CN108151334A - 一种直通式太阳能集热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直通式太阳能集热装置，在采用铜管作为导热管的前提下，能够有效解决铜管受热胀裂玻璃管的技术问题。该直通式太阳能集热装置包括：铜管、玻璃管、吸收膜和CPC反光板；所述铜管与所述吸收膜连接；所述铜管与所述吸收膜均收纳在玻璃管内；所述玻璃管设置在所述CPC反光板的有效聚光区域内；所述铜管包括：硬质铜管、第一软质铜管和第二软质铜管；所述硬质铜管的一端与所述第一软质铜管连接，另一端与所述第二软质铜管连接；所述第一软质铜管和所述第二软质铜管均具有弯折部。

Description

一种直通式太阳能集热装置

技术领域

本发明涉及太阳能辐射传递装置利用技术领域，具体涉及一种直通式太阳能集热装置。

背景技术

太阳能直通管是应用在太阳能中高温集热设备的核心部件，是两端开口，中间真空的直通真空管，包括：表面带有选择性吸收涂层的铜管，铜管外套设一根同心玻璃管，玻璃管与铜管通过可伐材料过渡密封连接；玻璃管与铜管夹层内抽真空，玻璃管用于保护铜管表面的选择性吸收涂层，同时降低集热损失。

当集热温度升高时，太阳能直通管受热膨胀，由于金属和玻璃的膨胀系数不一致，一般来说金属的线膨胀系数比玻璃高一个数量级，所以对于采用固定封接结构的真空集热管来说，金属膨胀速率高于玻璃膨胀速率，可能导致玻璃管被铜管胀裂，甚至发生事故。

目前市面上多采用膨胀节来弥补金属与玻璃之间的线膨胀量差。膨胀节是为补偿因温度差与机械振动引起的附加应力，而设置在容器壳体或管道上的一种挠性结构；膨胀节习惯上也叫补偿器，或伸缩节。由构成其工作主体的波纹管(一种弹性元件)和端管、支架、法兰、导管等附件组成。利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移。也可用于降噪减振、供热上，为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力而引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。膨胀节的应力主要由于压力和位移而引起。位移引起的应力通常大于压力引起的应力，它沿着波纹管的子午向(纵向)作用，一般高于波纹管材料的屈服应力。压力在膨胀节的直边段和波纹上引起沿圆周方向(环向)作用的薄膜应力，还在波纹内形成沿着子午线方向作用的薄膜应力和弯折应力。

CN200810116133公开一种直通式真空太阳能集热管，所述玻璃管与所述金属吸热管之间空隙的两端分别设置有一波纹管，每一所述波纹管的外端通过一过渡环与该端的所述金属端盖焊接成一体，每一所述波纹管的内端连接一过渡管，所述过渡管从所述波纹管内穿过，并穿出该端的金属端盖焊接在所述金属吸热管的外端，所述玻璃管与所述金属吸热管之间通过排气管抽成为高真空。在吸热过程中，可以通过波纹管吸收金属吸热管的热膨胀，缓冲金属吸热管热膨胀压力，保护玻璃金属封接。

但膨胀节的工艺复杂、材料要求高，且体积较大，若采用膨胀节，必须采用大口径的导热管。因此，业界经常使用造价较低的不锈钢作为导热管的材料。然而，众所周知，铜的导热性比不锈钢好得多。业界之所以不使用铜作为导热管的材料，其理由除了铜管的造价非常昂贵之外还有一个重要原因：铜与膨胀节结合使用时存在技术矛盾。具体体现为，膨胀节的材料一般包括不锈钢，而不锈钢的导热系数比铜底。使用铜管作为导热管的情况下，当铜管受热膨胀后，膨胀节还没有开始膨胀，从而导致膨胀节作用失效。基于上述原因，业界通常不使用铜管作为导热管。

综上，目前亟待提供一种直通式太阳能集热装置，在采用铜管作为导热管的前提下，能够有效解决铜管受热胀裂玻璃管的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种直通式太阳能集热装置，在采用铜管作为导热管的前提下，能够有效解决铜管受热胀裂玻璃管的技术问题。

