CN201885469U - 内聚光真空太阳能集热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种内聚光真空太阳能集热管，包括设有反光膜层的真空罩玻璃管以及设置在罩玻璃管内位于反光膜层聚焦位置处的吸热管，吸热管内设有流动的热媒工质；罩玻璃管包括反射段，反射段的截面形状设置为多段弧线段封闭连接形成，反光膜层设置在其中一段弧线段所对应的反射段内表面，该弧线段为反射弧线段；罩玻璃管外侧还设有由太阳光跟踪装置驱动的传动件。通过将发光膜层直接设置在罩玻璃管内，节省了制造成本；通过在罩玻璃管外设置传动件，使得单根太阳能集热管能单独跟踪太阳光，光热效率大幅提高。

Description

内聚光真空太阳能集热管

【技术领域】

本实用新型涉及一种太阳能光热转换技术，更具体地说，涉及一种内聚光真空太阳能集热管。

【背景技术】

目前市场上的太阳能光热转换技术产品仍局限低温技术产品，更具体地说就是所获得的热能在100℃以下。太阳能集热元件主要是平板集热器和玻璃真空太阳能集热管。上述产品已广泛应用于太阳能热水器和太阳能热水工程的市场。

生活用热水占世界总能耗的3％左右，约占建筑节能的10％。占建筑能耗最大比例的夏季空调制冷和冬季采暖约占世界总能耗的30％。因此大力发展太阳能光热产品在夏季空调制冷和冬季采暖上的应用才能有效的改变世界能源结构，才能既保证国民经济持续发展，又减少二氧化碳排放并阻止气候变暖。

目前的太阳能集热元件存在以下缺点：

(1)运行温度低而不能满足夏季空调制冷和冬季采暖的要求。

溴化锂机组是目前较成熟的利用热源进行空调制冷的机组。现阶段是用燃气加热水蒸气达160℃～180℃进行双效制冷。其制冷系数可达到1.3，即提供160℃以上的蒸气热量1000大卡，可获得冷量1300大卡。而目前的太阳能集热元件如玻璃真空太阳能集热管在夏季只能提供90℃以下的热水，在此温度下溴化锂制冷机组只能进行单放制冷，其制冷系数在0.6以下。因制冷效率低，占地面积大而导致太阳能空调制冷不能推广。

同理冬季采暖也存在上述问题，冬季在-20℃～0℃的环境下，要把水温加热到65℃～90℃又要保证太阳能集热元件有较高的光热转换效率，目前的太阳能光热转换产品还不能完成。

(2)为了提高太阳能光热产品的运行温度采用外聚光技术。把太阳能集热元件放置在聚光器的聚焦位置处，聚光器又置身于空气环境中，这种技术称为外聚光技术。由于聚光器暴露在空气中易氧化、易积灰、易变形所以未能推广应用。

(3)内聚光技术：把吸热元件放在聚光器的聚焦位置处，聚光器又放置在一个密闭的容器内，这种技术称为内聚光技术。目前的内聚光集热元件技术基本按不跟踪太阳光的前提下设计聚光器的曲面，因而聚光比较偏小(聚光器的采光面积与吸热元件的迎光面积的比值)，一般在3倍左右。由于不跟踪太阳光，除中午阳光垂直照射下能获得所设计的聚光比效果，其余太阳光东西方向斜射时就远不如中午的聚光效果。不能在夏季太阳空调制冷和冬季采暖中推广应用。

【实用新型内容】

本实用新型要介决的技术问题在于，针对目前太阳能集热元件的运行温度低的缺陷，提供一种聚光效率更高的内聚光真空太阳能集热管，以获得更高温度的热媒工质，进而提高各种太阳能产品的运行温度。

本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案是：构造一种内聚光真空太阳能集热管，包括设有反光膜层的真空罩玻璃管以及设置在所述罩玻璃管内位于所述反光膜层聚焦位置处的吸热管，所述吸热管内设有流动的热媒工质；所述罩玻璃管包括反射段，所述反射段的截面形状设置为多段弧线段封闭连接形成，所述反光膜层设置在其中一段弧线段所对应的反射段内表面，该弧线段为反射弧线段；所述罩玻璃管外侧还设有由太阳光跟踪装置驱动的传动件。

