CN1662777A - 一种悬挂玻璃真空管式太阳能集热器件 - Google Patents

一种悬挂玻璃真空管式太阳能集热器件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热器件，包括集热管板、透明玻璃管、封盖，其特征在于，还包括多个沿玻璃管轴向设置的翅条板，所述的翅条板包括一底板和与之相连的面板，该翅条板通过其底板与该集热管板面固接，并且该翅条板面板与该集热管板面形成一夹角。由于悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热器件的采光面上分布着多个与集热管板面带一定夹角的平行辐射吸收翅条板，使垂直悬挂安装时能量的吸收率近似为1，集热器件仅需作较小的倾角调整或不作调整，并增加了与建筑物相结合的和谐性，避免了散热与传热上的不利影响，使光能的采集与热量的传递比现有方法达到更好的效果。

Description

一种悬挂玻璃真空管式太阳能集热器件 技术领域
本发明涉及一种玻璃真空管式太阳能集热器件， 尤其是一种吸 热翅条板角度可设定的， 可悬挂使用的透明玻璃真空管式太阳能集 热器件。 背景技术
玻璃真空管式太阳能集热器， 是太阳能热利用中最常见的产品， 用于吸收来自各个方向上入射的直射光与散射光， 将光能转为热能 输出， 最常见的应用是与储水箱等组成太阳能热水器。
由于太阳能是一种密度较低， 且时常起变化的能量， 根据太阳 光入射四季变化， 入射角在 0° — 90° 间接受光强的变化可达 17%， 虽然入射角在 45 ° 内这种变化对光强的影响较小， 不会超过 10%， 但是随着人类利用太阳能技术水平的提高， 特别是表面选择性吸收 涂层技术的发展， 使得现有玻璃真空管式集热器件的受光吸热面普 遍达到吸收率 0. 90； 发射率 0. 10 的程度后， 已开始注重这种由 于入射角度造成的吸收能量损失， 随着太阳能的利用渐渐走向与建 筑相结合， 更要求木阳能利用设施的安装， 既不破坏建筑的外貌， 造成新的视觉污染， 又能起到保温与装饰作用， 因此， 集热器悬挂 安装是唯一能适合这种发展要求的形式， 同时也要求悬挂安装后能 保持较高的集热效率。
现有技术对透明玻璃真空管式集热器件进行的改进如已公布的 CN2348323 , 其通过将透明玻璃真空管水平设置而使集热器近似垂 直安装， 同时将玻璃真空管内集热管板受光面按地理纬度角倾斜一 角度， 使之与入射光相垂直， 以增大接收光强， 这种真空管集热器 件水平设置所造成的显在问题是对来自集热器反射镜板上反射光及 地面反射光的能量的吸收性能极差 （均与受光吸热面平行）， 此外， 7 '平方向上的传热效率降低， 而且真空玻璃管上极容易积尘、 积雪 污染。 另一个中国专利 CN2175904则通过沿玻璃真空管轴向在集热 管上平行设置了若干个与集热管轴向垂直的圆盘形的吸热翅片， 使 得垂直悬挂安装时， 入射光在平行翅片间增加反射次数， 被多次吸 收， 以增大接收光强， 但是， 从能量的观点来分析， 上述技术中的 受光吸热面上的反射光经与吸热面和玻璃管壳间的几次反射后， 仍 透射逃逸出集热器件， 并且对于近似平行集热面方向上的散射光能 量均无法吸收， 此外， 后一种真空管式集热器件垂直悬挂安装时， 其平行圆盘形吸收翅片难于取得阳光垂直入射吸收的效果， 因此均 造成了吸收光能量的损失。 发明目的
本发明的目的在于提供一种能垂直悬挂安装的透明玻璃真空管 式集热器件， 通过沿玻璃管轴向可正反两面分布的、 与集热管板固 接并成一夹角的平行吸热翅条板的设置， 使之与地理纬度角或地理 纬度角加太阳纬度角之和方向上的入射阳光呈近似垂直， 并通过其 平行面与底板面构成三个夹面的多次反射吸收阵， 吸收镜反射光和 地面反射光并阻挡反射逃逸的辐射能量， 同时能减少几乎任意入射 方向上入射能量的逃逸损失， 使集热器件的能量吸收率近似为 1， 成为一种高效透明玻璃真空管式集热器件。 发明概要
本发明是通过以下技术方案来实现的： 本发明采用一种悬 挂透明玻璃真空管式太阳能集热器件， 包括集热管板、 透明玻璃管、 封盖等， 其特征在于， 还包括多个沿透明玻璃管轴向设置的翅条板， 所述的翅条板包括一底板和与之相连的面板， 该翅条板通过其底板 与该集热管板面固接， 并且该翅条板面板与该集热管板面形成一夹 角； 所述的翅条板的面板与该集热管板面之间的锐夹角介于 10° 〜 90° 之间； 所述的翅条板的与底板之间连接是 1 个底板与 1 个或 1 个以上的面板相连接； 所述的翅条板的底板与其面板可以是一体制 成或是分体连接制成； 所述的翅条板的面板可以是从其底板的端部 连出或是从其底板端部以外的其他部分连出； 翅条板沿该集热管板 垂直方向的分布密度介于 20— 2500 个 /米之间； 所述的翅条板底板 与集热管板的固接， 系正单面或正反双面采用焊接、 或粘接、 或用 压力加工连接； 所述的翅条板在集热管板面上最好是水平设置； 所 述的透明玻璃管是单通或直通的单层透明玻璃管、 或是双层透明玻 璃管如真空管； 所述的透明玻璃管内可以抽成真空或可加注惰性气 体如氩气、 氪气等； 所述的玻璃管内可装有对流阻隔片， 对流阻隔 片是由透明或不透明簿片所制成； 所述的集热管板包括集热管与集 热管板， 集热管采用单管如重力热管、 或多管如液流传热管； 多管 间可以连通。 