CN113357835B - 一种高集光导热的太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高集光导热的太阳能集热器，属于太阳能集热技术领域，通过在主集热管底端安装一对光反射件，将太阳光反射于主集热管背光面，扩大主集热管的集光受热面，此外，在主集热管上端分布多个辅集热管，辅集热管的上下端壁均通过弹性隔磁层包覆有磁性柱,磁性柱通过记忆合金杆与导热板相连接，当辅集热管受光面温度升高后，记忆合金杆恢复至其高温弹簧相态，其收缩使得磁性柱挤压弹性隔磁层，弹性隔磁层发生形变后减弱对磁性柱的隔磁作用，从而位于下方的磁吸条对发生位移的磁性柱起到磁吸作用，促使辅集热管旋转调换其受光面，如此循环，实现辅集热管全面受热均匀，有效对传热介质进行全面导热。

Description

一种高集光导热的太阳能集热器

技术领域

本发明涉及太阳能集热技术领域，更具体地说，涉及一种高集光导热的太阳能集热器。

背景技术

太阳能集热器是一种将太阳的辐射能转换为热能的设备。由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。

现有的用于太阳能热水器上的集热器，一般都是用各种采光材料的膜铺设在集热管上，对直射的太阳光进行高效收集。但集热管只能面向阳光的一面吸收光能，而背光面则难以吸收光能，集热管的背光面温度较低，则难以实现均匀受热，以至于存储于集热管内的传热介质难以全面被导热，从而导致太阳能热收集效率不够高，导热效果欠佳。

为此，我们提出一种高集光导热的太阳能集热器来有效解决现有技术中所存在的一些问题。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高集光导热的太阳能集热器，通过在主集热管底端安装一对光反射件，将阳光反射于主集热管背光面，扩大主集热管的集光受热面，此外，在主集热管上端分布多个辅集热管，当辅集热管受光面温度升高后，记忆合金杆恢复至其高温弹簧相态并拉动磁性柱挤压弹性隔磁层，弹性隔磁层形变后减弱对磁性柱的隔磁作用，磁吸条对发生位移的磁性柱磁吸，促使辅集热管旋转调换其受光面，实现辅集热管受热均匀，有效对传热介质进行全面导热。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种高集光导热的太阳能集热器，包括储水管和倾斜安装于储水管底端的多个主集热管，储水管底壁上还固定有多组与主集热管对应的光反射件，每组光反射件设有两个，两个光反射件朝中侧倾斜向下对称分布于主集热管底端两侧，多个主集热管上下端均套设有管套，一对管套之间设有多个环形分布于主集热管上端的辅集热管，辅集热管上下端均通过连通管与主集热管内壁相衔接，连通管通过旋转接头与辅集热管相旋转衔接，辅集热管内设有与连通管连接的固定轴，辅集热管上下端壁上均设有弹性隔磁层，弹性隔磁层内壁设有导热囊，弹性隔磁层远离导热囊的一端设有磁性柱，辅集热管内壁设有与磁性柱对应的导热板，导热板通过多个记忆合金杆与磁性柱固定连接，记忆合金杆与弹性隔磁层贯穿活动连接，固定轴底端设有与磁性柱磁吸设置的磁吸条。

进一步的，光反射件包括吸热板和分布于吸热板上的多个反射凸镜，吸热板连接于储水管上。

进一步的，吸热板采用采光材料制成，反射凸镜呈半梭柱形结构，一对光反射件距离主集热管下方5-10cm方向设置。

进一步的，主集热管的内底面设有吸热层，吸热层包括包覆于主集热管底端面上的采光膜，采光膜与主集热管之间填充有吸热材料，进一步提高了主集热管底端面的集光导热性能，有利于对主集热管内的传热介质进行全面导热。

进一步的，主集热管与辅集热管均同样采用采光材料制成，辅集热管的内部填充有导热填料，导热填料采用石墨烯颗粒，有利于提高辅集热管的集光、导热性能。

进一步的，弹性隔磁层为半椭型结构，弹性隔磁层包括弹性层与密集贴附于弹性层上的隔磁片，在非高温的环境下，弹性隔磁层以及导热囊处于初始状态，磁性柱位于弹性隔磁层内部，对磁性柱与磁吸条之间起到隔磁作用。