在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管中，所述多段弧线段包括两段对称设置的对称弧线段以及将所述对称弧线段连接起来的过渡弧线段，所述对称弧线段的对称中心线与所述吸热管的直径重合，所述反射弧线段为其中一根对称弧线段。加工时，可以按照罩玻璃管的截面形状精确制作模具，由玻璃炉窑产生的高温液体玻璃通过模具批量拉制出罩玻璃管，这样既能控制好反光膜层所需要的曲面的曲率半径，又能缩小整个集热管的体积，又能节省材料，避免了采用圆筒形的罩玻璃管。另外，如果将罩玻璃管制成圆管形状，该罩玻璃管的聚焦位置位于偏心处，即处于聚焦位置的吸热管位于罩玻璃管的偏心位置；在跟踪太阳光的过程中，由于吸热管要与外部的热媒工质连通，则整个罩玻璃管必须围绕吸热管的中心轴转动才方便实现太阳光跟踪；对于较大聚光比的集热管而言，重量重达30公斤左右，则需要很大的驱动力矩才能驱动整个罩玻璃管转动，进而容易在转动过程中对罩玻璃管造成损坏。而在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管中，通过设置多段弧线段包括两段对称设置的对称弧线段以及将所述对称弧线段连接起来的过渡弧线段，并且设置所述对称弧线段的对称中心线与所述吸热管的直径重合，使得整个罩玻璃管的重心正好位于吸热管的中心轴上，这样只需要提供足够克服摩擦力的转动力矩即可实现罩玻璃管的转动，其转动力矩要小得多，保证了在进行太阳光跟踪过程中罩玻璃管不容易损坏，延长了整个集热管的使用寿命。

在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管中，所述反射弧线段为圆弧线段或抛物线弧线段或椭圆弧线段。

在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管中，所述吸热管的一端开口而另一端封闭，该开口与外部热媒工质运行系统连通。

在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管中，所述吸热管的两端开口，所述吸热管的两开口端分别为与外部热媒工质运行系统的进口端和出口端连通。

在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管中，所述吸热管上位于罩玻璃管内的部分设有异形球。由于罩玻璃管与吸热管在两端口处溶接封死，在使用时吸热管受热膨胀，使得吸热管的轴向尺寸增大，从而导致吸热管端口连接处应力急剧增大而爆管。通过在吸热管上设置异形球，使得吸热管在罩玻璃管内有一定的轴向伸缩量，从而防止其受热爆裂。

在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管中，所述吸热管的开口端与罩玻璃管通过罩玻璃管端部设置的连接段连接，所述连接段的一端与所述罩玻璃管反射段圆滑过渡连接而另一端与所述吸热管的开口端连接，所述连接端与所述吸热管同轴设置。在加工时，先制作出该连接段，再将连接段的一端通过吹制工艺与罩玻璃管的反射段连接，再将连接段的另一端和吸热管的开口端通过加热翻边熔接后封口，解决了吸热管的开口端与罩玻璃管的反射段由于管径差距大且形状不同而很难熔接封口的问题；同时在加工本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管时，更容易保证了吸热管位于罩玻璃管反光膜层的聚焦位置处，保证了加工精度，提高了成品率。

在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管中，所述吸热管内还设有紧贴所述吸热管内壁的金属管，所述热媒工质设置在所述金属管内。

在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管中，所述吸热管为金属管，所述吸热管与罩玻璃管通过端盖连接，所述端盖密封设置在所述罩玻璃管反射段的端部，所述端盖中心设有供所述吸热管穿过的中心孔，所述吸热管和所述端盖中心孔之间密封设置。通过在吸热管开口端与罩玻璃管之间设置端盖，并在端盖中心处设置中心孔，使得吸热管被定位在罩玻璃管的中心位置处；无需再考虑如何采用玻璃熔接工艺将罩玻璃管和吸热管连接起来的问题，加工工艺更为简单。

在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管中，所述吸热管为金属管，所述罩玻璃管设有两个开口端，所述上开口端密封设有第一端盖，所述下开口端密封设有第二端盖；所述吸热管通过所述第一端盖定位在罩玻璃管反射段的聚焦位置处，所述第一端盖中心设有供所述吸热管穿过的中心孔，所述吸热管和所述端盖中心孔之间密封设置。

