CN110715459A - 一种太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能集热器，涉及太阳能转化为热能的技术领域，由支架、V形波纹反光板、太阳能真空集热管、受热芯、中央连接箱和太阳能真空集热管固定组成，太阳能真空集热管为一双层异质真空管状构件，由外层玻璃管、内层无氧铜管，附着在内层无氧铜管外壁上的选择性吸热材料层、真空密封装置、干燥剂、吸湿膜、定位片组成；受热芯为一断面呈环形的U型中空铜管，由进水管、受热芯本体、出水管、扩张弹簧组成；中央连接箱为一由上下箱体扣合的长方形箱体，产品具有结构合理，短时快速升温，光热转化效能高等优点。

Description

一种太阳能集热器

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，具体涉及一种太阳能集热器。

背景技术

目前，我国太阳能集热技术，随着科学技术的不断进步，新材料，新技术日新月异，培育和催生了一批批新装备的诞生，也为该技术的应用提供了坚实的技术支撑。世界是运动和发展的，任何新生事物都有一个成长进步的过程。现有太阳能集热技术也是如此，随着推广应用的不断深入，一些深层次的问题逐渐浮出水面，如平面太阳能集热器散热损耗大的问题，U型太阳能集热器，光热转化效能低，采光面积大的问题。又如，玻璃金属太阳能集热器，由于不同材质熔封技术不够成熟，产品可靠使用温度受限制的问题，这些问题的存在，都不同程度地制约了太阳能集热技术的向前发展。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种太阳能集热器，由支架、V型波纹反光板、太阳能真空集热管、受热芯、中央连接箱和太阳能真空集热器管固定座组成，所述V型波纹反光板由框架和V型波纹薄板组成，安装在支架上，所述太阳能真空集热管为一双层异质真空管状构件，太阳能真空集热管由外层玻璃管和内层无氧铜管组成的夹层真空结构，太阳能真空集热管套装在受热芯上，并插装在中央连接箱上的安装孔内，太阳能真空集热管另一个密封端插入固定在V型波纹反光板上的长方形多孔固定座内，所述受热芯为一断面呈环形的U型中空铜管，受热芯包括进水管、本体、出水管、扩张弹簧组成，所述进水管、出水管分别焊接在本体两端，扩张弹簧位于本体上，所述进水管、出水管分别与所述中央连接箱连接，所述中央连接箱由上、下箱体扣合的长方形箱体，太阳能真空集热管固定座为一多孔长方形箱体，安装在V型波纹反光板上。

进一步地，所述支架为三角形不锈钢构件。

更进一步地，所述受热芯的扇环形外径与内层无氧铜管内径一致，受热芯安装于内层无氧铜管内腔，在扩张弹簧的作用下，受热芯外壁与内层无氧铜管内壁紧密贴合。

更进一步地，所述太阳能真空集热管还包括附着在内层无氧铜管外壁上的选择性吸热材料、真空密封装置、干燥剂、吸热膜、定位片，所述外层玻璃管为一端封闭，另一端开口的中空玻璃管体，其开口颈部设有加强兼密封作用的环形台和端面密封凹槽，所述内层无氧铜管为一端封闭，另一端开口设有中空薄壁无氧铜管，且其外表附着有吸热材料层，开口端与真空密封装置焊为一体，所述吸热膜设置在靠近外层玻璃管封闭一端，所述定位片设置在靠近内层无氧铜管，并与外层玻璃管封闭一端相连，所述干燥剂设置在靠近内层无氧铜管一侧的定位片内壁。