进一步的，导热囊为截面为椭形的柱状结构，导热囊内部填充有二氧化碳，一方面对磁性柱起到弹性挤压限位作用，另一方面其在受热后，有利于对磁性柱向外挤压。

进一步的，记忆合金杆采用记忆合金材料制成，磁性柱包括位于内层的磁性填料和包覆于磁性填料外的导热层，配合导热板易于对记忆合金杆进行导热。

进一步的，导热板采用导热材料制成，导热板倾斜设置于弹性隔磁层逆时针一侧。

进一步的，导热囊与辅集热管内壁相接触一端固定连接有承重柱，承重柱采用高密度材料制成。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案通过在主集热管底端安装一对光反射件，将阳光反射于主集热管背光面，背光面集光、扩大主集热管的集光受热面，此外，在主集热管上端分布多个辅集热管，辅集热管的上下端壁均通过弹性隔磁层包覆有磁性柱,磁性柱通过记忆合金杆与导热板相连接，当辅集热管受光面温度升高后，记忆合金杆恢复至其高温弹簧相态，使得磁性柱挤压弹性隔磁层，弹性隔磁层形变后减弱其对磁性柱的隔磁作用，从而位于下方的磁吸条对发生位移的磁性柱起到磁吸作用，促使辅集热管旋转调换其受光面，如此循环，实现辅集热管受热均匀，有效对传热介质进行全面导热，且有效避免辅集热管上端面一直处于高温受光状态，降低其老化率。

（2）本方案的光反射件包括吸热板和分布于吸热板上的多个反射凸镜，吸热板采用采光材料制成，反射凸镜呈半梭柱形结构，一对光反射件距离主集热管下方5-10cm方向设置，阳光照射于吸热板上，易于将光通过多个反射凸镜向主集热管底端反射，从而使得主集热管的背光面具有光照作用，实现主集热管背光面也具有集热效果，而将反射凸镜设置成半梭柱形结构，有利于接收两侧不同方向的光照，并利用倾斜面反射于主集热管底面。

（3）本方案在主集热管的内底面设置吸热层，吸热层包括包覆于主集热管底端面上的采光膜，采光膜与主集热管之间填充有吸热材料，进一步提高了主集热管底端面的集光导热性能，有利于对主集热管内的传热介质进行全面导热。

（4）本方案将主集热管与辅集热管同样采用采光材料制成，辅集热管的内部填充有导热填料，导热填料采用石墨烯颗粒，有利于提高辅集热管的集光、导热性能。

（5）本方案将弹性隔磁层设置成为半椭型结构，弹性隔磁层包括弹性层与密集贴附于弹性层上的隔磁片，在非高温的环境下，弹性隔磁层以及导热囊处于初始状态，磁性柱位于弹性隔磁层内部，对磁性柱与磁吸条之间起到隔磁作用，当弹性层受挤压形变后，隔磁片之间存在较大间隙后，则一定程度上减弱了对磁性柱的隔磁效果。

（6）本方案中的记忆合金杆采用记忆合金材料制成，磁性柱包括位于内层的磁性填料和包覆于磁性填料外的导热层，配合导热板易于对记忆合金杆进行导热，记忆合金杆在达到其高温环境下时，恢复高温时的弹簧相态，记忆合金杆收缩后拉动磁性柱向导热板一侧挤压，弹性隔磁层因挤压形变，扩大其表面积，多个隔磁片之间产生间隙，减弱了隔磁片对磁性柱的隔磁作用，此时，位于下方的磁吸条则对使得弹性隔磁层形变的磁性柱起到磁吸作用，从而使得辅集热管逆时针旋转，调换辅集热管的受光面。

（7）本方案中的导热囊为截面为椭形的柱状结构，导热囊内部填充有二氧化碳，一方面对磁性柱起到弹性挤压限位作用，另一方面其在受热后，有利于对磁性柱向外挤压，导热囊与辅集热管内壁相接触一端固定连接有承重柱，承重柱采用高密度材料制成，在光照端面改变时，辅集热管逆时针旋转，上下一对磁性柱调换方向，此时承重柱起到重量均衡作用，有利于一对磁性柱能够保持上下方向。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的未安装光反射件时的立体图；

