CN201852309U - 一种真空管太阳能集热器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了太阳能热利用装置领域内的一种真空管太阳能集热器，包括集热管，所述集热管包括两根同向相互套接的透明的内、外玻璃盲管，内、外两根玻璃盲管在开口端相互熔接，两根玻璃盲管之间设置真空腔，在内玻璃盲管内布置金属管一和金属管二，金属管一和金属管二在内玻璃盲管的盲端相互连通，在外玻璃盲管的外侧设置有槽形聚光反射板。该装置可汇聚更多的阳光到集热元件表面，其集热效率较高，其可采用多组集热管串联、并联等方式组成大小不同形式的太阳能集热器。

Description

一种真空管太阳能集热器 
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能热利用装置，特别涉及一种太阳能集热器。 
背景技术
现有技术中，有一类真空管太阳能集热器，在真空管外侧设有聚光反射板，聚光反射板可以模压制成一体，每块聚光反射板的横截线由圆弧、抛物线、渐开线及圆弧单独或组合构成。其工作时，照射到聚光反射板上的光线被反射到集热管上，热能为集热管所吸收，其不足之处在于：其反射吸热的效率尚不够理想，有部分能量较高的光线未能汇聚到集热管上。 
实用新型内容
本实用新型提供一种真空管太阳能集热器，以解决现有技术中太阳能集热器的吸热效率不高的问题，使其可最大限度将到达反射板上的较强光线反射到集热器件表面。 
为解决以上技术问题，本实用新型所提供的一种真空管太阳能集热器，包括集热管，所述集热管包括两根同向相互套接的透明的内、外玻璃盲管，内、外两根玻璃盲管在开口端相互熔接，两根玻璃盲管之间设置真空腔，在内玻璃盲管内布置金属管一和金属管二，金属管一和金属管二在内玻璃盲管的盲端相互连通，在外玻璃盲管的外侧设置有槽形聚光反射板；所述聚光反射板的反射面形状为一空间曲面，该空间曲面的截线为至少三段顺序相连的抛物线L0、L1、L2……Li组成，各抛物线的焦点均位于平面极坐标系的极点，各段抛物线Li满足下列方程： 
Figure BSA00000258598500011
其中，i＝0，1，2，3，4，5......； 
ρ为抛物线上的点到极点的距离即极径； 
Pi为抛物线的焦参数，为相应抛物线的顶点至焦点距离的二倍； 
θ为极坐标系中抛物线上的点的极角或幅角，90°＜θ≤270°； 
为抛物线轴的偏转角，指抛物线轴以极点为中心沿逆时针方向旋转的角； 
L1与L0的交点A1(ρ1，θ1) 
L2与L1的交点A2(ρ2，θ2) 
Li与Li-1的交点Ai(ρi，θi) 
抛物线L0的轴与平面极坐标系的极轴的垂线间的夹角为0，此时，抛物线L0未旋转，旋转角 为0； 
抛物线L1的轴相对L0的轴沿逆时针方向旋转，旋转中心为平面极坐标系的极点，旋转的角度为 
Figure BSA00000258598500023
称偏转角为 
Figure BSA00000258598500024
抛物线L2    旋转的角度为 
Figure BSA00000258598500025
抛物线Li    旋转的角度为 
Figure BSA00000258598500026
相邻抛物线的焦参数P值满足下列方程： 
Figure BSA00000258598500027
其中：i＝0，1，2，3…… 
Figure BSA00000258598500028
Figure BSA00000258598500029
曲线上任意一点Ai(ρi，θi)对于集热聚焦圆的张角为2βi，βi为正； 
仅在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的同一侧有入射光线到达Ai点时，在Ai处的入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为ωi，入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最小偏转角为αi； 
在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的两侧有入射光线到达Ai点时，在Ai处的左侧入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为ωi，右侧入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处 
的垂线的最大偏转角为αi； 
相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的偏转角αi为逆时针时为正； 
相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的偏转角αi为顺时针时为负； 
Figure DEST_PATH_GSB00000442890100011
仅在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线同一侧有入射光线到达Ai点时，偏转角αi为逆时针为正， 
在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线两侧均有入射光线到达Ai点时，偏转角αi为顺时针为负， 