更进一步地，真空密封装置包括真空装置本体、真空装置螺环、密封腔、椭圆截面的充气铜管垫圈凹槽、连接螺纹、外层玻璃管开口端端面为椭圆截面的充气密封铜管垫圈、圆型硅胶垫圈、波纹套管，所述真空密封装置本体上设置有带有所述充气铜管垫圈凹槽的密封腔，所述椭圆截面充气密封铜管垫圈置于充气铜管垫圈凹槽内，真空装置螺环、波纹套管、圆形硅胶垫圈套装在外层玻璃管上，并插入密封装置本体的密封空腔内，通过外层玻璃管上的环形台、外层玻璃管开口端断面椭圆截面充气密封铜管垫圈、真空装置螺环、外层玻璃管、圆型硅胶密封圈、与真空装置本体上的椭圆截面的充气铜管垫圈凹槽及其连接螺纹相互共同作用，将外层玻璃管和内层铜管连为一个真空整体。

更进一步地，所述中央连接箱由下箱体、下夹板、上箱体、上夹板、箱体密封垫、太阳能真空集热管密封圈、H型导工质管、进工质管、出工质管组成，进工质管和出工质管分别设置有进工质管半圆形卡槽、出工质管半圆形卡槽,下箱体和上箱体分别由下箱体外壳、上箱体外壳，下箱体保温层、上箱体保温层、下箱体本体、上箱体本体分别组成；下箱体本体和上箱体本体两侧分别对应设置有若干个太阳能真空管半圆形卡槽；下夹板和上夹板上分别对应设置有若干个H型导工质管半圆形卡槽；所述进工质管半圆形卡槽和出工质管半圆形卡槽、上箱体保温层和下箱体保温层、分别安装在下箱体外壳、上箱体壳体与下箱体本体、上箱体本体之间；下箱体安装在V型波纹反光板上，下夹板固定在下箱体中部，所述进工质管、出工质管、H型导工质管分别装入设在下夹板和上夹板的H型导工质管半圆形卡槽内，所述进水管、出水管分别与中央连接箱上对应的进工质管、出工质管连接，固定下夹板和上夹板，将进工质管、出工质管、H型导工质管紧固在下夹板和上夹板中，下箱体，密封垫和上箱体，通过螺栓扣合为一整体，中央连接箱两侧便形成了若干个太阳能真空管安装孔，孔内安装太阳能真空集热管密封垫圈。

更进一步地，所述中央连接箱上的进工质管与外部进工质系统相连，出工质管与外部出工质系统相接。

本发明的优点：本发明通过改变吸热材料附着体的材质和构建异型材质相容的真空空间设置，形成了高效能的光热转化空间，一是：克服了吸热材料附着体比热容低，导热系数小，光热转化效能弱的问题，二是：拓展了太阳能真空集热管采用不同材质构建真空环境的措施，克服了太阳能真空集热管使用材料的限制，为玻璃金属太阳能真空集热管技术的快速发展开辟了新的途径，受热芯扇环形断面结构的设置，其优点主要表现在：一是：使进入其中的工质呈环形薄层工质柱加热，减少了发热层的加热深度，提升了工质的加热对流能力，便于短时间快速升温，二是：改变了受热芯材质，加强了热传导能力，三是：增加了加热层与受热芯的接触面积，提高了热交换效率，四是：克服了如热空气加热、翼片加热、媒介变相加热技术热损失大的缺陷。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的太阳能真空集热外玻璃管结构示意图；