本发明的优点： 由于悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热器件的 正、 反采光面上分布着多个与集热管板面带一定夹角的平行辐射吸 收翅条板， 使垂直悬挂安装时能量的吸收率近似为 1， 并使由此集 热器件组成的集热器的安装外倾尺寸可减少到最小， 使用时集热器 件仅需作较小的倾角调整或不作调整， 即可满足受光吸热面与直射 阳光所构成的入射角近似垂直、 或随季节变化仍小于 20° 左右的最 佳接收条件， 增加了与建筑物相结合的和谐性， 避免了散热与传热 上的不利影响， 使光能的采集与热量的传递比现有方法达到更好的 效果。 附图说明
图 1 是本发明悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热器件实施例翅 片结构与垂直安装使用时的工作示意图；
图 2是本发明实施例之一的局部结构示意图；
图 3是图 2的剖视图；
图 4是本发明实施例之二的局部结构示意图；
图 5是图 4的剖视图；
图 6是本发明实施例之三的局部结构示意图；
图 7是图 6的剖视图；
图 8是本发明实施例之四的局部结构示意图；
图 9是图 8的剖视图。
图 10、 图 11、 图 12、 图 13、 图 14是本发明集热器件的翅条板 结构实施例示意图。 发明内容
参阅图 1所示， 本发明的悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热器件 实施例包括： 集热管板 1、 翅条板 2、 透明玻璃管 3、 封盖 4。 集热 管板 1 由透明玻璃管 3的玻璃内管支承其管内段， 封盖 4在与透明 玻璃管 3 压合封接后对玻璃管起封闭作用， 并固定支承集热管板 1 的管外段。
如图 2、图 4、图 6、图 8所示，翅条板 2包括面板 21与底板 22， 翅条板 2的底板 22与集热管板 1相固接， 并且整个翅条板 2的面板 21与集热管板 1 的面相互之间有一夹角， 该夹角 α (锐角） 一般介 于 10° 〜90° 之间， 另外， 为保证被翅条板 2反射的太阳辐射被充 分地吸收， 所述的翅条板 2沿集热管板 1 纵向， 即玻璃管轴向， 应 该大于等于 20个， 根据经验， 其分布密度介于 20〜2500个 /米。 所述的翅条板 2的面板 21与底板 22之间的连接， 可以是面板 21的底端从其底板 22的端部连出， 如图 10所示的实施例； 也可以 是面板 21 的底端从其底板端部以外的其他部分连出， 如图 11所示 的实施例； 另外， 面板 21与底板 22之间可以是一体制成， 如图 10、 图 13实施例所示： 采用板金弯边成形加工方法成形后制成； 或是按 图 11实施例所示： 采用精密浇铸成形加工方法成形制成； 也可以是 分体连接制成， 图按图 14实施例所示： 采用板金弯边成形加工方法 成形后左右两部经中缝焊接连接制成， 除此之外， 面板 21与底板 22 之间可以是 1个底板与 1个面板相连接， 如图 10实施例所示； 或可 以是 1个底板与多个面板相连接， 如图 12、 图 13实施例所示。
所述的集热管板 1 包括集热管与集热管板， 集热管采用单管或 多管； 多管间可以连通或互不连通； 所述的集热管板面包括上述集 热管板的板面及集热管与翅条板底板固接接触线所在的接触管面； 集热管板集热后的传热循环可以是利用循环液体载热的传热循环， 或是利用重力热管介质载热的传热循环； 所述的透明玻璃管 3 包括 单层透明玻璃管或双层透明玻璃管如真空管； 透明玻璃管 3 可以是 直通型两端装配封盖 4密封、 或是单通型一端装配封盖 4密封； 透 明玻璃管 3安装集热管板 1与翅条板 2的内腔中可以抽成真空或加 注惰性气体。
图 2 所示为本发明实施例之一的局部结构示意： 其中， 翅条板 2在集热管板垂直方向的分布密度为 40个 /米； 翅条板 2与重力热管 式集热管 （单管） 之间的 α锐夹角设为 25 ° ， 以调节地理纬度角为 25 ° 时集热器件对入射光辐射的接收角； 另外， 翅条板 2 的面板与 底板是一体制成， 采用图 10所示的板金弯边成形加工方法制成， 面 板 21从底板 22的一个端部连出， 由 1个底板与 1个面板相连接， 翅条板 2在集热管板面上水平设置。 翅条板 2采用碳钢制作， 正、 反全部工作表面经黑铬太阳能选择性吸收镀层处理， 其底板 22与集 热管 1的接触带经焊接正单面连接， 采用双层透明玻璃直通真空管， 太阳能集热器件垂直悬挂安装。
