固定在承托曲面上，并且保持与承托曲面对应的曲面造型；上述的模头造型与承托曲面的造型对应；利用铝板材料的可弹性塑性，使用模头将反射板压合在承托曲面上，令反射板在模头压力下产生弹性形变，从而完全贴合在承托曲面上，待胶水固化后，反射板就被固定在承托曲面上，并且无法回弹，保持与承托曲面对应的造型。
进一步而言，上述技术方案中，所述的承托上成型有用于强化承托结构强度的加强筋槽。
进一步而言，上述技术方案中，所述的加强筋槽包括：上筋槽和下筋槽，其中上筋槽自承托的上边缘延伸至承托底面，并且上筋槽贯穿承托底面；所述的下筋槽自承托曲面的中部位置向承托底面边缘延伸，并贯穿承托底面；所述上筋槽和下筋槽向承托背面形成隆起的凸肋。
进一步而言，上述技术方案中，所述的承托两侧面为可用于相互贴合的平面。
本发明采用上述技术方案后，其相对现有产品具有如下优点：
1、本发明的支撑承托采用粗纸浆材料制作成型，反射板采用镜面铝板模压成型，并通过耐温胶结材料粘接固定在支撑承托的承托曲面上，并且支撑承托上设置有保持自身形状稳固的加强筋沟槽，从而可以确保反射板不会发生回弹变形，保持反射曲面的与聚光性能的稳定。
2、本发明采用粗纸浆材料的承托，可以进一步降低产品的重量，令产品向轻型化发展，同时，粗纸浆材料对水汽有一定的吸附作用，其耐高温效果也好于塑胶材料，从而提高产品的耐温性和寿命，不会出现因高温而变形的情况，并且因纸托的吸附效应，水汽及有机析出物也不会在盖板玻璃上形成雾状层影响阳光透过率，而且纸质材料是可再生资源，环保可回收。
3、本发明通过耐温胶结材料将反射板粘接在具有与之对应的承托曲面上，例如采用耐温性较好的双组份聚氨酯，环氧树酯等，将其涂覆在承托曲面上，通过模具将反射板压合在支撑承托上，直至其成形固化粘结在支撑承托上，形成一个整体，生产工艺简单，同时可以确保反射板在使用中不会产生变形。
4、本发明采用中温真空集热管且利用储热缓冲温升过高的构造，在聚光时的工况下工作性能更稳定、效率更高、寿命更长。
5、本发明在中温真空管集热管内设置有储热熔盐构造，利用熔盐相变潜热和显热的吸热与放热作用，达到高效储热目的，且不占用格外的空间，可减少外部的储热罐体容器体积。
6、本发明在中温真空管集热管内设置储热熔盐构造，还有更重要的效用：当集热器因空晒或导热工质因故停止循环时，持续增加的热量使熔盐温度到达熔点时，熔盐由固态熔化为液态，这时真空管内温度不会明显升高，大量热能储存为熔盐的熔化相变潜热，也起到缓冲真空集热管内温度过快上升作用，从而即保护集热管及内部构件，并且还可通过熔盐相变储存热量在真空管内的双重效用。
附图说明
图1为本发明的结构横截面示意图；
图2为本发明的承托组件的立体图；
图3为本发明的工作原理图；
图4为本发明的中温真空集热管内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
见图1、2所示，本发明为一种免追日平板聚光可储热太阳能集热器，其包括：具有复合抛物面的反射板1、位于反射板1反射焦斑的中温真空集热管2、用于固定反射板1的支撑承托3、以及置于反射板1迎光面的玻璃盖板4。所述的承托3采用粗纸浆材料制作成型，该支撑承托3具有与反射板1曲面对应的承托曲面31；所述的反射板1采用镜面铝板模压成型，并通过耐温胶结材料粘接固定在支撑承托3的承托曲面31上；所述的支撑承托3和中温真空集热管2通过两端的双面铝箔酚醛保温板6和背板框架5固定，并形成太阳能集热器。
上述的耐温胶结材料采用耐温快干单组份或双组份胶粘剂，如耐温性较好的聚氨酯，环氧树酯等。将其涂覆在承托曲面31上，通过模具将反射板1压合在支撑承托3上，直至其成形固化粘结在支撑承托3上，形成一个整体，然后撤下模具即可。整个加工工艺简单，同时可以确保反射板1的反射曲面不会在产品使用过程中产生影响性能的变形。
本发明中，包括若干组反射板组10，每组反射板组10由两块反射板1对称设置构成。该反射板组10横截面大致呈“W”的渐开线和抛物线组合造型，同与之对应的两个支撑承托3的承托曲面30相吻合；所述的中温真空集热管2位于反射板组10的中轴线，其两端固定在背板框架5上。
见图4所示，所述的中温真空集热管2采用双层结构，其包括内管及外管，该内管与外管之间的夹层为真空状态；于中温真空集热管2内设置有导热管20，且相邻中温真空集热管2内的导热管20依次连通。U形导热管20外周集成有圆形导热铝翅管21，圆形导热铝翅管21中填充有适量的储热熔盐22，储热熔盐22为二元或多元复合熔盐，且熔点选择范围在100——145摄氏度之间。通过熔盐的相变潜热及温升显热储存热能，达到缓冲中温真空集热管内温升速度等多重目的和效用。
