太陽能高溫集熱設備的製作方法
2023-09-14 04:32:40 1
太陽能高溫集熱設備的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種太陽能高溫集熱設備，包括上層槽式聚光器、下層槽式聚光器、上層集熱管、下層集熱管以及雙層集熱管支架；上層集熱管與下層集熱管均通過雙層集熱管支架連接固定，上層集熱管對應上層槽式聚光器設置且位於上層槽式聚光器的焦點處，下層集熱管對應下層槽式聚光器設置且位於下層槽式聚光器的焦點處；上層集熱管與下層集熱管結構相同，均由至少一個真空集熱管組成，真空集熱管具有一金屬直管，金屬直管外套設一真空玻璃內管，真空玻璃內管外套設一真空玻璃外管，金屬直管內設置工作介質，真空玻璃內管與真空玻璃外管之間為真空層。太陽能高溫集熱設備通過上述結構可以達到熱效率高和使用壽命長等有益效果。
【專利說明】太陽能局溫集熱設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種太陽能高溫集熱設備，屬於太陽能熱利用【技術領域】。
【背景技術】
[0002]太陽能是一種分布密度較小、間歇性和空間分布都在時可發生不斷變化的能源，與我們生活中熟悉的常規能源有著很大的區別，所以這就要求我們對太陽能的收集、利用提出更高的要求。目前太陽能利用最廣泛應用的是太陽能熱水器，但是一般它只能滿足人們的口常生活要求，屬於太陽能利用的低溫領域範疇，但是工業應用上的高溫熱水及蒸汽還無法滿足。為了滿足人們對太陽能熱利用的更高的要求，要求太陽能集熱器更有效地吸收太陽輻射能，同時獲得高溫熱能，開發新的高溫太陽能技術亟待發展。
[0003]目前太陽能集熱器一般有全玻璃真空管集熱器、平板集熱器、U型真空玻璃管集熱管、熱管式真空集熱管。前兩種集熱器因結構問題使得系統不能承壓、穩定性差，熱效率較低。U型真空玻璃集熱管是由浙江大學熱工與動力系統研究所組織設計的，其目的為了解決玻璃與金屬之間的焊接難題，因為熱膨脹係數不同而導致的焊接與密封困難，U型真空玻璃集熱管的優點是價格便宜，相對十市場上的其他類型的集熱管的生產技術容易，但是U型真空玻璃集熱管也有他自身的不足，因為該類型的集熱管外面有兩層玻璃，光能穿過玻璃的損失就會加大，另外一點就是該集熱管的一段是開口的，在加熱的過程中可能會形成對流，從而造成熱量的損失。熱管真空管集熱器是在金屬熱管外同心套上一根全玻璃真空集熱管，熱管-真空管結構中的熱管冷凝段是一段管子，傳熱尺寸很小，被加熱水的需要在大容積水箱中流過熱管冷凝段外表面，在管外吸熱變成飽和蒸汽時的蒸發熱阻非常大，即使熱管內工質溫度很高，也無法將熱量有效的傳遞給被加熱的水，使熱效率不高。此外此種形式的熱管壽命較低，如何延長使用壽命還是一個技術瓶頸。
[0004]因此有必要設計一種新的太陽能高溫集熱設備，以克服上述問題。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在於克服現有技術之缺陷，提供了一種熱效率高、使用壽命長的太陽能高溫集熱設備。
[0006]本實用新型是這樣實現的:
[0007]本實用新型提供一種太陽能高溫集熱設備，包括上層槽式聚光器、下層槽式聚光器、上層集熱管、下層集熱管以及雙層集熱管支架；所述上層集熱管與所述下層集熱管均通過所述雙層集熱管支架連接固定，所述上層集熱管對應所述上層槽式聚光器設置且位於所述上層槽式聚光器的焦點處，所述下層集熱管對應所述下層槽式聚光器設置且位於所述下層槽式聚光器的焦點處；其中，所述上層集熱管與所述下層集熱管結構相同，均由至少一個真空集熱管組成，所述真空集熱管具有一金屬直管，所述金屬直管外套設一真空玻璃內管，所述真空玻璃內管外套設一真空玻璃外管，所述金屬直管內設置工作介質，所述真空玻璃內管與所述真空玻璃外管之間為真空層。