图 4所示为本实施例之二的局部结构示意： 翅条板 2在集热管 板垂直方向的分布密度为 1500个 /米； 翅条板 2与集热管板 1之间 的 α锐夹角设为 45 ° , 以调节地理纬度角为 45 ° 时集热器件对入射 光辐射的接收角； 另外， 翅条板 2 的面板与底板是一体制成， 采用 如图 1 1所示的精密浇铸成形加工方法制成； 或分体制成， 采用如图 12所示的板金弯边成形加工方法成形后， 左右两部经包边连接制成。 面板从底板端部以外的中间外连出， 每米长度上由 1个底板与 1500 个面板相连接， 翅条板 2与集热管板 1 均釆用铜制件， 正、 反全部 工作表面经树脂型太阳能选择性吸收涂料浸涂处理， 并且翅条板 2 与集热管板 1 的固接可通过前者的底板经导热胶粘接对称连接在集 热管板 1的正、 反两个面板上 （正反双面连接）， 集热管扳 1可采用 截面形状为扁形的重力热管制成。 翅条板 2 在集热管板面上水平设 置， 采用双层透明玻璃单通真空管， 太阳能集热器件垂直悬挂安装， 如加配二维反射镜板， 其曲面设计原理为. · 使反射光汇聚成一水平 光斑线， 并使得由于太阳高度变化引起的反射光汇聚光斑线的变动 落在反射吸收翅条板的长度范围内。
图 6所示为本发明实施例之三的局部结构示意： 集热器件实施例 包括.. 集热管板 1、 翅条板 2、 单层透明玻璃管 3、 封盖 4、 对流阻 隔片 5、 惰性气体 6， 翅条板 2在集热管板垂直方向的分布密度为 80 个 /米； 翅条板 2与集热管板 1之间 α锐夹角设为 55 ° ， 以调节地理 纬度角与太阳纬度角之和为 55 ° 时集热器件对入射光辐射的接收 角； 另外， 翅条板 2的面板与底板是一体制成， 采用如图 10所示的 板金弯边成形加工方法制成， 面板 21 从底板 22 的一个端部连出， 由 1个底板与 1个面板相连接， 每米长度上 1个底板与 80个面板相 连接。 翅条板 2与集热管板 1均采用铝制件， 另外， 翅条板 2与集 热管板 1 的固接是前者的底板经压力加工 （如滚压） 在集热管板 1 的正板面上 （正单面连接）， 上、 下、 側三个工作表面经 AL— N— A1 太阳能选择性吸收涂层处理， 而且如图所示， 翅条板 2 在集热管板 面上以水平线为准逆时针旋转一 β角度 （例如 8 ° ) 设置， 透明玻 璃管 3 内集热管板 1 上镶有与透明玻璃管轴向近似垂直设置的对流 阻隔片 5， 对流阻隔片可以是透明的如 PVC 簿片、 也可以是不透明 · 的如铝簿片所制， 透明玻璃管 3 端部经封盖 4 (内含低熔点金属焊 料或高分子密封胶） 安装封闭后， 管内加注惰性气体 6 如氩气、 氪 气等并加以封口， 以此减少气体的对流传热； 同时， 为了降低管内 气体的湿度应加入干燥剂如分子筛等， 可采用透明单层玻璃单通或 双通管， 太阳能集热器件垂直悬挂安装。 图 8所示为本发明实施例之四的局部结构示意： 集热管板 1 的 集热管由双管连通而得， 翅条板在集热管板垂直方向的分布密度为 120个 /米； 翅条板 2与集热管板 1之间的 a锐夹角设为 62° ， 以调 节地理纬度角与太阳纬度角之和为 62° 时集热器件对入射光辐射的 接收角； 另外， 翅条板 2的面板与底板是一体制成， 采用如图 13所 示的板金弯边成形加工方法成形， 1 个底板与 2 个面板相连接； 或 如图 14所示的板金弯边成形加工方法成形， 左右两部经中缝焊接后 面板从底板端部以外的中间处连出。 翅条板 2 采用铝制件， 集热管 板 1采用铜制件， 另外， 翅条板 2与集热管板 1 的固接是前者的底 板经压力加工 （如滚压） 正单面连接在集热管板 1 的翼片板面上， 然后将翼片的胀孔与两根集热管 1 相胀套连接， 两根集热管为在双 层玻璃真空管底端处连通的 "U"型液流传热管。 翅条板 2 在集热 管板面上水平设置， 正、 反全部工作表面经阳极氧化电解着色太阳 能选择性吸收化学镀层处理， 采用双层透明玻璃单通真空管， 太阳 能集热器件同上所述垂直悬挂安装。
本发明悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热器件实施例的工作过程 如下： 当日光及反射镜板上的反射光辐射经透明玻璃管 3 后， 被集 热管板 1上正反两个面上工作板面的的翅条板 2的面板 21与底板 22 吸收一反射一再吸收， 辐射经多次反射几乎达到被全部吸收后， 能 量吸收率近似等于 1， 采集的热量经翅条板传递至其底板 22与集热 管板 1 连接处， 加热集热管板内的工作介质， 如此经传热循环将太 阳能转换成热能输出。