见图2所示，为了提高支撑承托3的强度，所述的支撑承托3上成型有加强筋沟槽32。该加强筋沟槽32可均匀成型在支撑承托3上。支撑承托3采用粗纸浆材料模压成型制作。所述的加强筋槽32包括：上筋槽321和下筋槽322，其中上筋槽321自承托3的上边缘延伸至承托底面33，并且上筋槽321贯穿承托底面33；所述的下筋槽322自承托曲面31的中部位置向承托底面33边缘延伸，并贯穿承托底面33；所述上筋槽321和下筋槽322向承托3背面形成隆起的凸肋320。
另外，所述的支撑承托3采用纸浆热压模塑成型的方式一次成型。所述的支撑承托3两侧面34为可用于相互贴合的平面。整个承托3可以根据需要进行组合，从而根据需要调整整个承托3的宽度，从而制作成不同规格尺寸的集热器产品。
本发明中反射板固定方法如下：
首先，所述的承托3采用粗纸浆材料热模压制作成型，该支撑承托3具有与反射板1复合抛物曲面对应的承托曲面31；
其次，所述的反射板1采用镜面铝板模压成型，并通过耐温胶结材料粘接固定在支撑承托3的承托曲面31上；
然后，将胶水涂布在承托曲面31上，使用模头将上述冲压成型的反射板1压合在承托曲面上；
最后，待胶水固化后，反射板1被固定在承托曲面31上，并且保持与承托曲面31对应的曲面造型；
上述的模头造型与承托曲面31的造型对应；利用铝板材料的可弹性塑性，使用模头将反射板1压合在承托曲面31上，令反射板1在模头压力下产生弹性形变，从而完全贴合在承托曲面31上，待胶水固化后，反射板1就被固定在承托曲面31上，并且无法回弹，保持与承托曲面31对应的造型。
由于反射板1采用铝板材料，这种材料具有一定的弹性形变特点，如果直接使用模压成型，经过一定时间后，其会产生回弹变形，无法保持特定的反射曲面，但是如果采用足够的厚度的铝材，虽然可以克服回弹变形的问题，但是产品的成本会大幅度增加，同时也难以通过冲压压制成型，只能通过铸造，这样一来，产品的工艺难度，以及成本都会增加。所以本发明人采用了铝薄板材料，并且在安装时，通过模头将铝薄板材料压合在承托曲面31上，即便在前期的冲压过程中，反射板1压制的反射曲面并不与承托曲面31不对应，但是由于铝薄板材料的弹性形变特点，通过模头的压制可以将反射板1完全压合在承托曲面1上，待胶水固化后，反射板1形成的曲面就与承托曲面31完全一致，并且通过胶水固定后，反射板1也无法再发生回弹变形，从而可以确保反射板1的反射曲面保持稳定。
另外，现有的集热器产品中，采用金属材料制作承托，为了防止反射板变形，需要在反射板背面多个位置进行固定，其采用的仍是点对点的固定方式，其仍然无法完全克服反射板回弹变形的问题，虽然在固定点附近的反射板区域不会变形，但是如果固定点之间的间距太大，则该区域仍可能会发生回弹变形，导致反射板的反射面出去局部扭曲，反射焦点无法集中。而本发明采用的面-面贴合固定，大面积的固定面确保了反射板无法出现回弹变形。
本发明的支撑承托3采用粗纸浆材料制作成型，反射板1采用镜面铝板模压成型，并通过耐温胶结材料粘接固定在支撑承托3的承托曲面上，并且支撑承托3上设置有保持自身形状稳固的加强筋沟槽32，从而可以确保反射板在工作过程中不会发生回弹变形，确保反射曲面形状与聚光性能的稳定。
当然，为了提高纸质支撑承托3的结构强度，本发明采用特殊的结构，其采用了加强筋槽32的结构来增强支撑承托3的结构强度，并通过加强筋槽32上形成的贯穿承托底面33的通孔，可以保持气流流通，防止水汽的聚集。上筋槽321和下筋槽322沿承托曲面31向下凹设形成，并且所述上筋槽321和下筋槽322向支撑承托3背面形成隆起的凸肋320。这种结构可以增强承托3的支撑力，并且确保整个产品的结构强度，同时也确保了承托曲面31仍有较大区域与反射板1进行贴合，令反射板1具有足够的粘接力。
见图3所示，本发明采用的“渐开线和抛物线的组合CPC”反射曲面，可将较大范围入射角度的阳光聚集，使聚光进入中温真空管内，更好更快提高能量密度和集热效率以及热能品位。
当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括
于本发明申请专利范围内。

Claims (9)

