CN108375212A - 一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管 - Google Patents

Abstract

一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，包括流体管道、热管、聚光头，其特征在于，所述的流体管道近中间段的下侧设置有所述的聚光头，所述的热管包括吸热段(或称蒸发段)和散热段(或称冷凝段)，以所述的聚光头为界点，左右两边各设置有所述的热管，且两相邻热管的吸热段均被所述的聚光头包裹在其内，所述的散热段处在所述的流体管道内或与流体管道合为一体，在实际应用中，所述的聚光头始终处在碟式抛物面反射镜的聚光点上，聚光头聚集的热通过所述的热管的散热段快速传递给流体管道内的传热工质，以达到高温集热的目的。

Description

一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管

技术领域

本发明属于太阳能热利用技术领域，尤其涉及一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管的技术。

背景技术

一方面人类能源消费水平不断提高，另一方面常规化石能源日益枯竭，而且常规化石能源伴随的污染物排放问题日益不能满足人们对于未来能源的需求。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的新型清洁能源，正越来越得到人们的重视，针对太阳能的开发工作正在日益取得进展。其中太阳能发电是对太阳能的一种高级开发应用，它通过一定的手段将太阳能最终转化成电能，以满足现代社会的电力需求。

目前比较流行的太阳能发电主要分为光伏发电和太阳能热发电两种形式。其中光伏发电采用太阳能电池板或电池薄膜接收太阳光，并直接将光能转化成电能，但是在发电效率和电池寿命方面存在很大不足。太阳能热发电可分为槽式太阳能热发电、塔式太阳能集热发电和蝶式太阳能发电。槽式太阳能热发电由于聚光比不高，产生的蒸汽温度较低，因此发电效率受到制约。蝶式太阳能发电则由多个分散的小型聚光发电装置组成，单机功率小，同样不利于整体发电效率的提高。而塔式太阳能集热发电则是采用众多的反射器，将大面积的太阳光线聚集在一个吸热器上，因此可以得到很高的温度，使发电系统蒸汽初温提高，得到较高的发电效率但是，但是，对于塔式发电系统来说，目前限制集热发电效率提高的一个重要因素是集热效率问题。为了获得更大功率和更高的温度场，这就需要采用更多的聚光镜将更多的太阳光聚集在集热塔顶的吸热器上，与此同时，为了接收更多反射镜的反射光线，就需要将集热塔建设的很高，这对于工程建设和设备运行都是极其不利的。并且，由于余弦效应的影响，塔式集热不能完全有效的利用集热场内的太阳能。

开发新型高效率的聚热装置和高效率的集热系统，对于降低光热发电造价和提高电厂可靠性具有重要意义。

要将太阳能光热发电实现大规模产业化，最关键还是在技术方面的突破，在聚热方式上要有技术创新、技术突破，需要一次变革性的技术，来推动实实在在的能源技术革命。

发明内容

(一)解决的技术问题

1，要解决现有的太阳能光热发电系统结构复杂、初期投资大、建造周期长的问题；

2，要解决现有的聚热装置集热效率低的问题；

3，要解决现有的聚热装置技术难度大、制造成本高的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，包括流体管道、热管、聚光头，其特征在于，所述的流体管道近中间段的下侧设置有所述的聚光头，所述的热管包括吸热段(或称蒸发段)和散热段(或称冷凝段)，以所述的聚光头为界点，左右两边各设置有所述的热管，且两相邻热管的吸热段均被所述的聚光头包裹在其内，所述的散热段处在所述的流体管道内或与流体管道合为一体，在实际应用中，所述的聚光头始终处在碟式抛物面反射镜的聚光点上，聚光头将聚集的热量通过所述的热管的散热段快速传递给流体管道内的传热工质，以达到高温集热的目的。

在上述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于，所述的流体管道的中间段形成一段整体呈倒“U”字形的U型管段，以所述的U型管段为界的左右两边流体管道内各设置有所述的热管的散热段，两相邻所述的热管的吸热段均从U型管段的内凹处伸出，且同时被所述的聚光头包裹其内，所述的聚光头底端形成一圆盘状的受热面。通常，这样的设计考虑到热管的设计要求，因为热管为直管传热效果最好，所以本设计创造性的利用了一段U型管段，腾出了热管的吸热段和聚光头的结合空间。本设计中的热管，是一种特种热管，热管里面的传热介质采用多种无机材料混合而成，这种传热介质配方由物理学家渠玉芝发明的，配方及热管制造方法见专利号(01120356.0)。此种热管横向和竖向放置都不影响传热效果，而且基本上是等温传热。该热管已在国内生产且以获得广泛应用。这是一种管道内部加热的集热管形式。