本发明提供的一种直通式太阳能集热装置，包括：

铜管、玻璃管、吸收膜和CPC反光板；

所述铜管与所述吸收膜连接；

所述铜管与所述吸收膜均收纳在玻璃管内；

所述玻璃管设置在所述CPC反光板的有效聚光区域内；

所述铜管包括：

硬质铜管和软质铜管；

硬质铜管和软质铜管连接；

软质铜管具有弯折部。

可选的，

所述软质铜管具有直线部，所述直线部平行所述硬质铜管的轴线方向。

可选的，

所述直线部包括第一直线部和第二直线部；

所述第一直线部一端与硬质铜管连接，另一端与所述弯折部连接；

所述第二直线部一端与所述弯折部的另一端连接。

可选的，

所述弯折部由所述软质铜管经弯折至少一圈形成。

可选的，

所述软质铜管经弯折至少一圈形成的圈状结构共面排列。

可选的，

所述软质铜管经弯折至少一圈形成的圈状结构非共面排列。

可选的，

所述弯折部由所述软质铜管经弯折至少两次形成至少一个折角。

可选的，

所述铜管的外壁与所述吸收膜的内壁焊接。

可选的，

所述装置还包括铜质翅片；

所述铜管的外壁与所述铜质翅片焊接，所述铜质翅片的两端分别与所述吸收膜的内壁焊接。

可选的，

所述装置还包括固定架，所述固定架用于固定所述吸收膜，防止其产生变形或者位置改变。

本发明具有以下有益效果：

集热过程中，硬质铜管受热膨胀，其横向变形速度慢于软质铜管纵向的变形速度，因此，硬质铜管会纵向软质软质铜管处挤压。由于弯折部耗掉了来自硬质铜管的压力，进而硬质铜管不会径向变形，有效解决铜管受热胀裂玻璃管的技术问题。

附图说明

图1为本发明中一种直通式太阳能集热装置的结构示意图；

图2为本发明中一种直通式太阳能集热装置的铜管的一种结构示意图；

图3为本发明中一种直通式太阳能集热装置的铜管的另一种结构示意图；

图4为本发明中一种直通式太阳能集热装置的铜管的另一种结构示意图；

图5为本发明中一种直通式太阳能集热装置铜管的另一种结构示意图；

图6为本发明中一种直通式太阳能集热装置铜管的另一种结构示意图；

图7为本发明中一种直通式太阳能集热装置的一个截面图；

图8为本发明中一种直通式太阳能集热装置的另一个截面图；

图9为本发明中一种直通式太阳能集热装置的另一个截面图。

具体实施方式

本发明提供了一种直通式太阳能集热装置，能够有效解决铜管受热胀裂玻璃管的技术问题。

本发明提供了一种直通式太阳能集热装置，在采用铜管作为导热管的前提下，能够有效解决铜管受热胀裂玻璃管的技术问题。

如图1所述，本发明提供的一种直通式太阳能集热装置的第一实施例，包括：

铜管01、玻璃管02、吸收膜03和CPC反光板；

如图7所示，为图1的截面图，所述铜管01与所述吸收膜03焊接连接；

所述铜管01与所述吸收膜03均收纳在玻璃管02内；

需要说明的是，本实施例中采用铜基的吸收膜，制作成管状围绕在集热铜管的硬质铜管外面，吸收的热量传递到铜管。由于材质都是铜，因此传热效率极高，损耗极小。该吸收膜为喷有选择性吸收涂层的铜基吸收膜。

该铜管01与玻璃管02之间的封接，一般利用可伐合金材料作为过渡材料，对玻璃管和铜管将非匹配封接转化为匹配封接，即是熔封连接。

需要说明的是，对于真空集热管，长期在一定温度下保持较高的真空度，目前主要采用热压封连接和熔封连接，但经研究测试，热压封连接方式在集热温度超过285℃的太阳能中，直通管开始漏气，真空受到破坏，因此要想做中高温的太阳能领域，金属与玻璃的封接需要采用熔封连接。