实施本实用新型所述的内聚光真空太阳能集热管，具有以下有效效果：通过在罩玻璃管内侧设置反光膜层，在罩玻璃管内位于反光膜层聚焦位置处设置吸热管，吸热管内设有流动的热媒工质；使用时，太阳光经反光膜层反射至位于聚焦位置处的吸热管，对吸热管内的热媒工质进行加热，从而将太阳光转化为热能。由于反光膜层设置在罩玻璃管内，因而不容易积灰。另外罩玻璃管设置为真空，使得反光膜层和吸热管不容易氧化，大幅延长了整个集热管的使用寿命，节约了维护成本。而反光膜层直接设置在罩玻璃管的内表面，避免了在罩玻璃管内设置单独的反光板，同时还能避免反光板容易变形所带来的问题。此外，由于罩玻璃管外侧还设有由太阳光跟踪装置驱动的传动件，使得罩玻璃管内的反光膜层能够始终正对着太阳光，从而能够获得更多的太阳光，从而达到更好的聚光效果，进而获得更高温度的热能，提高各种太阳能产品的运行温度。通过将反光膜层设置在反射弧线段对应的罩玻璃管反射段内表面上，当太阳光照射在罩玻璃管的内表面时，有90％的阳光被反射膜层反射到位于聚焦位置处的吸热管。如果将罩玻璃管制成圆管形状，即罩玻璃管的截面形状为圆形，选择13倍聚光比制作中高温集热管，只有62％的内表面的反射光能够反射到位于聚焦位置处的吸热管，这就比本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管中罩玻璃管的材料要多了40％左右，因此本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管材料成本更低。具体地，反光膜层可以通过蒸膜的工艺在设置在罩玻璃管内表面上对应的区域，即反射段内反射弧线段对应的区域。

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

【附图说明】

图1是本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管的实施例主视图；

图2是本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管的吸热管为二端开口的结构示意图；

图3是本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管优选实施例中反光面为圆弧面的横截面图；

图4是本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管优选实施例中反光面为圆弧面时的聚光原理图；

图5是本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管的另一实施例的结构示意图；

图6是是本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管的再一实施例的结构示意图。

【具体实施方式】

如图1、2、3、4所示，在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管中，包括罩玻璃管1和设置在罩玻璃管1内的吸热管2，吸热管2内设有流动的热媒工质3，罩玻璃管1外设有传动件4。其中，罩玻璃管1设置为真空，其内侧表面设有反光膜层5，吸热管2设置在反光膜层5的聚焦位置处。吸热管2内流动的热媒工质3能够即时将热量带走。罩玻璃管外的传动件4能够由太阳光跟踪装置驱动实现太阳光的跟踪，以便太阳光能够正对着反射膜层进行照射，以获得更多的太阳光，从而提高聚热效果。具体地，传动件可以是传动齿轮，太阳光跟踪装置通过齿轮与传动齿轮啮合，从而带动传动齿轮转动，进而带动罩玻璃管跟踪太阳光；还可以将传动件设置为固定在罩玻璃管外侧的皮带轮，太阳光跟踪装置通过皮带或钢丝绳驱动皮带轮转动；还可以将传动件设置为固定在罩玻璃管外侧的转动轮，太阳光跟踪装置通过连杆驱动转动轮转动，其中太阳光跟踪装置驱动连杆的一端平移，而连杆的另一端销轴连接在转动轮的偏心位置上，从而形成曲柄连杆结构。只要太阳光跟踪装置可以通过传动件带动罩玻璃管转动即可。

现有的太阳能集热器通常为多根太阳能集热管的阵列，为保持较大的受光面积，通常太阳能集热器体积较大，这就使得在设计该太阳能集热器的太阳光跟踪装置时就要考虑整个太阳能集热器的重心和抗风能力的问题，由此必须设置一个庞大的底座和坚固的转动轴，使得整个太阳光跟踪装置的造价昂贵，难以推广。在本实用新型所述的内聚光真空太阳能集热管内，通过在罩玻璃管1外设置传动件4，使得该太阳能集热管能够定向跟踪太阳光，可提高80％的光热转换效率。本实用新型的内聚光真空太阳能集热管在太阳光跟踪装置的驱动下通过传动件4带动单根太阳能集热管作跟踪太阳光东西向的转动；不需要转动整个太阳能集热管阵列，降低了整个太阳光跟踪装置的设备成本和运行成本。以本优选实施例为例，一个10W的电动机配上齿轮减速装置可转动200根太阳能集热管。太阳高度角的跟踪每个月手工调动一至二次太阳能集热器支架的倾斜角就可完成。实测结果与全自动跟踪系统相比全年的太阳能光热转换效率仅相差7％。但造价仅是全自动跟踪系统的二十分之一。