在上述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于，所述的散热段的外表面上设置有若干导热翅片，且该导热翅片呈轴向设置。通常，设置导热翅片为了增加散热面积，同时，呈轴向设置的导热翅片可以在保证散热面积的情况下，可以最大程度的减少传热介质在流体管道内流通的阻力。

在上述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于，以所述的流体管道的中间为界，左右两段流体管道的外表上各设置有与其同心的夹套管，夹套管的内壁和对应部位的流体管道的外壁构成一个夹套式热管，相邻的两段热管的吸热段同时被所述的聚光头包裹其内，所述的聚光头底端形成一圆盘状的受热面。这是一种外部加热流体管道内工质的集热管形式，内部流体阻力更小。

在上述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于，所述的流体管道的内壁上设置有若干散热翅片，且该散热翅片呈轴向设置。通常，设置导热翅片为了增加散热面积，同时，呈轴向设置的导热翅片可以在保证散热面积的情况下，可以最大程度的减少传热介质在流体管道内流通的阻力。

在上述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于，所述的流体管道的两端口各设置有连接法兰。通常，这样的设计更利于现场的安装施工，尽量让集热管更加部件化，标准化。

在上述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于，所述的受热面的表面上设置有耐高温吸热涂层。通常，吸热涂层采用美国天宝(Tempil)Pyromark2500的高温漆作为本技术的耐高温吸热涂层，其涂层最高能承受1093℃。

在上述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于，所述的聚光头的底端被一个全透明玻璃罩罩住，所述的流体管道的外表面除去玻璃罩及流体管道的两端口外，其外层均被隔热层包裹住，所述的玻璃罩的开口端镶嵌在所述的隔热层内。通常，这样的设计更利于阻止热量的损失，提高热能的转化率。

在上述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于，所述的玻璃罩由两个呈椭圆形封头状的透明玻璃套装一起后密封且抽真空，形成一个双层真空玻璃罩。通常，这样的结构设计在现实中已很多应用，比如传统的太阳能真空管玻璃管，只不过，在本技术中，真空玻璃管的长度缩短了，直径变大了。

在上述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于，所述的玻璃罩的端口熔接有一环形可伐合金，所述的可伐合金和所述的聚光头的底端外周焊接形成一个空腔，空腔内呈真空状。这样的玻璃和金属的连接方式参考了现有的高温集热管的连接方式。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的新型太阳能集热技术克服了传统槽式集热管的集热温度不高和聚光度不高的弊端；克服了塔式系统投资大、成本高、系统复杂的缺点；克服了传统碟式不能储能的问题。可以像传统碟式斯特林发电一样可以小型化发电，也可以像塔式系统一样的大型化发电，将为太阳能光热利用实现大规模产业化、模块化奠定了坚实的基础。

本发明提供的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的聚热装置，根据所要加热的传热介质的不同，会有很多种应用，比如传热介质可以是水、导热油、熔盐、超临界二氧化碳、氢气、氦气等等，本装置可以应用到烘干机、大型热水工程、光热发电等方面。

根据本发明的技术特点，把本发明中的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管与斯特林发电机有效结合在一起，形成一套结构简单、安装便利、建造灵活、建造周期短的新型太阳能斯特林发电系统。具有可靠性好、功率灵活、效率高、对环境友好等特点。使本发明的太阳能斯特林发电系统运行稳定可靠、成本低，同时相比其他的发电机，斯特林发电机具有较高的热电效率以及较高的可靠性。

本发明提供的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，具有聚热效率高、聚热温度高以及加热的工质范围广的特点，对于降低光热发电造价和提高电厂可靠性具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图仅提供参考和说明用，并非用来对本发明加以限制。

图1是本发明提供的实施例1的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管的结构示意图；

图2是本发明提供的图1中的A-A截面的结构示意图；

图3是本发明提供的一种热管的结构示意图；

图4是本发明提供的一种热管的散热段的结构示意图；

图5是本发明提供的图6中的B-B截面的结构示意图；

图6是本发明提供的实施例2的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管的结构示意图；

图7是本发明提供的热管和流体管道结合为一体的结构示意图；

图8是本发明提供的图6中标示的E-E截面结构示意图；

图9是本发明提供的图6中标示的E-E另一种截面结构示意图；

图10是本发明提供的玻璃罩通过可伐合金和聚光头连接的一种连接结构示意图；

图11是本发明提供的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管的应用实例的结构示意图。

图中，流体管道1、热管2、聚光头3、玻璃罩4、隔热层5、可伐合金6、空腔7、环形反射镜8、集热管9、U型管段10、夹套管11、散热翅片12、接法兰13、碟式反射镜14、反射镜支架15、日跟踪装置16、吸热段20、散热段21、导热翅片22、受热面30、耐高温吸热涂层31。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“若干”的含义是一个或一个以上。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