所述玻璃管02设置在所述CPC反光板的有效聚光区域内；

需要说明的是，所述CPC反光板为一种非成像低聚焦度的器件，它能够将指定接收角范围内的光线收集汇聚到接收器的接收窗口。

如图2所示，所述铜管包括：

硬质铜管和软质铜管，硬质铜管和软质铜管焊接在一起；

软质铜管具有弯折部。

其中，软质铜管还可以包括第一软质铜管和第二软质铜管；

所述硬质铜管的一端与所述第一软质铜管连接，另一端与所述第二软质铜管连接。

所述第一软质铜管和所述第二软质铜管均具有弯折部1a和直线部2a；

所述直线部2a平行所述硬质铜管的轴线方向。

所述直线部包括第一直线部2a1和第二直线部2a2；

所述第一直线部2a1一端与硬质铜管连接，另一端与所述弯折部1a连接；

所述第二直线部2a2一端与所述弯折部1a的另一端连接；

所述弯折部1a由所述软质铜管经弯折至少一圈形成；

本实施例中以一圈为例进行说明。

本实施例中，集热过程中，硬质铜管受热膨胀，会纵向往第一软质软质铜管和第二软质铜管处挤压。由于第一和第二软质铜管结构相同，以其中一个软质铜管的受力进行分析，另一个不做赘述。硬质铜管纵向对两边的软质铜管施加压力，以第一软质铜管进行说明，第一软质铜管的两段直线部之间是弯折部1a，该弯折部1a结构为一个圈状结构，第一直线部2a1受到硬质铜管的压力后将其传递至弯折部1a的一个端部，经由第二直线部2a2端部固定点的反向作用力作用在弯折部1a的另一端部，弯折部1a在两个端部受力的情况下产生形变，从而消耗掉硬质铜管纵向对第一软质铜管施加压力，第二软质铜管受力情形与第一软质铜管相同，不做赘述。由于弯折部1a耗掉了来自硬质铜管的压力，进一步的，硬质铜管的两端没有反作用的挤压力，进而硬质铜管不会径向产生形变，有效解决铜管受热胀裂玻璃管的技术问题。进一步的，由于膨胀被消除后，焊接在所述铜管上的吸收膜的相对位置和形状没有被影响，从而吸收效率不会被影响。

需要说明的是，所述软质铜管经弯折一圈以上的形成的圈状结构共面排列也可以为非共面排列。非共面排列可以理解为圈状结构形成弹簧状，如图3所示，从而进一步提高了形变的精度，即使受力较小，也能够产生形变。

本发明提供的一种直通式太阳能集热装置包括：

所述第一软质铜管和所述第二软质铜管均具有弯折部1b和直线部2b；

所述直线部2b平行所述硬质铜管的轴线方向。

所述直线部2b包括第一直线部2b1和第二直线部2b2；

所述第一直线部2ba一端与硬质铜管连接，另一端与所述弯折部1b连接；

所述第二直线部2b2一端与所述弯折部1b的另一端连接；

所述弯折部1b由所述软质铜管经弯折至少两次形成至少一个折角。

本实施例中，集热过程中，硬质铜管受热膨胀，会纵向往第一软质软质铜管和第二软质铜管处挤压。由于第一和第二软质铜管结构相同，以其中一个软质铜管的受力进行分析，另一个不做赘述。硬质铜管纵向对两边的软质铜管施加压力，以第一软质铜管进行说明，第一软质铜管的两段直线部2b之间是弯折部1b，该弯折部1b结构为一个圈状结构，第一直线部2b1受到硬质铜管的压力后将其传递至弯折部1b的一个端部，经由第二直线部2b2端部固定点的反向作用力作用在弯折部1b的另一端部，弯折部1b在两个端部受力的情况下产生形变，从而消耗掉硬质铜管纵向对第一软质铜管施加压力，第二软质铜管受力情形与第一软质铜管相同，不做赘述。由于弯折部耗掉了来自硬质铜管的压力，进一步的，硬质铜管的两端没有反作用的挤压力，进而硬质铜管不会径向产生形变，有效解决铜管受热胀裂玻璃管的技术问题。进一步的，由于膨胀被消除后，焊接在所述铜管上的吸收膜的相对位置和形状没有被影响，从而吸收效率不会被影响。