Figure DEST_PATH_GSB00000442890100013
空间曲面为所述截线沿其所在平面的垂线方向拉伸而成，所述极点拉伸成一直线，所述集热管沿该直线设置。 
本实用新型采用若干段参数精确的抛物线按上述参数方程规定的条件接续组成的曲线系为无数条抛物线段组成，与任意一段抛物线段所在的抛物线的轴相平行的太阳入射光线，均可汇聚到相应抛物线的焦点，由于设置在平面极坐标系极点处的集热管横截面是具有一定尺寸的圆，故与相应抛物线轴的夹角小于一定值的太阳入射光线均能被该抛物线段对应的反光面反射到集热管上，该聚光反射板汇聚中午前后一定时间范围内相对强的入射光线以获得相对于其它形状聚光反光面更佳的聚光效果，各抛物线段由于相距焦点的远近不同，故汇聚中午前后一定时间范围内的太阳光的时间长短及起始时间不一样，而在各抛物线段对应的反光面上所到达的太阳入射光线在其阳光强度相对强的那一整段时间内全部反射汇聚到集热元件表面，其集热效率较高，能使集热管内的介质产生很高的温度。集热管吸收的热能传递给金属管一或金属管二内的水或其它液体介质，该装置可采用多组集热管串联、并联等方式组成大小不同形式的太阳能集热器。 
作为本实用新型的进一步改进，所述空间曲面任意位置的横断面线为所述截线以平面极坐标系中极轴的过极点的垂线为对称轴的对称曲线。空间曲面的截线既可以是关于平面极坐标系中极轴的过极点的垂线的对称图形，也可以仅为极轴过极点的垂线一侧的部分，可分别用在不同方位设置的集热管、不同倾角设置的集热器上，以获得最佳集热效果。 
作为本实用新型的进一步改进，金属管一套装在金属管二外，金属管一的一端为盲端，金属管一的盲端布置在内玻璃盲管的盲端，金属管二的一端为敞口端，该敞口端伸向金属管一的盲端，金属管一和金属管二两个空间在内玻璃盲管的盲端处相通，金属管一、二于内玻璃盲管开口端的端部穿出并间隙式支撑在内玻璃盲管的开口端。所述内玻璃盲管的外表面或金属管一外表面设有太阳能吸热膜。 
作为本实用新型的进一步改进，金属管一和金属管二相互平行，在金属管一和/或金属管二外表面设置有金属翅片；金属管一、二在内玻璃盲管开口端的端部穿出，并有间隙地支撑在内玻璃盲管的开口端。该技术方案中，金属翅片在金属管一和/或金属管二外表面呈放射状设有多个。金属管一和金属管二外的金属翅片可呈弧形；内玻璃盲管的外表面或金属翅片外表面可设置有太阳能吸热膜。 
本实用新型的集热管可有多组，各组集热管的金属管一和金属管二串联或并联连接在汇总管道上，所述集热管、聚光反射板、汇总管道设置在框架内，框架的内侧部设有底板，聚光反射板和底板之间设有保温填充料，框架外侧部设有玻璃盖板。 
附图说明
图1为集热管的一种结构示意图； 
图2为图1中的集热管俯视图； 
图3为另一种集热管结构示意图； 
图4为第三种集热管结构示意图； 
图5为第四种集热管结构示意图； 
图6为第五种集热管结构示意图； 
图7为第六种集热管结构示意图； 
图8为本实用新型集热器的一种结构示意图； 
图9为图8的A-A向视图； 
图10为本实用新型集热器的又一种结构示意图； 
图11、图12为空间曲线的截线形成原理图； 
图13为空间曲线的截线结构示意图。 
具体实施方式
实施例1 
如图1、2、8、9所示，为一种真空管太阳能集热器，其包括集热管，所述集热管包括两根同向相互套接的透明的内玻璃盲管2、外玻璃盲管3，内、外两根玻璃盲管在开口端相互熔接，内玻璃盲管2的外表面也可设置太阳能吸热膜；两根玻璃盲管之间设置真空腔，在内玻璃盲管2内平行布置金属管一6和金属管二1，金属管一6和金属管二1在内玻璃盲管2的盲端相互连通，在金属管一6外设置至少两个金属翅片5；金属管一6、金属管二1在内玻璃盲管2开口端的端部穿出，并有间隙地支撑在内玻璃盲管2的开口端，在外玻璃盲管3的外侧设置有槽形聚光反射板4；聚光反射板4的反射面形状为一空间曲面，该空间曲面的形成可参见图11、12，该空间曲面的截线为至少三段顺序相连的抛物线L0、L1、L2……Li组成，各抛物线的焦点均位于平面极坐标系的极点，各段抛物线Li满足下列方程： 
Figure BSA00000258598500061
其中，i＝0，1，2，3，4，5......； 
ρ为抛物线上的点到极点的距离即极径； 
Pi为抛物线的焦参数，为相应抛物线的顶点至焦点距离的二倍； 
θ为极坐标系中抛物线上的点的极角或幅角，90°＜θ≤270°； 
Figure BSA00000258598500062
为抛物线轴的偏转角，指抛物线轴以极点为中心沿逆时针方向旋转的角； 
L1与L0的交点A1(ρ1，θ1) 
L2与L1的交点A2(ρ2，θ2) 
Li与Li-1的交点Ai(ρi，θi) 
抛物线L0的轴与平面极坐标系的极轴的垂线间的夹角为0，此时，抛物线L0未旋转，旋转角 为0； 
抛物线L1的轴相对L0的轴沿逆时针方向旋转，旋转中心为平面极坐标系的极点，旋转的角度为 
Figure BSA00000258598500064
称偏转角为 
Figure BSA00000258598500065
抛物线L2    旋转的角度为 
Figure BSA00000258598500066
抛物线Li    旋转的角度为 