在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管优选实施例中，罩玻璃管1包括反射段1a，反射段1a最好设置为柱面，其截面形状设置为多段弧线段封闭连接形成，反光膜层5设置在其中一段弧线段所对应的反射段内表面，该弧线段为反射弧线段6。反射弧线段6可以设置为圆弧线段或抛物线弧线段或椭圆弧线段等圆滑的弧线段。当太阳光照射在罩玻璃管1的内表面时，有90％内表面所受的太阳光能反射到达位于聚焦位置处的吸热管2。具体地，反光膜层5可以通过蒸膜的工艺在设置在罩玻璃管1内表面上对应的区域，即反射弧线段6对应的反射段1a的区域。

具体地，可设置多段弧线段包括两段对称设置的对称弧线段以及将对称弧线段连接起来的过渡弧线段，反射弧线段6为其中一根对称弧线段。其中对称弧线段可根据需要设置为圆弧线段或抛物线弧线段或椭圆弧线段等，本实施例优选设置对称弧线段为圆弧线段。加工时，可以按照罩玻璃管的截面形状精确制作出模具，再利用玻璃炉窑产生的高温玻璃液体将罩玻璃管批量拉制出来，这样既能控制好反光膜层5所处的罩玻璃管内侧面所需要的曲率半径，又能缩小整个集热管的体积，还能避免了采用圆筒形的罩玻璃管1，节省材料。另外，通过将多段弧线段分为对称设置的两段对称弧线段，且这两段对称弧线段的对称中心线与所述吸热管的直径重合，即这两段对称弧线段的对称中心线通过吸热管在该处的圆心，这使得罩玻璃管1有二块大小相等形状相同的圆弧面以吸热管2的中心轴为中心对称轴组合而成，从而使得内聚光真空太阳能集热管的罩玻璃管1的重心位于吸热管2的中心轴上，从而大幅减小了罩玻璃管转动所需的转动力矩。

如图3所示，在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管优选实施例中，罩玻璃管1的截面形状由四段弧线段封闭连接形成，分别为弧线段

和

，其中弧线段为反射弧线段6，在该反射弧线段6所对应的罩玻璃管1反射段1a区域设有反光膜层5。反光膜层5可以是镀在罩玻璃管1内侧面的高反射率的金属膜层，优选为铝膜，具体可采用蒸铝膜的工艺将铝膜镀在罩玻璃管1内侧面对应区域内。现有的聚光器通常是在罩玻璃管1内设置反光板，反光板通常采用金属材料冲压成形。本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管通过将反光膜层5直接设置在罩玻璃管1的内侧的方式，降低了材料成本，并且反光面不会发生变形，聚光精致准确，效率高。例如一根2000mm长，直径80mm采用金属铝板而设计的聚光器，需要200克0.4mm厚的磨光铝板。本实用新型的内聚光真空太阳能集热管由于采用罩玻璃管1内壁镀上铝膜，铝膜的厚度为0.005mm，仅为铝板厚度的八十分之一。200克高纯度的反光铝板需人民币16元，占整个内聚光集热管材料的60％。另外，玻璃镀铝镜面反光率高达93％以上，铝板镜面的反率在85％左右。

在本优选实施例中，弧线段

可以设置为圆弧形或抛物线形或椭圆弧形，在本实施例中优选设置为圆弧形。对应的，为了保证罩玻璃管1整体的强度，优选将弧线段

也设置为圆弧形，并且设置在与弧线段

对称设置。而弧线段

和

可采用小圆弧线段，将大圆弧线段

和圆滑过渡连接起来形成一个封闭的截面形状。

如图3、4所示，在本优选实施例中，优选将吸热管2设置在弧线段

和

的对称中心轴的位置。如图4所示，假设弧线段

的圆心为点O，半径为R。以点O为原点建立XOY平面直角坐标系。吸热管2的截面形状为圆O’，在该圆O’内作内接等腰直角三角型ABC，其中该等腰直角三角形的底边

平行于X轴并过圆心O’，B点在y轴上，B点坐标为(0，b)，∠A＝∠B＝45°的直线方程为：

Y＝-X+b    其中(0＜b＜R)；          (1)