图3为本发明的主集热管、辅集热管以及光反射件结合处的结构示意图；

图4为本发明的一对光反射件处的结构示意图；

图5为本发明的主集热管、光反射件结合处的光照反射示意图；

图6为本发明的主集热管与辅集热管结合处的部分剖视图；

图7为图6中辅集热管处放大示意图；

图8为本发明的主集热管与辅集热管结合处的部分侧面剖视图；

图9为图8中的辅集热管处放大示意图；

图10为图9中弹性隔磁层发生热形变后的放大示意图；

图11为本发明单组主集热管与光反射件结合处的光照示意图。

图中标号说明：

1储水管、2主集热管、201吸热层、3辅集热管、301导热填料、4管套、5连通管、501旋转接头、6光反射件、601吸热板、602反射凸镜、7固定轴、8磁吸条、9弹性隔磁层、10磁性柱、11导热囊、12承重柱、13导热板、14记忆合金杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-4，一种高集光导热的太阳能集热器，包括储水管1和倾斜安装于储水管1底端的多个主集热管2，储水管1上设有与主集热管2底端相连接的安装架，用于承载支撑，储水管1底壁上还固定有多组与主集热管2对应的光反射件6，每组光反射件6设有两个，两个光反射件6朝中侧倾斜向下对称分布于主集热管2底端两侧，光反射件6包括吸热板601和分布于吸热板601上的多个反射凸镜602，吸热板601连接于储水管1上，吸热板601采用采光材料制成，反射凸镜602呈半梭柱形结构，一对光反射件6距离主集热管2下方5-10cm方向设置，提高透光性，易于将照射于光反射件6上的光通过多个反射凸镜602向主集热管2底端反射，从而对主集热管2底端的背光面起到光反射作用，实现主集热管2背光面也具有集热效果，而将反射凸镜602设置成半梭柱形结构，有利于接收两侧不同方向的光照，并利用倾斜面反射于主集热管2底面。

请参阅图8，主集热管2的内底面设有吸热层201，吸热层201包括包覆于主集热管2底端面上的采光膜，采光膜与主集热管2之间填充有吸热材料，进一步提高了主集热管2底端面的集光导热性能，有利于对主集热管2内的传热介质进行全面导热。

请参阅图6-8，多个主集热管2上下端均套设有管套4，一对管套4之间设有多个环形分布于主集热管2上端的辅集热管3，辅集热管3与主集热管2相距3-7cm设置，有利于阳光通过两者间隙照射于主集热管2上端面，在太阳转动过程中，2上端面均能受到光照，主集热管2与辅集热管3均同样采用采光材料制成，辅集热管3的内部填充有导热填料301，导热填料301采用石墨烯颗粒，有利于提高辅集热管3的集光、导热性能。

辅集热管3上下端均通过连通管5与主集热管2内壁相衔接，连通管5通过旋转接头501与辅集热管3相旋转衔接，连通管5贯穿管套4并与主集热管2内部相连通，辅集热管3内设有与连通管5连接的固定轴7，辅集热管3上下端壁上均设有弹性隔磁层9，弹性隔磁层9内壁设有导热囊11，弹性隔磁层9远离导热囊11的一端设有磁性柱10，弹性隔磁层9为半椭型结构，弹性隔磁层9包括弹性层与密集贴附于弹性层上的隔磁片，在非高温的环境下，弹性隔磁层9以及导热囊11处于初始状态，磁性柱10位于弹性隔磁层9内部，对磁性柱10与磁吸条8之间起到隔磁作用。

请参阅图9-10，辅集热管3内壁设有与磁性柱10对应的导热板13，导热板13通过多个记忆合金杆14与磁性柱10固定连接，记忆合金杆14与弹性隔磁层9贯穿活动连接，固定轴7底端设有与磁性柱10磁吸设置的磁吸条8，记忆合金杆14采用记忆合金材料制成，磁性柱10包括位于内层的磁性填料和包覆于磁性填料外的导热层，配合导热板13易于对记忆合金杆14进行导热，导热板13采用导热材料制成，导热板13倾斜设置于弹性隔磁层9逆时针一侧，记忆合金杆14在达到其高温环境下时，其恢复高温时的弹簧相态，记忆合金杆14收缩后拉动磁性柱10向导热板13一侧挤压，从而使得弹性隔磁层9挤压形变，弹性隔磁层9形变后扩大其表面积，从而扩大了多个隔磁片之间的间隙，产生间隙后减弱了隔磁片对磁性柱10的隔磁作用，此时，位于下方的磁吸条8则对使弹性隔磁层9形变的磁性柱10起到磁吸作用，从而使得辅集热管3逆时针旋转，调换辅集热管3的受光面，处于高温的一端面调转到下侧，为处于辅集热管3底部处的传热介质进行热导，而初始未受光面调转到上侧接受光照；

此后，位于底端处的记忆合金杆14因未持续受光照影响而慢慢恢复其伸直状态，磁性柱10回退至弹性隔磁层9内部，弹性隔磁层恢复隔磁状态，位于上端处弹性隔磁层9因高温慢慢形变，如此循环，使得辅集热管3不断地进行上下受光面的调转，提高辅集热管3的受热均匀度，且有效避免辅集热管上端面一直处于高温受光状态，降低其老化率，同时，在调转过程中还有利于其内部的传热介质的晃动，进一步提高热传导效率。

导热囊11为截面为椭形的柱状结构，导热囊11内部填充有二氧化碳，一方面对磁性柱10起到弹性挤压限位作用，另一方面其在受热后，有利于对磁性柱10向外挤压，导热囊11与辅集热管3内壁相接触一端固定连接有承重柱12，承重柱12采用高密度材料制成，在光照端面改变时，辅集热管3逆时针旋转，上下一对磁性柱10调换方向，此时承重柱12起到重量均衡作用，有利于一对磁性柱10能够保持上下方向。