如图1、图2、图3和图4所示，一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，包括流体管道1、热管2、聚光头3。

流体管道1近中间段的下侧设置有所述的聚光头3，热管2包括吸热段20(或称蒸发段)和散热段21(或称冷凝段)，以聚光头3为界点，左右两边各设置有一根热管2，且两相邻热管2的吸热段20均被聚光头3包裹在其内，散热段21处在流体管道1内。

在实际应用中，聚光头3始终处在碟式抛物面反射镜的聚光点上，聚光头3将聚集的热量通过热管2的散热段21快速传递给流体管道1内的传热工质，以达到高温集热的目的。

流体管道1的中间段形成一段整体呈倒“U”字形的U型管段10，以U型管段10为界的左右两边流体管道1内各设置有一根热管2的散热段21，两相邻热管2的吸热段20均从U型管段10的内凹处伸出，且同时被聚光头3包裹其内，聚光头3底端形成一圆盘状的受热面30。

散热段21的外表面上设置有若干导热翅片22，且该导热翅片22呈轴向设置。

以流体管道1的中间为界，左右两段流体管道1的外表上各设置有与其同心的夹套管11，夹套管11的内壁和对应部位的流体管道1的外壁构成一个夹套式热管2，相邻的两段热管2的吸热段20同时被聚光头3包裹其内，聚光头3底端形成一圆盘状的受热面30。

流体管道1的内壁上设置有若干散热翅片12，且该散热翅片12呈轴向设置。

流体管道1的两端口各设置有连接法兰13。

受热面30的表面上设置有耐高温吸热涂层31。通常，吸热涂层采用美国天宝(Tempil)的Pyromark2500的高温漆作为本技术的耐高温吸热涂层，其涂层最高能承受1093℃。

聚光头3的底端被一个全透明玻璃罩4罩住，流体管道1的外表面除去玻璃罩4及流体管道1的两端口外，其外层均被隔热层5包裹住，玻璃罩4的开口端镶嵌在隔热层5内。玻璃罩4由两个呈椭圆形封头状的透明玻璃套装一起后密封且抽真空，形成一个双层真空玻璃罩。玻璃罩4上端口外围的隔热层5的表面设置有一环形反射镜8。

实施例2：

如图5、图6、图7和图8所示，一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，包括流体管道1、热管2、聚光头3。

流体管道1近中间段的下侧设置有聚光头3，热管2包括吸热段20(或称蒸发段)和散热段21(或称冷凝段)，以聚光头3为界点，左右两边各设置有一根热管2，且两相邻热管2的吸热段20均被聚光头3包裹在其内，散热段21与流体管道1合为一体，在实际应用中，聚光头3始终处在碟式抛物面反射镜的聚光点上，聚光头3将聚集的热量通过热管2的散热段21快速传递给流体管道1内的传热工质，以达到高温集热的目的。

散热段21的外表面上设置有若干导热翅片22，且该导热翅片22呈轴向设置。以流体管道1的中间为界，左右两段流体管道1的外表上各设置有与其同心的夹套管11，夹套管11的内壁和对应部位的流体管道1的外壁构成一个夹套式热管2，相邻的两段热管2的吸热段20同时被所述的聚光头3包裹其内，聚光头3底端形成一圆盘状的受热面30。受热面30的表面上设置有耐高温吸热涂层31。通常，吸热涂层采用美国天宝(Tempil)的Pyromark2500的高温漆作为本技术的耐高温吸热涂层，其涂层最高能承受1093℃。

流体管道1的内壁上设置有若干散热翅片12，且该散热翅片12呈轴向设置。

流体管道1的两端口各设置有连接法兰13。

聚光头3的底端被一个全透明玻璃罩4罩住，流体管道1的外表面除去玻璃罩4及流体管道1的两端口外，其外层均被隔热层5包裹住，玻璃罩4的开口端镶嵌在隔热层5内。玻璃罩4上端口外围的隔热层5的表面设置有一环形反射镜8。