Claims (12)

  1. 权利要求书
    1、一种悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热器件， 包括集热管板、 透明玻璃管、 封盖等， 其特征在于， 还包括多个沿透明玻璃管轴向 设置的翅条板， 所述的翅条板包括一底板和与之相连的面板， 该翅 条板通过其底板与该集热管板面固接， 并且该翅条板面板与该集热 管板面形成一夹角。
  2. 2、 根据权利要求 1所述的悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热器 件， 其特征在于， 所述的翅条板的面板与该集热管板面之间的锐夹 角介于 10。 〜90° 之间。
  3. 3、 根据权利要求 1或 2所述的悬挂透明玻璃真空管式太阳能集 热器件， 其特征在于， 所述的翅条板的面板与底板之间连接是 1 个 底板与 1个或 1个以上的面板相连接。
  4. 4、 根据权利要求 3所述的悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热器 件， 其特征在于， 所述的翅条板的底板与其面板可以是一体制成或 是分体连接制成。
  5. 5、 根据权利要求 1所述的悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热器 件， 其特征在于， 所述的翅条板的面板可以是从其底板的端部连出 或是从其底板端部以外的其他部分连出。
  6. 6、 根据权利要求 1或 2所述的悬挂透明玻璃真空管式太阳能集 热器件， 其特征在于， 所述的翅条板沿该集热管板垂直方向的分布 密度介于 20〜2500个 I米之间。
  7. 7、 根据权利要求 1或 2所述的悬挂透明玻璃真空管式太阳能集 热器件， 其特征在于， 所述的翅条板底板与集热管板的固接， 系正 单面或正反双面采用焊接、 或粘接、 或用压力加工连接。
  8. 8、 根据权利要求 1或 2所述的悬挂透明玻璃真空管式太阳能集 热器件， 其特征在于， 所述的翅条板在集热管板面上最好是水平设 置。
  9. 9、 根据权利要求 1所述的悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热器 件， 其特征在于， 所述的透明玻璃管是单通或直通的单层透明玻璃 管、 或是双层透明玻璃管如真空管。
  10. 10、 根据权利要求 1 所述的悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热 器件， 其特征在于， 所述的透明玻璃管内可以抽成真空或可加注惰 性气体如氩气、 氪气等。
  11. 11、 根据权利要求 1 所述的悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热 器件， 其特征在于， 所述的玻璃管内可装有对流阻隔片， 对流阻隔 片是由透明或不透明簿片所制成。
  12. 12、 根据权利要求 1 所述的悬挂透明玻璃真空管式太阳能集热 器件， 其特征在于， 所述的集热管板包括集热管与集热管板， 集热 管采用单管如重力热管、 或多管如液流传热管； 多管间可以连通。
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Denomination of invention: Solar energy collector in suspended glass vacuum tube type

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License type: Exclusive License

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