由式(1)可知0＜X＜R，0＜Y＜R。

入射光线S垂直于弦

照射到反射弧线段

处。其中，弦的两端点坐标为D(Xd，Yd)，E(-Xd，Yd)，反射点为G，其坐标为G(Xg，Yg)，法线为OG，反射圆弧

在反射点G处的切线为直线N；入射光线S平行Y轴入射，其直线方程为Xs＝Xg，就是通过反射点G处平行Y轴的直线；要求当入射光线-Xd＜Xs＜Xd时，照射在圆弧上的反射光线均能聚焦在

线段上，也就能证明了反射光线均能聚焦在吸热管2的表面上。由于在本优选实施例中，罩玻璃管1外设有传动件4，可以由太阳光跟踪装置驱动该传动件4带动罩玻璃管1转动，使得反射段1a圆弧始终朝着太阳光，即保证入射管线始终垂直于弦照射到反射弧线段

处，保证了入射光线始终能够平行Y轴入射。整个反射弧线段

以Y轴为对称中心对称分布，即Y轴为反射圆弧的对称中心轴，同样等腰直角三角形ΔABC也以Y轴为对称中心轴，这样，当入射光线0＜Xs＜Xd时，如果照射在圆弧上的反射光线均能聚焦在

线段上，则照射在圆弧上的反射光线就能聚焦在

线段上。当位于

段的任一光线S入射至反射点G后形成反射线S’，法线OG与X轴的夹角为α，反射光线S’与X轴的夹角为β。由于反射点G(Xg，Yg)在圆弧上，由此有方程：

$\mathrm{tg\α}=\frac{\mathrm{Yg}}{\mathrm{Xg}}---\left(2\right)$

Xg²+Yg²＝R²                              (3)

由图可知：∠1＝∠2，∠3＝∠4，∠1+α＝90°，β+∠1+∠2＝90°，因此β＝2α-90°，由此有方程：

$\mathrm{tg\β}=\mathrm{tg}(2\mathrm{\α}-\frac{\mathrm{\π}}{2})=-\mathrm{ctg}\left(2\mathrm{\α}\right)=-\frac{1-{\mathrm{tg}}^{2}a}{2\mathrm{tg\α}}---\left(4\right)$

由式(2)和式(4)可得到：

$\mathrm{tg\β}=\frac{{\mathrm{Yg}}^2-X{g}^2}{2\mathrm{XgYg}}---\left(5\right)$

同时，反射光线S’的直线方程为： $\mathrm{tg\β}=\frac{\mathrm{Yg}-Y}{\mathrm{Xg}-X};---\left(6\right)$

由式(5)和式(6)可得到： $\frac{\mathrm{Yg}-Y}{\mathrm{Xg}-X}=\frac{{\mathrm{Yg}}^2-{\mathrm{Xg}}^2}{2\mathrm{XgYg}}---\left(7\right)$

由于反射光线S’与三角形ΔABC的交点I(Xi，Yi)同时在两直线上，因而有：

$\frac{\mathrm{Yg}-\mathrm{Yi}}{\mathrm{Xg}-\mathrm{Xi}}=\frac{{\mathrm{Yg}}^2-{\mathrm{Xg}}^2}{2\mathrm{XgYg}}---\left(8\right)$

Yi＝-Xi+b                            (9)

由式(3)、(8)、(9)整理可得到：

$\mathrm{Xi}=\frac{{\mathrm{XgR}}^2-2\mathrm{bXg}\sqrt{R^2-{\mathrm{Xg}}^2}}{2{\mathrm{Xg}}^2-R^2-2\mathrm{Xg}\sqrt{R^2-{\mathrm{Xg}}^2}}---\left(10\right)$

当b＝0.75R时，将Xg在0-0.92R范围内以0.02R为等份间隔等差取值，依次代入式(10)中，得到表1：

表1

Xg(R)	Xi(R)	Xg(R)	Xi(R)	Xg(R)	Xi(R)
						0.00	0.000	0.36	0.102	0.72	0.031
0.02	0.010	0.38	0.104	0.74	0.007
						0.04	0.019	0.40	0.106	0.76	-0.023