玻璃罩4由两个呈椭圆形封头状的透明玻璃套装一起后密封且抽真空，形成一个双层真空玻璃罩。

实施例3：

如图9所示，呈现了流体管道1内没有设置导热翅片的一种应用，其它的和实施例2的一样，在此不再一一赘述。

实施例4：

如图10所示，呈现了一种玻璃罩4和聚光头3的一种连接方式，玻璃罩4的端口熔接有一环形可伐合金6，可伐合金6和聚光头3的底端外周焊接形成一个空腔7，空腔7内呈真空状。

实施例5：

如图11所示，提供了一个本技术所述的用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管的应用实例，但不仅仅局限于此应用实例。

本应用实例是一套太阳能集热装置，包括碟式反射镜14、反射镜支架15、日跟踪装置16、若干如权利要求1-10所述的集热管9，若干个碟式反射镜14安装在反射镜支架15上形成类似于传统槽式反射镜的直线排列方式，其碟式反射镜14的上空都对应安装一支集热管9，每支集热管9上的聚光头3都处在一个对应的碟式反射镜14的聚焦点上，日跟踪装置16和反射镜支架15组成一个联动系统，通过日跟踪装置16自动跟踪太阳光，从而带动反射镜支架15的整体联动。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了流体管道、热管、聚光头、玻璃罩、隔热层、可伐合金、空腔、环形反射镜、集热管、U型管段、夹套管、散热翅片、接法兰、碟式反射镜、反射镜支架、日跟踪装置、吸热段、散热段、导热翅片、受热面、耐高温吸热涂层等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，包括流体管道(1)、热管(2)、聚光头(3)，其特征在于，所述的流体管道(1)近中间段的下侧设置有所述的聚光头(3)，所述的热管(2)包括吸热段(20)(或称蒸发段)和散热段(21)(或称冷凝段)，以所述的聚光头(3)为界点，左右两边各设置有所述的热管(2)，且两相邻热管(2)的吸热段(20)均被所述的聚光头(3)包裹在其内，所述的散热段(21)处在所述的流体管道(1)内或与流体管道(1)合为一体，在实际应用中，所述的聚光头(3)始终处在碟式抛物面反射镜的聚光点上，聚光头(3)将聚集的热量通过所述的热管(2)的散热段(21)快速传递给流体管道(1)内的传热工质，以达到高温集热的目的。

2.根据权利要求1所述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于：所述的流体管道(1)的中间段形成一段整体呈倒“U”字形的U型管段(10)，以所述的U型管段(10)为界的左右两边流体管道(1)内各设置有所述的热管(2)的散热段(21)，两相邻所述的热管(2)的吸热段(20)均从U型管段(10)的内凹处伸出，且同时被所述的聚光头(3)包裹其内，所述的聚光头(3)底端形成一圆盘状的受热面(30)。

3.根据权利要求2所述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于：所述的散热段(21)的外表面上设置有若干导热翅片(22)，且该导热翅片(22)呈轴向设置。

4.根据权利要求1所述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于，以所述的流体管道(1)的中间为界，左右两段流体管道(1)的外表上各设置有与其同心的夹套管(11)，夹套管(11)的内壁和对应部位的流体管道(1)的外壁构成一个夹套式热管(2)，相邻的两段热管(2)的吸热段(20)同时被所述的聚光头(3)包裹其内，所述的聚光头(3)底端形成一圆盘状的受热面(30)。

5.根据权利要求4所述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于：所述的流体管道(1)的内壁上设置有若干散热翅片(12)，且该散热翅片(12)呈轴向设置。

6.根据权利要求1或2或4所述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于：所述的流体管道(1)的两端口各设置有连接法兰(13)。

7.根据权利要求2或4所述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于：所述的受热面(30)的表面上设置有耐高温吸热涂层(31)。

8.根据权利要求1或2或4所述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于：所述的聚光头(3)的底端被一个全透明玻璃罩(4)罩住，所述的流体管道(1)的外表面除去玻璃罩(4)及流体管道(1)的两端口外，其外层均被隔热层(5)包裹住，所述的玻璃罩(4)的开口端镶嵌在所述的隔热层(5)内。

9.根据权利要求8所述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于：所述的玻璃罩(4)由两个呈椭圆形封头状的透明玻璃套装一起后密封且抽真空，形成一个双层真空玻璃罩。

10.根据权利要求8所述的一种用于碟式太阳能反射镜聚热的集热管，其特征在于：所述的玻璃罩(4)的端口熔接有一环形可伐合金(6)，所述的可伐合金(6)和所述的聚光头(3)的底端外周焊接形成一个空腔(7)，空腔(7)内呈真空状。