Figure BSA00000258598500067
相邻抛物线的焦参数P值满足下列方程： 
Figure BSA00000258598500068
其中：i＝0，1，2，3…… 
Figure BSA00000258598500069
Figure BSA000002585985000610
曲线上任意一点Ai(ρi，θi)对于集热聚焦圆的张角为2βi，βi为正； 
仅在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的同一侧有入射光线到达Ai点时，在Ai处的入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为ωi，入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最小偏转角为αi； 
在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的两侧有入射光线到达Ai点 时，在Ai处的左侧入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为ωi，右侧入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为αi； 
相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的偏转角αi为逆时针时为正； 
相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的偏转角αi为顺时针时为负； 
Figure BSA00000258598500071
仅在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线同一侧有入射光线到达Ai点时，偏转角αi为逆时针为正， 
Figure BSA00000258598500072
在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线两侧均有入射光线到达Ai点时，偏转角αi为顺时针为负， 
Figure BSA00000258598500073
所述集热管有多组，各组集热管的金属管一6和金属管二1如图8、9所示并联连接在汇总管道7、8上，集热管、聚光反射板4、汇总管道7、8设置在框架10内，框架10的内侧部设有底板，聚光反射板4和底板之间设有保温填充料9，框架10外侧部设有玻璃盖板11。 
空间曲面为所述截线沿其所在平面的垂直方向拉伸而成，所述极点拉伸成一直线，集热管的中心线沿该直线设置。 
上述空间曲面任意位置的横断面线可以如图2和13所示，为上述截线以平面极坐标系中极轴的过极点的垂线为对称轴的对称曲线。也可以如图3所示仅为极轴的过极点的垂线一侧的部分。 
上述集热管可以具有多种形式，如图5所示，金属翅片5在金属管一6外表面呈放射状设有多个，金属管二1设置在金属翅片5空隙之间。如图4，金属管二1外也设有金属翅片5，金属管一6和金属管二1外的金属翅片5均呈圆弧形，金属管一6外的金属翅片5所占据的圆周角大于等于金属管二 1外金属翅片5所占据的圆周角；如图3，金属翅片5为对称设置在金属管一6外的两个，两个金属翅片5的一端固定连接在金属管一6外，另一端成弧形弯曲；该装置可用于阳台壁挂式太阳能热水器，无需设置循环换热泵。还可以如图6所示，金属管一6和金属管二1外均成放射状设有多个金属翅片5，所述金属管一6、金属管二1侧面可连为一体。 
实施例2 
该装置还可如图10所示，集热管有多组，与实施例1不同之处在于，相邻两组集热管的金属管一6、金属管二1的外端依次串接。 
实施例3 
如图7所示，与实施例1不同之处在于，集热管可采用如下结构，金属管一6套装在金属管二1外，金属管一6的一端为盲端，金属管一6的盲端布置在内玻璃盲管2的盲端，金属管二1的一端为敞口端，该敞口端伸向金属管一6的盲端，金属管一6和金属管二1两个空间在内玻璃盲管2的盲端处相通，金属管一6、金属管二1于内玻璃盲管2开口端的端部穿出并间隙式支撑在内玻璃盲管2的开口端。可在内玻璃盲管2的外表面或金属管一6外表面设置太阳能吸热膜。金属管一6和金属管二1可分别在集热管外并联到外设的汇总管道上。 
除上述实施例外，本实用新型还可以有其它实施方案。在不背离本实用新型之精神及实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的明显变形和等效替换，但这些变形和替换都落入本实用新型权利要求的保护范围内。 

Claims (9)

1.一种真空管太阳能集热器，其特征在于：包括集热管，所述集热管包括两根同向相互套接的透明的内、外玻璃盲管，内、外两根玻璃盲管在开口端相互熔接，两根玻璃盲管之间设置真空腔，在内玻璃盲管内布置金属管一和金属管二，金属管一和金属管二在内玻璃盲管的盲端相互连通，在外玻璃盲管的外侧设置有槽形聚光反射板；所述聚光反射板的反射面形状为一空间曲面，该空间曲面的截线为至少三段顺序相连的抛物线L0、L1、L2……Li组成，各抛物线的焦点均位于平面极坐标系的极点，各段抛物线Li满足下列方程：