0.06	0.027	0.42	0.108	0.78	-0.063
						0.08	0.035	0.44	0.109	0.80	-0.118
0.10	0.042	0.46	0.110	0.82	-0.195
						0.12	0.049	0.48	0.110	0.84	-0.312
0.14	0.055	0.50	0.109	0.86	-0.506
						0.16	0.061	0.52	0.109	0.88	-0.881
0.18	0.066	0.54	0.107	0.90	-1.893
						0.20	0.072	0.56	0.105	0.92	-13.384
0.22	0.076	0.58	0.101
						0.24	0.081	0.60	0.097
0.26	0.085	0.62	0.091
						0.28	0.089	0.64	0.084
0.30	0.093	0.66	0.075
						0.32	0.096	0.68	0.063
0.34	0.099	0.70	0.049

可见，当0≤Xg≤0.74R时，反射光线S’与线段的交点I始终在坐标系XOY的第一象限内，即入射光线S均能被反射圆弧

反射至线段

上；同样当-0.745R≤Xg≤0时，反射光线S’与线段

的交点始终在坐标系XOY的第二象限内，即入射光线S也能被反射圆弧

反射至线段

上。因此，对于圆弧形的反光面而言，通过将吸热管2设置在聚焦位置处，可以将所有的入射光线均反射至吸热管21上，由表1可知当b＝0.75R时，Xg的最大值为0.74R，即Xd＝0.74R；并且在0≤Xg≤0.74R的范围内Xi存在最大值0.11R，即Xa＝0.11R，由此可获得的最大聚光比

当b取不同值时，可获得的最大聚光比也不同，将b在0.52R-0.98R范围内以0.02R为等份间隔等差取值，依次按照上述方式获得Xd、Xa、Ya、最大聚光比

的值，得到表2：

表2

b(R)	Xd(R)	Xa(R)	Ya(R)	聚光比
					0.52	0.26	0.003	0.525	86.67
0.54	0.36	0.009	0.556	40.00
					0.56	0.44	0.016	0.588	27.50
0.58	0.50	0.023	0.620	21.74
					0.60	0.54	0.031	0.654	17.42
0.62	0.58	0.040	0.689	14.50
					0.64	0.62	0.049	0.725	12.65
0.66	0.64	0.059	0.762	10.85
					0.68	0.66	0.070	0.801	9.43
0.70	0.68	0.081	0.840	8.40
					0.72	0.70	0.092	0.879	7.61
0.74	0.72	0.104	0.920	6.92
					0.76	0.74	0.116	0.961	6.38
0.78	0.76	0.128	1.002	5.94
					0.80	0.78	0.141	1.044	5.53
0.82	0.78	0.155	1.088	5.03
					0.84	0.80	0.169	1.133	4.73
0.86	0.80	0.183	1.177	4.37
					0.88	0.82	0.198	1.223	4.14
0.90	0.82	0.213	1.269	3.85
					0.92	0.82	0.228	1.315	3.60
0.94	0.84	0.245	1.364	3.43
					0.96	0.84	0.261	1.412	3.22

0.98	0.86	0.278	1.462	3.09

在对该内聚光真空太阳能集热管进行结构设计时，根据所需的采光迎光面面积确定弦

的尺寸，选用合适的聚光比，确定吸热管2直径。再由上述方式计算出A、B、C、D、E各点坐标，并能确定R的值，由此可确定该太阳能集热管的最优结构。

如图1所示，在本实用新型所述内聚光真空太阳能集热管的优选实施例中，可以设置吸热管2的一端开口而另一端封闭，该开口与外部热媒工质运行系统连接。将太阳能集热管倾斜放置，当太阳光经罩玻璃管1的反光膜层5反射至吸热管2后，加热吸热管2内的热媒工质3(通常热媒工质3为水)。热媒工质3温度升高后会在吸热管2内上下自然对流。吸热管2的开口端2a与外部热媒工质运行系统连接，从而将光热产生的热量带走加以利用。如将吸热管2的开口端插入太阳能集热器的保温联箱中，由多支内聚光真空太阳能集热管组成一个太阳能集热器模块，由多个模块串联或并联组成太阳能中高温供热系统。

如图2所示，根据需要，也可将吸热管2设置为两端开口，吸热管2的两开口端分别为与外部热媒工质运行系统的进口端和出口端连通。通过外部热媒工质运行系统中的循环装置不断将加热后的热媒工质3带走并同时补充等量的温度较低的热媒工质3。在本实施例中，优选在吸热管2上靠近开口端处设置异形球10。10倍左右聚光比的太阳能集热管中在使用时，其吸热管的运行温度达到400℃左右，对于2米长的吸热管大概会膨胀2.4毫米，而罩玻璃管仍处于略高于环境温度的温度，几乎不膨胀。如果没有在吸热管上设置异形球，则吸热管在开口端处的应力急剧增大，造成爆管。异形球能够吸收吸热管直管段部分的轴向膨胀量，防止爆管。具体地，异形球可以设置吸热管位于罩玻璃管内的任意位置处，如靠近开口端处或者中间段或者尾端均可。