图3是本发明的内层铜管结构示意图；

图4是本发明的受热芯结构示意图；

图5是图4的A-A的结构示意图；

图6是本发明的新型太阳能集热器真空空间结构示意图；

图7是本发明的太阳能真空集热管；

图8是本发明的V型波纹薄板的结构示意图；

图9是图8的B-B的结构示意图；

图10是本发明的V型反光板的结构示意图；

图11是本发明的支架的俯视图；

图12是本发明的支架的正视图；

图13是本发明的中央连接箱的结构示意图；

图14是本发明的进、出工质管的结构示意图；

图15是本发明的下箱体的结构示意图；

附图标记：

1为支架、2为V型波纹反光板、2a为框架、2b为V型波纹薄板、3为太阳能真空集热管、3a为外层玻璃管、3a1为环形台、3a2为密封凹槽、3b为内层无氧铜管、3c为选择性吸热材料、3d为真空密封装置、3e为干燥剂、3f为吸湿膜、3g为定位片、3d1为真空装置本体、3d11为密封卡槽、3d1a为密封腔、3d1b为充气铜管垫圈凹槽、3d1c为连接螺纹、3d2为真空装置螺环、3d3为充气密封铜管垫圈、3d4为密封圈、3d5为波纹套管、4为受热芯、4a为进水管、4b为出水管、4c为扩张弹簧、4d为本体、5为中央连接箱、5a为下箱体、5b为下夹板、5c为上箱体、5d为上夹板、5e为密封垫、5f为太阳能真空集热管密封圈、5g为H型导工质管、5h为进工质管、5m为出工质管、5a1为下箱体外壳、5a2为下箱体保温层、5a3为下箱体本体、5b1为H型导工质管半圆形卡槽、5b2为出工质管半圆形卡槽、5c1上箱体壳体、5c2为上箱体保温层、5c3为上箱体本体、5d2为出工质管半圆形卡槽、6为太阳能真空集热管固定座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1至图15，如图1至图15所示，一种太阳能集热器，由支架1、V型波纹反光板2、太阳能真空集热管3、受热芯4、中央连接箱5和太阳能真空集热器管固定座6组成，支架1为三角形不锈钢构件，V型波纹反光板2由框架2a和V型波纹薄板2b组成，安装在支架1上，太阳能真空集热管3为一双层异质真空管状构件，太阳能真空集热管3由外层玻璃管3a和内层无氧铜管3b组成的夹层真空结构，太阳能真空集热管3还包括附着在内层无氧铜管3b外壁上的选择性吸热材料3c、真空密封装置3d、干燥剂3e、吸热膜3f、定位片3g，外层玻璃管3a为一端封闭，另一端开口的中空玻璃管体，其开口颈部设有加强兼密封作用的环形台3a1和端面密封凹槽3a2，内层无氧铜管3b为一端封闭，另一端开口设有中空薄壁无氧铜管，且其外表附着有吸热材料层3c，开口端与真空密封装置3d焊为一体，吸热膜3f设置在靠近外层玻璃管3a封闭一端，定位片3g设置在靠近内层无氧铜管3b，并与外层玻璃管3a封闭一端相连，干燥剂3e设置在靠近内层无氧铜管3b一侧的定位片3g内壁，真空密封装置3d包括真空装置本体3d1、真空装置螺环3d2、密封腔3d1a、椭圆截面的充气铜管垫圈凹槽3d1b、连接螺纹3d1c、外层玻璃管开口端端面为椭圆截面的充气密封铜管垫圈3d3、圆型硅胶垫圈3d4、波纹套管3d5，真空密封装置本体3d1上设置有带有充气铜管垫圈凹槽3d1b的密封腔3d1a，椭圆截面充气密封铜管垫圈3d3置于充气铜管垫圈凹槽3d1b内，真空装置螺环3d2、波纹套管3d5、圆形硅胶垫圈3d4套装在外层玻璃管3a上，并插入密封装置本体3d1的密封空腔3d1a内，通过外层玻璃管3a上的环形台3a1、外层玻璃管3a开口端断面椭圆截面充气密封铜管垫圈3d3、真空装置螺环3d2、外层玻璃管3a、圆型硅胶密封圈3d4、与真空装置本体3d1上的椭圆截面的充气铜管垫圈凹槽3d1b及其连接螺纹3d1c相互共同作用，将外层玻璃管3a，内层铜管3d连为一个真空整体，形成密封空间，抽出外层玻璃管3a和内层铜管3b夹层中的空气，夹层空间实现真空化，波纹管3d5主要作用是当热膨胀时起到减压作用，避免外层玻璃管3a损坏，波纹管3d5