1.一种免追日平板聚光可储热太阳能集热器，其包括：具有复合抛物面的反射板(1)、位于反射板(1)反射焦斑处的中温真空集热管(2)、用于固定反射板(1)的支撑承托(3)、以及置于反射板(1)迎光面上方的玻璃盖板(4)，其特征在于：
所述的支撑承托(3)采用粗纸浆材料热模压制作成型，该支撑承托(3)具有与反射板(1)复合抛物曲面对应的承托曲面(31)；
所述的反射板(1)采用镜面铝板模压成型，并通过耐温胶结材料粘接固定在支撑承托(3)的承托曲面(31)上；
所述的中温真空集热管(2)内集成有导热储热构造；
所述的支撑承托(3)和中温真空集热管(2)通过两侧的双面铝箔酚醛保温板(6)与背板框架(5)固定，并形成免追日平板聚光可储热太阳能集热器。
2.根据权利要求1所述的一种免追日平板聚光可储热太阳能集热器，其特征在于：两块反射板(1)对称设置形成一组反射板组(10)，即该反射板组(10)具有一横截面大致呈“W”的渐开线和抛物线组合的光学曲面，且与相应的承托曲面(30)吻合；所述的中温真空集热管(2)位于反射板组(10)的中轴线上适当位置，其两端固定在背板框架(5)的双面铝箔酚醛保温板(6)上。
3.根据权利要求1或2所述的一种免追日平板聚光可储热太阳能集热器，其特征在于：所述的支撑承托(3)上成型有加强筋沟槽(32)。
4.根据权利要求3所述的一种免追日平板聚光可储热太阳能集热器，其特征在于：所述的加强筋槽(32)包括：上筋槽(321)和下筋槽(322)，其中上筋槽(321)自承托(3)的上边缘延伸至承托底面(33)，并且上筋槽(321)贯穿承托底面(33)；所述的下筋槽(322)自承托曲面(31)的中部位置向承托底面(33)边缘延伸，并贯穿承托底面(33)；所述上筋槽(321)和下筋槽(322)向承托(3)背面形成隆起的凸肋(320)。
5.根据权利要求书1所述的一种免追日平板聚光可储热太阳能集热器，其特征在于：所述中温真空集热管(2)内的集成导热储热构造采用双层结构，其包括：内管及外管，该内管与外管之间的夹层为真空状态；于中温真空集热管(2)内设置有U形导热管(20)，U形导热管(20)外周集成有圆形导热铝翅管(21)，圆形导热铝翅管(21)中填充有储热熔盐(22)，储热熔盐(22)为二元或多元复合熔盐，且熔点选择范围在100—145摄氏度之间；上述相邻中温真空集热管(2)内的U形导热管(20)依次连通。
6.一种免追日平板聚光可储热太阳能集热器的反射板固定方法，该方法中反射板(1)固定在支撑承托(3)上，其特征在于：
首先，所述的承托(3)采用粗纸浆材料热模压制作成型，该支撑承托(3)具有与反射板(1)复合抛物曲面对应的承托曲面(31)；
其次，所述的反射板(1)采用镜面铝板模压成型，并通过耐温胶结材料粘接固定在支撑承托(3)的承托曲面(31)上；
然后，将胶水涂布在承托曲面(31)上，使用模头将上述冲压成型的反射板(1)压合在承托曲面上；
最后，待胶水固化后，反射板(1)被固定在承托曲面(31)上，并且保持与承托曲面(31)对应的曲面造型；
上述的模头造型与承托曲面(31)的造型对应；利用铝板材料的可弹性塑性，使用模头将反射板(1)压合在承托曲面(31)上，令反射板(1)在模头压力下产生弹性形变，从而完全贴合在承托曲面(31)上，待胶水固化后，反射板(1)就被固定在承托曲面(31)上，并且无法回弹，保持与承托曲面(31)对应的造型。
7.根据权利要求6所述的一种改进型免跟踪低倍聚光太阳能集热器的反射板固定方法，其特征在于：所述的承托(3)上成型有用于强化承托(3)结构强度的加强筋槽(32)。
8.根据权利要求7所述的一种改进型免跟踪低倍聚光太阳能集热器的反射板固定方法，其特征在于：所述的加强筋槽(32)包括：上筋槽(321)和下筋槽(322)，其中上筋槽(321)自承托(3)的上边缘延伸至承托底面(33)，并且上筋槽(321)贯穿承托底面(33)；所述的下筋槽(322)自承托曲面(31)的中部位置向承托底面(33)边缘延伸，并贯穿承托底面(33)；所述上筋槽(321)和下筋槽(322)向承托(3)背面形成隆起的凸肋(320)。
9.根据权利要求8所述的一种改进型免跟踪低倍聚光太阳能集热器的反射板固定方法，其特征在于：所述的承托(3)两侧面(34)为可用于相互贴合的平面。
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