[0008]進一步地，所述金屬直管、所述真空玻璃內管以及所述真空玻璃外管均同軸設置。
[0009]進一步地，所述金屬直管與所述真空玻璃內管之間為真空空間，所述真空空間內設有吸氣劑。
[0010]進一步地，所述真空玻璃內管以及所述真空玻璃外管均由高硼矽玻璃製成，所述真空玻璃內管以及所述真空玻璃外管與所述金屬直管的連接處採用可伐合金封條密封連接。
[0011]進一步地，所述真空玻璃外管的外壁呈弧形，且與水平方向形成5°的張角。
[0012]進一步地，所述金屬直管的一端設有入口法蘭，另一端設有出口法蘭。
[0013]進一步地，所述上層槽式聚光器與所述下層槽式聚光器的幾何聚光比的比值為40。
[0014]進一步地，所述真空玻璃內管以及所述真空玻璃外管的外壁均塗有增透塗層，內壁均塗有防增透塗層。
[0015]進一步地，所述金屬直管的外壁設有陶瓷選擇性塗層。
[0016]進一步地，所述上層集熱管與所述下層集熱管均具有兩個所述真空集熱管，兩個真空集熱管通過法蘭連接的方式串聯連接。
[0017]本實用新型具有以下有益效果:
[0018]所述太陽能高溫集熱設備採用上層集熱管和下層集熱管實現集熱，其成本低廉，大約為傳統直通式真空玻璃管成本的10%，與U型集熱管相比大大地簡化了集熱管的內部結構，強化了傳熱，優化了結構的力學性能，降低了工藝難度，提高了熱效率；採用上層槽式聚光器和下層槽式聚光器的結構可在聚光器高度基本不變的前提下，幾乎可2倍的縮短集熱器陣列軸線方向的尺寸，可節約大量寶貴的土地資源；所述太陽能高溫集熱設備的上層槽式聚光器和下層槽式聚光器的結構相較於傳統的槽式聚光器，不僅提高聚光比，也降低了聚光器整體所承受的風載荷，從而提高了使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
[0020]圖1為本實用新型實施例提供的真空集熱管的截面圖；
[0021]圖2為本實用新型實施例提供的真空集熱管的結構示意圖；
[0022]圖3為本實用新型實施例提供的太陽能高溫集熱設備的結構示意圖；
[0023]圖4為本實用新型實施例提供的太陽能高溫集熱設備的工作原理圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0025]如圖1至圖4，本實用新型實施例提供一種太陽能高溫集熱設備，包括上層槽式聚光器11、下層槽式聚光器12、上層集熱管14、下層集熱管13以及雙層集熱管支架15。所述上層集熱管14與所述下層集熱管13均通過所述雙層集熱管支架15連接固定，所述上層集熱管14對應所述上層槽式聚光器11設置且位於所述上層槽式聚光器11的焦點處，所述下層集熱管13對應所述下層槽式聚光器12設置且位於所述下層槽式聚光器12的焦點處。所述上層槽式聚光器11與所述下層槽式聚光器12均呈凹面型，所述上層槽式聚光器11與所述下層槽式聚光器12的幾何聚光比的比值為40，幾何聚光比是指聚光型集熱器淨採光面積與接收器面積之比，或稱採光面積與吸收體的面積比。