相对于现有技术中的集热器，本装置通过在主集热管2底端面安装相互倾斜设置的一对光反射件6，倾斜设置的一对光反射件6用于将照射于其端面上的阳光反射于主集热管2的底端面，对主集热管2底端进行光反射有利于主集热管2的背光面集光储热，扩大主集热管2的集光面，请参阅图11，此外，在主集热管2上端侧环形分布多个辅集热管3，辅集热管3的上下端壁上均通过弹性隔磁层9包覆有磁性柱10,一对磁性柱10均通过记忆合金杆14与辅集热管3上的导热板13相连接，当辅集热管3上端的受光面处温度升高后，由于记忆合金杆14恢复至其高温时的弹簧相态，记忆合金杆14收缩使得磁性柱10挤压弹性隔磁层9形变，弹性隔磁层9形变后减弱其对磁性柱10的隔磁作用，从而位于下方的磁吸条8则对发生位移的磁性柱10起到磁吸作用，促使辅集热管3旋转调换其受光面，请参阅图10-11，如此循环，以免辅集热管3受热不均匀，有效对传热介质进行全面导热。

本发明中的所采用的部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；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揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高集光导热的太阳能集热器，包括储水管（1）和倾斜安装于储水管（1）底端的多个主集热管（2），其特征在于：所述储水管（1）底壁上还固定有多组与主集热管（2）对应的光反射件（6），每组所述光反射件（6）设有两个，两个所述光反射件（6）朝中侧倾斜向下对称分布于主集热管（2）底端两侧；

多个所述主集热管（2）上下端均套设有管套（4），一对所述管套（4）之间设有多个环形分布于主集热管（2）上端的辅集热管（3），所述辅集热管（3）上下端均通过连通管（5）与主集热管（2）内壁相衔接，所述连通管（5）通过旋转接头（501）与辅集热管（3）相旋转衔接；

所述辅集热管（3）内设有与连通管（5）连接的固定轴（7），所述辅集热管（3）上下端壁上均设有弹性隔磁层（9），所述弹性隔磁层（9）内壁设有导热囊（11），所述弹性隔磁层（9）远离导热囊（11）的一端设有磁性柱（10），所述辅集热管（3）内壁设有与磁性柱（10）对应的导热板（13），所述导热板（13）通过多个记忆合金杆（14）与磁性柱（10）固定连接，所述固定轴（7）底端设有与磁性柱（10）磁吸设置的磁吸条（8）。

2.根据权利要求1所述的一种高集光导热的太阳能集热器，其特征在于：所述光反射件（6）包括吸热板（601）和分布于吸热板（601）上的多个反射凸镜（602），所述吸热板（601）连接于储水管（1）上。

3.根据权利要求2所述的一种高集光导热的太阳能集热器，其特征在于：所述吸热板（601）采用采光材料制成，所述反射凸镜（602）呈半梭柱形结构，一对所述光反射件（6）距离主集热管（2）下方5-10cm方向设置。

4.根据权利要求1所述的一种高集光导热的太阳能集热器，其特征在于：所述主集热管（2）的内底面设有吸热层（201），所述吸热层（201）包括包覆于主集热管（2）底端面上的采光膜，所述采光膜与主集热管（2）之间填充有吸热材料。

5.根据权利要求1所述的一种高集光导热的太阳能集热器，其特征在于：所述主集热管（2）与辅集热管（3）均同样采用采光材料制成，所述辅集热管（3）的内部填充有导热填料（301），所述导热填料（301）采用石墨烯颗粒。

6.根据权利要求1所述的一种高集光导热的太阳能集热器，其特征在于：所述弹性隔磁层（9）为半椭型结构，所述弹性隔磁层（9）包括弹性层与密集贴附于弹性层上的隔磁片。

7.根据权利要求1所述的一种高集光导热的太阳能集热器，其特征在于：所述导热囊（11）为截面为椭形的柱状结构，所述导热囊（11）内部填充有二氧化碳。

8.根据权利要求1所述的一种高集光导热的太阳能集热器，其特征在于：所述记忆合金杆（14）采用记忆合金材料制成，所述磁性柱（10）包括位于内层的磁性填料和包覆于磁性填料外的导热层。

9.根据权利要求1所述的一种高集光导热的太阳能集热器，其特征在于：所述导热板（13）采用导热材料制成，所述导热板（13）倾斜设置于弹性隔磁层（9）逆时针一侧。

10.根据权利要求1所述的一种高集光导热的太阳能集热器，其特征在于：所述导热囊（11）与辅集热管（3）内壁相接触一端固定连接有承重柱（12），所述承重柱（12）采用高密度材料制成。

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