不起密封作用，其密封部位：为外层玻璃管3a端面椭圆截面充气密封铜管垫圈凹槽3d1b、椭圆截面充气密封铜管垫圈3d3和密封装置本体上的椭圆截面充气密封铜管垫圈凹槽3d1b相配合，起到密封作用，由玻璃材质（比热容约900J/mgk，导热系数约1.2w/mk）改为无氧铜材质（比热容398J/kgk，导热系数377w/mk）同等条件下，比容热提升2倍，导热系数提升331倍，极大地强化了光热转化能力，使能量密度低的太阳能集热变的更加有效，真空密封装置的设置，较为科学地建立了异型材质相容的真空空间，克服了高比热容、高导热系数的优质材料使用受限制、以及不同热膨胀率材料熔封难的技术瓶颈，使玻璃金属太阳能真空集热管的可靠使用温度由现在的300℃提升至500℃，为太阳能技术中高温应用奠定了坚实的基础，为玻璃金属太阳能真空集热管的开发应用开辟了新的途径，太阳能真空集热管3另一个密封端插入固定在V型波纹反光板2上的长方形多孔固定座内，受热芯4为一断面呈环形的U型中空铜管，受热芯4的扇环形外径与内层无氧铜管3b内径一致，受热芯4安装于内层无氧铜管3b内腔，在扩张弹簧4c的作用下，受热芯4外壁与内层无氧铜管3b内壁紧密贴合，本发明受热芯4采用环形断面结构，其理由是：一是，使受热芯4外层与内层铜管3b内壁加热层紧紧相贴，增加了加热面积，提高了施热体与受热体之间的热传导，二是使进入其中的工质，由圆柱形径向加热，变为环形断面薄层工质柱加热，减小了加热层的加热深度，提高了工质的热对流能力，便于短时间快速升温，三是受热芯采用了铜质材料，提高了受热芯的热容比和导热系数，使加热层的热量迅速传递给受热芯4对工质进行加热，提高了热交换效能，四是有效的克服了现有热空气加热、翼片加热、媒介变相加热技术热损耗大的缺陷，受热芯4包括进水管4a、本体4d、出水管4b、扩张弹簧4c组成，进水管4a、出水管4b分别焊接在本体4两端，扩张弹簧4c位于本体4上，进水管4a、出水管4b分别与中央连接箱5连接，中央连接箱5由上、下箱体扣合的长方形箱体，中央连接箱5由下箱体5a、下夹板5b、上箱体5c、上夹板5d、箱体密封垫5e、太阳能真空集热管密封圈5f、H型导工质管5g、进工质管5h、出工质管5m组成，进工质管5h和出工质管5m分别设置有进工质管半圆形卡槽5b2、出工质管半圆形卡槽5d2,下箱体5a和上箱体5c分别由下箱体外壳5a1、上箱体外壳5c1，下箱体保温层5a2、上箱体保温层5c2、下箱体本体5a3、上箱体本体5c3分别组成；下箱体本体5a3和上箱体本体5c3两侧分别对应设置有若干个太阳能真空管半圆形卡槽5a31；下夹板5b和上夹板5d上分别对应设置有若干个H型导工质管半圆形卡槽5b1；进工质管半圆形卡槽5b2和出工质管半圆形卡槽5d2、上箱体保温层5a2和下箱体保温层5c2、分别安装在下箱体外壳5a1、上箱体壳体5c1与下箱体本体5a3、上箱体本体5c3之间；下箱体5a安装在V型波纹反光板2上，下夹板5b固定在下箱体5a中部，进工质管5h、出工质管5m、H型导工质管5g分别装入设在下夹板5b和上夹板5d的H型导工质管半圆形卡槽5b1内，进水管4a、出水管4b分别与中央连接箱5上对应的进工质管5h、出工质管5m连接，固定下夹板5b和上夹板5d，将进工质管5h、出工质管5m、H型导工质管5g紧固在下夹板5b和上夹板5d中，下箱体5a，密封垫5e和上箱体5c，通过螺栓扣合为一整体，中央连接箱5两侧便形成了若干个太阳能真空管安装孔，孔内安装太阳能真空集热管密封垫圈5f，中央连接箱5上的进工质管5h与外部进工质系统相连，出工质管5m与外部出工质系统相接，从而形成了完整的循环工质通道，这样设置的目的是，一是使各导工质管连为一体，便于安装和维护，二是使各导工质管与受热芯4进出工质管连接段全部包纳在中央连接箱5内，以减少散热耗损，太阳能真空集热管固定座6为一多孔长方形箱体，安装在V型波纹反光板2上，其中图14可为进工质管5h或出工质管5m，两者之间的结构是相同的，故没有对其进行附图标记。

