一種槽式太陽能集熱器的製作方法

2023-11-10 09:20:57 1

本發明涉及一種槽式太陽能集熱器,屬於太陽能光熱應用技術領域。

背景技術：

太陽能所具有的低密度、間歇性、空間分布不斷變化的特點也給太陽熱能的收集和利用提出了很高的要求。按集熱器類型的不同,聚光式太陽能熱發電系統可分為槽式系統、塔式系統和碟式系統。其中，槽式太陽能熱發電系統已具商業化規模且技術要求相對較低,是一種比較理想的發電技術。

集熱器是太陽能集熱系統的重要部件,傳統的槽式太陽能的集熱系統所用的集熱器一般是真空集熱管,該集熱管的主要結構是表面帶有吸收塗層的金屬管和與之同心的玻璃管,並在玻璃管與金屬管夾層內抽真空。這種結構存在著以下幾個技術問題：金屬與玻璃之間存在焊接密封性問題、金屬管與玻璃管線膨脹量不一產生內應力的問題、難以保證夾層內的真空度的問題。這些技術問題決定了其高昂的生產成本和較短的使用壽命。鑑於上面提到的傳統的真空管所存在的問題,有必要發展新型的槽式太陽能集熱器。

黑體的吸收比為1，這意味著黑體能夠全部吸收各種波長的太陽輻射能。帶有小孔的溫度均勻的空腔就是一個黑體模型，太陽輻射能經小孔射入空腔時，在空腔內經歷多次吸收和反射，而每經過一次吸收，輻射能就按照內壁吸收率的份額被減弱一次，最終能離開小孔的能量是微乎其微的，可以認為被完全吸收在空腔內部。所以，就輻射特性而言，小孔具有黑體表面一樣的性質。

中國專利CN102135331A公開了一種槽式太陽能集熱器,包括開口環型管、吸收塗層、絕熱材料和入口玻璃罩，開口環型管設有開口,環形腔體內部裝有吸熱工質,內表面設有吸收塗層,外表面設有絕熱材料,開口處連接入口玻璃罩。其具有結構簡單、維修方便、成本低，集熱效率高等優點。但是，開口環形管呈空心結構，其內層玻璃首先受熱，熱量再由吸熱工質向外層玻璃傳遞，因此內外層玻璃由於存在溫差容易產生內應力導致其變形甚至損壞；其次，該集熱器向外輻射散熱量較多，造成較多熱量損失；再次，該玻璃套管由於其形狀的特殊性，沒有現成的管道可以與其直接連接達到將管內吸熱工質引出的目的，會帶來集熱管端頭的連接問題。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提出一種槽式太陽能集熱器，使玻璃圓管內外壁溫度均勻，不易變形，使用壽命更長；且集熱效率更高，結構更簡單。

本發明所提供的槽式太陽能集熱器，包括集熱管、聚光鏡和支架；聚光鏡採用聚光拋物面結構，集熱管通過支架固定連接聚光鏡，其特徵在於：集熱管包括玻璃圓管1、吸收塗層2、保溫層4和吸熱工質6；吸收塗層2布置在玻璃圓管1內壁，保溫層4布置在玻璃圓管1外壁；保溫層4上設有保溫層弧形開口5，吸收塗層2在與保溫層弧形開口5對應的位置處設有吸收塗層弧形開口7；吸熱工質6填充在玻璃圓管1內。

優選的，在玻璃圓管1和所述保溫層4之間還設有低輻射膜3。

優選的，玻璃圓管1採用高硼矽玻璃材料

優選的，保溫層弧形開口5和吸收塗層弧形開口7的寬度大於或等於光線經聚光鏡聚焦後形成的線性光斑的寬度。

優選的，吸熱工質6是導熱油或水。

有益效果：

(1)槽式太陽能集熱器通過弧形開口形成的一道狹縫等結構特點，利用黑體腔高吸收率的特點，使聚焦後的太陽光線被吸熱工質和玻璃管內壁經過多次反覆吸收，充分吸收聚焦後的光線,集熱效率高；且克服了傳統真空管對於真空的苛刻要求,使得結構大為簡化,製造和維護成本顯著降低。

(2)玻璃腔內外壁溫較均勻,不易形成局部過熱，造成集熱器的變形，熱性能穩定,使用壽命更長。

(3)玻璃管外表面的低輻射膜使得太陽輻射可以直接透過保溫層弧形開口進入玻璃管，同時減少了玻璃管向外的長波輻射；此外，保溫層的使用也能減少散熱量。

(4)在相同外徑，相同管長的情況下，本發明所公開的槽式太陽能集熱器能盛裝更多的吸熱工質，能進一步節省集熱器用料的成本和使用空間。

附圖說明

圖1是實施例中的集熱管剖面結構示意圖；

圖2是實施例中的槽式太陽能集熱器工作狀態示意圖；

圖中：1-玻璃管；2-吸收塗層；3-低輻射膜；4-保溫層；5-保溫層弧形開口；6-吸熱工質；7-吸收塗層弧形開口；8-支架；9-聚光拋物面。

具體實施方式

圖1所示的是本發明所公開的槽式太陽能集熱器實施例的集熱器剖面結構示意圖，集熱器包括集熱管、聚光拋物面9和支架7。其中，集熱管包括玻璃圓管1、吸收塗層2、低輻射膜3、保溫層4、保溫層弧形開口5、吸收塗層弧形開口7。

玻璃圓管1材料採用抗外擊能力較強的高硼矽玻璃，其線熱膨脹係數為(3.3士0.1)×10-6/K，是一種低膨脹率、耐高溫、高強度、高硬度、高透光率和高化學穩定性的特殊玻璃材料。玻璃圓管1內表面帖附有吸收塗層2，優先選用高吸收率的吸收塗層；外表面包裹有低輻射膜3，如Low-E膜；內部裝有吸熱工質6，如導熱油或水；為了減小能量損失,玻璃管外壁設有保溫層4，保溫層上有弧形開口5，在保溫層弧形開口對應的位置有吸收塗層弧形開口7。

如圖2所示，聚光鏡採用聚光拋物面結構，聚光拋物面9為線聚焦裝置，可追蹤太陽光線。光線經過聚光拋物面9聚集後，在焦線處形成線型光斑。玻璃圓管1通過支架8固定連接聚光拋物面9，使得保溫層弧形開口5和吸收塗層弧形開口7正對經聚光拋物面9聚焦後形成的線性光斑。將保溫層弧形開口5和吸收塗層弧形開口7置於線型光斑上，弧形開口5的寬度略大於線性光斑的寬度。在玻璃圓管1的內表面的吸收塗層2與保溫層的弧形開口正對應的位置設有吸收塗層弧形開口7，能使得太陽能光線通過開口進入玻璃管內。

在實際工作中，光線經聚光拋物面9聚集後，在焦線處形成一線型光斑帶，保溫層弧形開口5和吸收塗層弧形開口7正對該線型光斑，聚焦後的光線通過弧形開口進入玻璃圓管1，加熱玻璃圓管1內的吸熱工質6。保溫層弧形開口5和吸收塗層弧形開口7的寬度要大於線型光斑帶的寬度，以保證聚焦後的陽光不溢出吸收範圍。光線經聚光拋物面9反射通過弧形開口進入玻璃圓管1後，經歷吸熱工質6和玻璃圓管1內表面多次的吸收和反射，通過吸收塗層2的使用，使得能量按照內壁較高的吸收率的份額不斷被玻璃圓管1內部的吸熱工質6吸收，使得最終能通過保溫層弧形開口5離開玻璃圓管1的能量較小，達到高吸收率的效果。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。