需要说明的是，如图4，当折角为三个时弯折部的圈状结构是三角形。如图5，当折角仅有两个时，可以理解为第一直线部2b1和第二直线部2b2之间由一个带有二段弯折结构的弯折部1b连接，且第一直线部2b1和第二直线部2b2互为平行关系，弯折部1b的两段弯折的折角可以是锐角和钝角还可以是直角。如图6，当折角两个以上且不构成圈状结构时，弯折部为闪电状，相比折角少等于两个的情况，更容易产生形变，加工上更加简化快捷。

在具体加工过程中，可以按照如下标准进行加工。所述硬质铜管长度范围为1800-1830mm；所述软质铜管长度范围为170-180mm。所述硬质铜管为硬质紫铜管；所述软质铜管为软质紫铜管。

如图8所示，本实施例中直通式太阳能集热装置进一步包括：

铜质翅片05，所述铜管01的外壁与所述铜质翅片05焊接，所述铜质翅片05的两端分别与所述吸收膜03的内壁焊接。

铜质翅片05与铜管01的一端焊接，与吸收膜03两点焊接，由此铜质翅片05三点焊接成为一体结构。

如图9所述，铜制翅片05包住铜管01并焊接，再与吸收膜02的两端进行焊接，此种设计铜制翅片05与铜管01的接触面积更大，传热效果更好。

本实施例中直通式太阳能集热装置进一步包括：固定架06，所述固定架用于固定所述吸收膜03，进一步防止吸收膜03产生变形或者位置改变，而影响装置的吸收效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种直通式太阳能集热装置，其特征在于，包括：

铜管、玻璃管、吸收膜和CPC反光板；

所述铜管与所述吸收膜连接；

所述铜管与所述吸收膜均收纳在玻璃管内；

所述玻璃管设置在所述CPC反光板的有效聚光区域内；

所述铜管包括：

硬质铜管和软质铜管；

所述硬质铜管和软质铜管连接；

所述软质铜管具有弯折部。

2.根据权利要求1所述的直通式太阳能集热装置，其特征在于，

所述软质铜管有直线部，所述直线部平行所述硬质铜管的轴线方向。

3.根据权利要求2所述的直通式太阳能集热装置，其特征在于，

所述直线部包括第一直线部和第二直线部；

所述第一直线部一端与硬质铜管连接，另一端与所述弯折部连接；

所述第二直线部一端与所述弯折部的另一端连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的直通式太阳能集热装置，其特征在于，

所述弯折部由所述软质铜管经弯折至少一圈形成。

5.根据权利要求4所述的直通式太阳能集热装置，其特征在于，

所述软质铜管经弯折至少一圈形成的圈状结构共面排列。

6.根据权利要求4所述的直通式太阳能集热装置，其特征在于，

所述软质铜管经弯折至少一圈形成的圈状结构非共面排列。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的直通式太阳能集热装置，其特征在于，

所述弯折部由所述软质铜管经弯折至少两次形成至少一个折角。

8.根据权利要求1所述的直通式太阳能集热装置，其特征在于，

所述铜管的外壁与所述吸收膜的内壁焊接。

9.根据权利要求1所述的直通式太阳能集热装置，其特征在于，

所述装置还包括铜质翅片；

所述铜管的外壁与所述铜质翅片焊接，所述铜质翅片的两端分别与所述吸收膜的内壁焊接。

10.根据权利要求1所述的直通式太阳能集热装置，其特征在于，

所述装置还包括固定架，所述固定架用于固定所述吸收膜，防止其产生变形或者位置改变。