为了方便加工，如图1、2所示，优选在吸热管2的开口端与罩玻璃管1之间设置连接段7，该连接段7位于罩玻璃管1端部。连接段7的一端与罩玻璃管1反射段1a圆滑过渡连接而另一端与吸热管的开口端2a连接。此时可利用键连接结构将传动件4定位在罩玻璃管的连接段7，以供太阳光跟踪装置驱动。也可以将传动件固定在罩玻璃管反射段的外侧。

如图1、2所示，最好在吸热管2内还设有金属管9，金属管9紧贴吸热管2内壁设置，热媒工质3设置在金属管9内，这样热媒工质3就在金属管9内流动。吸热管2和罩玻璃管1之间为真空环境，吸热管2本身承受了一定的压力。当热媒工质3吸热后容易发生膨胀，使得管内压力升高。如果直接将热媒工质3设置在吸热管2内流动，很容易在受热膨胀后造成吸热管2破裂而损坏。通过将热媒工质3设置在金属管9内流动，热量能够通过金属管9传递到其内部流动的热媒工质3，同时金属管9本身的刚性要好过玻璃制成的吸热管2，对应的金属管9的耐压性能更好，即使热媒工质3发生膨胀，也不会损坏吸热管2。金属管9的材料科选用导热性能好的材料，如铜管等。在上述实施例中，当吸热管2为一端开口时，则金属管9也设置为一端开口，如图1所示，将金属管9的开口端与外部热媒工质运行系统连通，热媒工质3在金属管9内对流，不会将吸热膨胀所产生的压力传递给吸热管2。如果吸热管2为两端开口时，则金属管9也设置为两端开口，如图2所示，并且将金属管9的进口端和出口端直接与外部热媒工质运行系统连接，热媒工质3在金属管9内流动，同样不会将产生的压力传递给吸热管2。

在上述实施例中，热媒工质最好是传热性能好的液体，如水，这样吸热管吸收到的热量能够迅速与吸热管内的热媒工质进行热交换，使得热量迅速被热媒工质带走。

如图5所示，根据需要还可以将吸热管2直接用金属管9代替，这样就能提高吸热管2的耐压性能，避免因热媒工质3吸热膨胀后造成的吸热管2破损。当吸热管2为金属管9时，为了在吸热管2和罩玻璃管1之间形成真空的区域，则金属管9和罩玻璃管1之间的端部连接方式就会与上述实施例有所不同。如图5所示，当金属管9为一端开口时，对应的罩玻璃管1也为一端开口，在罩玻璃管的开口端1a设置密封其开口端1a的第一端盖8，第一端盖中心设有中心孔8a，金属管9被固定在端盖的中心孔内，同时保证金属管9和中心孔8a孔壁之间的密封，这样就能在金属管9和罩玻璃管1之间形成真空区域。具体地，可在中心孔孔壁上设置密封圈或者直接将金属管9密封焊接在第一端盖的中心孔内，在第一端盖和罩玻璃管1开口端之间设置密封垫或者将第一端盖和罩玻璃管通过热压材料密封粘接在一起。此时，金属管的开口端与外部热媒工质运行系统连通，金属管内的热媒工质通过上下自然对流与外部热媒工质运行系统实现循环。根据需要，也可设置金属管9为两端开口，对应的将罩玻璃管1也设置为两端开口，在罩玻璃管1的两端均设置密封其开口端的第一端盖，并将金属管9密封设置在两个第一端盖的中心孔内，金属管的两个开口端分别与外部热媒工质运行系统连通，通过外部热媒工质运行系统中的循环装置实现热媒工质的循环。

在本实施例中，当罩玻璃管1和吸热管2之间是通过端盖结构连接在一起时，可在端盖的中心孔8a处设置一个向外侧突出的套筒1，将传动件4固定在该套筒11上，以方便太阳光跟踪装置通过该传动件4驱动整个罩玻璃管1转动。