本发明通过改变吸热材料附着体的材质和构建异型材质相容的真空空间设置，形成了高效能的光热转化空间，克服了吸热材料附着体比热容低，导热系数小，光热转化效能弱的问题；拓展了太阳能真空集热管采用不同材质构建真空环境的措施，克服了太阳能真空集热管使用材料的限制，为玻璃金属太阳能真空集热管技术的快速发展开辟了新的途径，受热芯扇环形断面结构的设置，其优点主要表现在；使进入其中的工质呈环形薄层工质柱加热，减少了发热层的加热深度，提升了工质的加热对流能力，便于短时间快速升温；改变了受热芯材质，加强了热传导能力；增加了加热层与受热芯的接触面积，提高了热交换效率；克服了如热空气加热、翼片加热、媒介变相加热技术热损失大的缺陷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种太阳能集热器，其特征在于，由支架（1）、V型波纹反光板（2）、太阳能真空集热管（3）、受热芯（4）、中央连接箱（5）和太阳能真空集热器管固定座（6）组成，所述V型波纹反光板（2）由框架（2a）和V型波纹薄板（2b）组成，安装在支架（1）上，所述太阳能真空集热管（3）为一双层异质真空管状构件，太阳能真空集热管（3）由外层玻璃管（3a）和内层无氧铜管（3b）组成的夹层真空结构，太阳能真空集热管（3）套装在受热芯（4）上，并插装在中央连接箱（5）上的安装孔内，太阳能真空集热管（3）另一个密封端插入固定在V型波纹反光板（2）上的长方形多孔固定座内，所述受热芯（4）为一断面呈环形的U型中空铜管，受热芯（4）包括进水管（4a）、本体（4d）、出水管（4b）、扩张弹簧（4c）组成，所述进水管（4a）、出水管（4b）分别焊接在本体（4d）两端，扩张弹簧（4c）位于本体（4d）上，所述进水管（4a）、出水管（4b）分别与所述中央连接箱（5）连接，所述中央连接箱（5）由上、下箱体扣合的长方形箱体，太阳能真空集热管固定座（6）为一多孔长方形箱体，安装在V型波纹反光板（2）上。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述支架（1）为三角形不锈钢构件。

3.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述受热芯（4）的扇环形外径与内层无氧铜管（3b）内径一致，受热芯（4）安装于内层无氧铜管（3b）内腔，在扩张弹簧（4c）的作用下，受热芯（4）外壁与内层无氧铜管（3b）内壁紧密贴合。

4.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述太阳能真空集热管（3）还包括附着在内层无氧铜管（3b）外壁上的选择性吸热材料（3c）、真空密封装置（3d）、干燥剂（3e）、吸热膜（3f）、定位片（3g），所述外层玻璃管（3a）为一端封闭，另一端开口的中空玻璃管体，其开口颈部设有加强兼密封作用的环形台（3a1）和端面密封凹槽（3a2），所述内层无氧铜管（3b）为一端封闭，另一端开口设有中空薄壁无氧铜管，且其外表附着有吸热材料层（3c），开口端与真空密封装置（3d）焊为一体，所述吸热膜（3f）设置在靠近外层玻璃管（3a）封闭一端，所述定位片（3g）设置在靠近内层无氧铜管（3b），并与外层玻璃管（3a）封闭一端相连，所述干燥剂（3e）设置在靠近内层无氧铜管（3b）一侧的定位片（3g）内壁。