[0026]如圖1至圖4，其中，所述上層集熱管14與所述下層集熱管13結構相同，均由至少一個真空集熱管100組成。所述真空集熱管100具有一金屬直管4，所述金屬直管4外套設一真空玻璃內管3，所述真空玻璃內管3外套設一真空玻璃外管1，所述金屬直管4內設置工作介質5，所述真空玻璃內管3與所述真空玻璃外管I之間為真空層2。所述金屬直管4、所述真空玻璃內管3以及所述真空玻璃外管I均同軸設置，所述金屬直管4與所述真空玻璃內管3之間為真空空間，所述真空空間內設有一種金屬化合物的吸氣劑，能夠吸收滲入真空空間的氫氣及其他氣體分子。在本較佳實施例中，所述金屬直管4為外徑21mm，壁厚4_，長2000_的不鏽鋼鋼管。所述金屬直管4的一端設有入口法蘭6，另一端設有出口法蘭7，用於兩個相鄰設置的金屬直管4連接。所述金屬直管4的外壁設有陶瓷選擇性塗層，輻射到金屬直管4外表面的太陽光，通過塗在金屬直管4外壁的塗層將太陽能轉化為熱能，進而加熱金屬管內的工作介質5，而陶瓷選擇性塗層可產生對太陽直接輻射較高的吸收率和降低工作溫度下的發射率，以降低二次輻射。
[0027]如圖1至圖4，所述真空玻璃內管3以及所述真空玻璃外管I均由高硼矽玻璃製成，為了使真空集熱管100具有良好的保溫效果，所述真空玻璃內管3以及所述真空玻璃外管I與所述金屬直管4的連接處採用可伐合金封條8密封連接。兩個玻璃管與金屬直管4連接處採用可伐合金封條8密封連接，封接應力小、抗熱膨脹性強、真空氣密性高。其中，可伐合金指含鎳29%，鈷17%的硬玻璃鐵基封接合金。所述真空玻璃外管I的外壁呈弧形，且與水平方向形成5°的張角，在本較佳實施例中，所述真空玻璃外管I的直徑38mm、真空玻璃內管3的直徑為27mm。所述真空玻璃內管3以及所述真空玻璃外管I的外壁均塗有增透塗層，內壁均塗有防增透塗層。太陽直射輻射光到達真空玻璃外管I的外表面，在玻璃管外壁增透塗層的作用下，穿過玻璃外管進入到真空層2再到達所述金屬直管4。兩個玻璃管的內壁塗有防增透塗層，可使由玻璃管外壁透過的光線通過防增透塗層進入玻璃管內，光線在玻璃管內的金屬直管4上反射的太陽光線不會通過防增透塗層，幾乎不能離開玻璃管散失到環境中。
[0028]如圖1至圖4，在本較佳實施例中，所述上層集熱管14與所述下層集熱管13均具有兩個所述真空集熱管100，兩個真空集熱管100通過法蘭連接的方式串聯連接，即其中一個真空集熱管100的出口法蘭7與相鄰設置的另一個真空集熱管100的入口法蘭6連接。
[0029]如圖1至圖4，所述太陽能高溫集熱設備的工作原理如下:流體由真空集熱管100中的金屬直管4的入口端流入，在流動的過程中，真空集熱管100吸收陽光，將太陽能轉化為熱能加熱工質，流體工作介質5吸收熱量後，進入下一個真空集熱管100繼續加熱。具體為:工作介質5進入下層集熱管13吸收下層槽式聚光器12收集的光線，加熱後進入同層的相鄰集熱管，進一步加熱；下層加熱後，再進入上層集熱管14進行加熱，上層集熱管14的工作原理相同。其中，同層集熱管之間採用法蘭連接。根據已有的研究結果表明槽式太陽能的集熱效率隨流量的增大而減小，且呈現遞減的趨勢，所以採用雙層槽式聚光器(即上層槽式聚光器11與下層槽式聚光器12組成)的結構，相較於傳統的槽式聚光器，其集熱管的尺寸會呈倍數縮小，工作介質5流量也會隨之減小，雙層吸熱後，總吸熱效率便會高於傳統槽式集熱器。槽式聚光器集熱效率會隨進水溫度的增大為減少，如果適當改變集熱管尺寸以及期間工作介質5的質量流量，相對於傳統槽式聚光器單個聚光比較高，雙層槽式聚光器的進入下一集熱器的出水溫度較小，可使得經雙層吸熱後總吸熱效率高於傳統槽式集熱器。
[0030]綜上所述，所述太陽能高溫集熱設備具有以下有益效果:
[0031]1.所述太陽能高溫集熱設備採用上層集熱管和下層集熱管實現集熱，其成本低廉,大約為傳統直通式真空玻璃管成本的10%，與U型集熱管相比大大地簡化了集熱管的內部結構，強化了傳熱，優化了結構的力學性能，降低了工藝難度，提高了熱效率。
[0032]2.採用上層槽式聚光器和下層槽式聚光器的結構可在聚光器高度基本不變的前提下，幾乎可2倍的縮短集熱器陣列軸線方向的尺寸，可節約大量寶貴的土地資源。
[0033]3.所述太陽能高溫集熱設備的上層槽式聚光器和下層槽式聚光器的結構相較於傳統的槽式聚光器，不僅提高聚光比，也降低了聚光器整體所承受的風載荷，從而提高了使用壽命。
[0034]4.所述真空玻璃內管以及所述真空玻璃外管與所述金屬直管的連接處採用可伐合金封條密封連接，封接應力小、抗熱膨脹性強、真空氣密性高。
[0035]5.所述真空玻璃外管的外壁呈弧形，可避免由於真空玻璃外管的內壁和外壁之間存在一定的溫差，內外線膨脹不一致而引起的真空玻璃外管碎裂問題。
[0036]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種太陽能高溫集熱設備，其特徵在於，包括上層槽式聚光器、下層槽式聚光器、上層集熱管、下層集熱管以及雙層集熱管支架； 所述上層集熱管與所述下層集熱管均通過所述雙層集熱管支架連接固定，所述上層集熱管對應所述上層槽式聚光器設置且位於所述上層槽式聚光器的焦點處，所述下層集熱管對應所述下層槽式聚光器設置且位於所述下層槽式聚光器的焦點處； 其中，所述上層集熱管與所述下層集熱管結構相同，均由至少一個真空集熱管組成，所述真空集熱管具有一金屬直管，所述金屬直管外套設一真空玻璃內管，所述真空玻璃內管外套設一真空玻璃外管，所述金屬直管內設置工作介質，所述真空玻璃內管與所述真空玻璃外管之間為真空層。
2.如權利要求1所述的太陽能高溫集熱設備，其特徵在於:所述金屬直管、所述真空玻璃內管以及所述真空玻璃外管均同軸設置。
3.如權利要求1或2所述的太陽能高溫集熱設備，其特徵在於:所述金屬直管與所述真空玻璃內管之間為真空空間，所述真空空間內設有吸氣劑。
4.如權利要求1或2所述的太陽能高溫集熱設備，其特徵在於:所述真空玻璃內管以及所述真空玻璃外管均由高硼矽玻璃製成，所述真空玻璃內管以及所述真空玻璃外管與所述金屬直管的連接處採用可伐合金封條密封連接。
5.如權利要求1所述的太陽能高溫集熱設備，其特徵在於:所述真空玻璃外管的外壁呈弧形，且與水平方向形成5。的張角。
6.如權利要求1所述的太陽能高溫集熱設備，其特徵在於:所述金屬直管的一端設有入口法蘭，另一端設有出口法蘭。
7.如權利要求1所述的太陽能高溫集熱設備，其特徵在於:所述上層槽式聚光器與所述下層槽式聚光器的幾何聚光比的比值為40。
8.如權利要求1所述的太陽能高溫集熱設備，其特徵在於:所述真空玻璃內管以及所述真空玻璃外管的外壁均塗有增透塗層，內壁均塗有防增透塗層。
9.如權利要求1所述的太陽能高溫集熱設備，其特徵在於:所述金屬直管的外壁設有陶瓷選擇性塗層。
10.如權利要求1所述的太陽能高溫集熱設備，其特徵在於:所述上層集熱管與所述下層集熱管均具有兩個所述真空集熱管，兩個真空集熱管通過法蘭連接的方式串聯連接。
【文檔編號】F24J2/46GK204141864SQ201420631996
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】胡曉利 申請人:武漢鑫博茗科技發展有限公司