在上述实施例中，当吸热管2直接用金属管9代替时，可以设置金属管9两端封口；此时热媒工质3是在金属管9内封闭流动，金属管9内部的热媒工质3优选采用沸点低的液体(如氟利昂、乙醇等)。其中金属管9的一端插入在罩玻璃管1内并位于罩玻璃管1的反射膜层的聚焦位置处，而金属管9的另一端可插入外部热媒工质运行系统的保温联箱中。当位于罩玻璃管内的金属管9管段的热媒工质3吸热后汽化形成气体，气体流至位于罩玻璃管外部的金属管9的另一端，并与保温联箱内的液体进行热交换，此时气体再次冷凝成液态的热媒工质3，同时放出热量传递给保温联箱内的液体，以作为热源供其他太阳能产品使用。而液体的热媒工质3回流至位于罩玻璃管内的金属管9管段，如此周而复始循环，将集热管产生的热能输出。

如图6所示，在上述实施例中，当金属管9为一端开口或者金属管为两端封口时，罩玻璃管也可以设置为两端开口。同样，在罩玻璃管的上开口端1a设置密封其开口端1a的第一端盖8，第一端盖中心设有中心孔8a，金属管9被固定在端盖8的中心孔内，同时保证金属管9和中心孔8a孔壁之间的密封；而在罩玻璃管的下开口端1b设置密封下开口端的第二端盖8a，这样罩玻璃管的加工更为简单，不需要在加工时进行封口处理，直接在罩玻璃管制作完成后利用端盖进行封口即可。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种内聚光真空太阳能集热管，其特征在于，包括设有反光膜层的真空罩玻璃管以及设置在所述罩玻璃管内位于所述反光膜层聚焦位置处的吸热管，所述吸热管内设有流动的热媒工质；所述罩玻璃管包括反射段，所述反射段的截面形状设置为多段弧线段封闭连接形成，所述反光膜层设置在其中一段弧线段所对应的反射段内表面，该弧线段为反射弧线段；所述罩玻璃管外侧还设有由太阳光跟踪装置驱动的传动件。

2.根据权利要求1所述的内聚光真空太阳能集热管，其特征在于，所述多段弧线段包括两段对称设置的对称弧线段以及将所述对称弧线段连接起来的过渡弧线段，所述对称弧线段的对称中心线与所述吸热管的直径重合，所述反射弧线段为其中一根对称弧线段。

3.根据权利要求1所述的内聚光真空太阳能集热管，其特征在于，所述反射弧线段为圆弧线段或抛物线弧线段或椭圆弧线段。

4.根据权利要求1所述内聚光真空太阳能集热管，其特征在于，所述吸热管的一端开口而另一端封闭，该开口端与外部热媒工质运行系统连通。

5.根据权利要求1所述内聚光真空太阳能集热管，其特征在于，所述吸热管的两端开口，所述吸热管的两开口端分别为与外部热媒工质运行系统的进口端和出口端连通。

6.根据权利要求5所述内聚光真空太阳能集热管，其特征在于，所述吸热管上位于罩玻璃管内的部分设有异形球。

7.根据权利要求4或5所述内聚光真空太阳能集热管，其特征在于，所述吸热管的开口端与罩玻璃管通过罩玻璃管端部设置的连接段连接，所述连接段的一端与所述罩玻璃管反射段圆滑过渡连接而另一端与所述吸热管的开口端连接，所述连接端与所述吸热管同轴设置。

8.根据权利要求1至6中任一项所述内聚光真空太阳能集热管，其特征在于，所述吸热管内还设有紧贴所述吸热管内壁的金属管，所述热媒工质设置在所述金属管内。

9.根据权利要求1至3中任一项所述内聚光真空太阳能集热管，其特征在于，所述吸热管为金属管，所述罩玻璃管至少设有一个开口端，所述开口端密封设有第一端盖；所述吸热管通过所述第一端盖定位在罩玻璃管反射段的聚焦位置处，所述第一端盖中心设有供所述吸热管穿过的中心孔，所述吸热管和所述端盖中心孔之间密封设置。

10.根据权利要求1至3中任一项所述内聚光真空太阳能集热管，其特征在于，所述吸热管为金属管，所述罩玻璃管设有两个开口端，所述上开口端密封设有第一端盖，所述下开口端密封设有第二端盖；所述吸热管通过所述第一端盖定位在罩玻璃管反射段的聚焦位置处，所述第一端盖中心设有供所述吸热管穿过的中心孔，所述吸热管和所述端盖中心孔之间密封设置。

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