5.根据权利要求4所述的太阳能集热器，其特征在于，真空密封装置（3d）包括真空装置本体（3d1）、真空装置螺环（3d2）、密封腔（3d1a）、椭圆截面的充气铜管垫圈凹槽（3d1b）、连接螺纹（3d1c）、外层玻璃管开口端端面为椭圆截面的充气密封铜管垫圈（3d3）、圆型硅胶垫圈（3d4）、波纹套管（3d5），所述真空密封装置本体（3d1）上设置有带有所述充气铜管垫圈凹槽（3d1b）的密封腔（3d1a），所述椭圆截面充气密封铜管垫圈（3d3）置于充气铜管垫圈凹槽（3d1b）内，真空装置螺环（3d2）、波纹套管（3d5）、圆形硅胶垫圈（3d4）套装在外层玻璃管（3a）上，并插入密封装置本体（3d1）的密封空腔（3d1a）内，通过外层玻璃管（3a）上的环形台（3a1）、外层玻璃管（3a）开口端断面椭圆截面充气密封铜管垫圈（3d3）、真空装置螺环（3d2）、外层玻璃管（3a）、圆型硅胶密封圈（3d4）、与真空装置本体（3d1）上的椭圆截面的充气铜管垫圈凹槽（3d1b）及其连接螺纹（3d1c）相互共同作用，将外层玻璃管（3a）和内层铜管（3d）连为一个真空整体。

6.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述中央连接箱（5）由下箱体（5a）、下夹板（5b）、上箱体（5c）、上夹板（5d）、箱体密封垫（5e）、太阳能真空集热管密封圈（5f）、H型导工质管（5g）、进工质管（5h）、出工质管（5m）组成，进工质管（5h）和出工质管（5m）分别设置有进工质管半圆形卡槽（5b2）、出工质管半圆形卡槽（5d2）,下箱体（5a）和上箱体（5c）分别由下箱体外壳（5a1）、上箱体外壳（5c1），下箱体保温层（5a2）、上箱体保温层（5c2）、下箱体本体（5a3）、上箱体本体（5c3）分别组成；下箱体本体（5a3）和上箱体本体（5c3）两侧分别对应设置有若干个太阳能真空管半圆形卡槽（5a31）；下夹板（5b）和上夹板（5d）上分别对应设置有若干个H型导工质管半圆形卡槽（5b1）；所述进工质管半圆形卡槽（5b2）和出工质管半圆形卡槽（5d2）、上箱体保温层（5a2）和下箱体保温层（5c2）、分别安装在下箱体外壳（5a1）、上箱体壳体（5c1）与下箱体本体（5a3）、上箱体本体（5c3）之间；下箱体（5a）安装在V型波纹反光板（2）上，下夹板（5b）固定在下箱体（5a）中部，所述进工质管（5h）、出工质管（5m）、H型导工质管分别装入设在下夹板（5b）和上夹板（5d）的H型导工质管半圆形卡槽（5b1）内，所述进水管（4a）、出水管（4b）分别与中央连接箱（5）上对应的进工质管（5h）、出工质管（5m）连接，固定下夹板（5b）和上夹板（5d），将进工质管（5h）、出工质管（5m）、H型导工质管（5g）紧固在下夹板（5b）和上夹板（5d）中，下箱体（5a），密封垫（5e）和上箱体（5c），通过螺栓扣合为一整体，中央连接箱（5）两侧便形成了若干个太阳能真空管安装孔，孔内安装太阳能真空集热管密封垫圈（5f）。

7.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于，所述中央连接箱（5）上的进工质管（5h）与外部进工质系统相连，出工质管（5m）与外部出工质系统相接。

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