Figure FSA00000258598400011
其中，i＝0，1，2，3，4，5......；
ρ为抛物线上的点到极点的距离即极径；
Pi为抛物线的焦参数，为相应抛物线的顶点至焦点距离的二倍；
θ为极坐标系中抛物线上的点的极角或幅角，90°＜θ≤270°；
Figure FSA00000258598400012
为抛物线轴的偏转角，指抛物线轴以极点为中心沿逆时针方向旋转的角；
L1与L0的交点A1(ρ1，θ1)
L2与L1的交点A2(ρ2，θ2)
Li与Li-1的交点Ai(ρi，θi)
抛物线L0的轴与平面极坐标系的极轴的垂线间的夹角为0，此时，抛物线L0未旋转，旋转角
Figure FSA00000258598400013
为0；
抛物线L1的轴相对L0的轴沿逆时针方向旋转，旋转中心为平面极坐标系的极点，旋转的角度为
Figure FSA00000258598400014
称偏转角为
抛物线L2    旋转的角度为
Figure FSA00000258598400016
抛物线Li    旋转的角度为
Figure FSA00000258598400017
相邻抛物线的焦参数P值满足下列方程：
Figure FSA00000258598400021
其中：i＝0，1，2，3……
Figure FSA00000258598400022
Figure FSA00000258598400023
曲线上任意一点Ai(ρi，θi)对于集热聚焦圆的张角为2βi，βi为正；
仅在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的同一侧有入射光线到达Ai点时，在Ai处的入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为ωi，入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最小偏转角为αi；
在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的两侧有入射光线到达Ai点时，在Ai处的左侧入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为ωi，右侧入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为αi；
相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的偏转角αi为逆时针时为正；
相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的偏转角αi为顺时针时为负；
Figure FSA00000258598400024
仅在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线同一侧有入射光线到达Ai点时，偏转角αi为逆时针为正，
Figure FSA00000258598400025
在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线两侧均有入射光线到达Ai点时，偏转角αi为顺时针为负，
Figure FSA00000258598400026
空间曲面为所述截线沿其所在平面的垂线方向拉伸而成，所述极点拉伸成一直线，所述集热管的中心线沿该直线设置。
2.根据权利要求1所述的一种真空管太阳能集热器，其特征在于：所述空间曲面任意位置的横断面线为所述截线以平面极坐标系中极轴的过极点的垂线为对称轴的对称曲线。
3.根据权利要求1或2所述的一种真空管太阳能集热器，其特征在于：所述金属管一套装在金属管二外，金属管一的一端为盲端，金属管一的盲端布置在内玻璃盲管的盲端，金属管二的一端为敞口端，该敞口端伸向金属管一的盲端，金属管一和金属管二两个空间在内玻璃盲管的盲端处相通，金属管一、二于内玻璃盲管开口端的端部穿出并间隙式支撑在内玻璃盲管的开口端。
4.根据权利要求3所述的一种真空管太阳能集热器，其特征在于：所述内玻璃盲管的外表面或金属管一的外表面设有太阳能吸热膜。
5.根据权利要求1或2所述的一种真空管太阳能集热器，其特征在于：所述金属管一和金属管二相互平行，在金属管一和/或金属管二外表面设置有金属翅片；金属管一、二在内玻璃盲管开口端的端部穿出，并有间隙地支撑在内玻璃盲管的开口端。
6.根据权利要求5所述的一种真空管太阳能集热器，其特征在于：所述金属翅片在金属管一和金属管二外表面呈放射状设有多个。
7.根据权利要求5所述的一种真空管太阳能集热器，其特征在于：金属管一和/或金属管二外的金属翅片呈弧形。
8.根据权利要求5所述的一种真空管太阳能集热器，其特征在于内玻璃盲管的外表面或金属翅片外表面设置有太阳能吸热膜。
9.根据权利要求5所述的一种真空管太阳能集热器，其特征在于：所述集热管有多组，各组集热管的金属管一和金属管二串联或并联连接在汇总管道上，所述集热管、聚光反射板、汇总管道设置在框架内，框架的内侧部设有底板，聚光反射板和底板之间设有保温填充料，框架外侧部设有玻璃盖板。
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