一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器的製作方法

2023-12-04 22:39:11

專利名稱：一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能集熱器，具體涉及一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器，屬於太陽能聚光系統技術領域。
背景技術：
太陽能熱利用是可再生能源發展的有效途徑之一。目前國際上太陽能熱發電技術主要有三種形式:槽式、塔式和碟式。其中塔式和碟式太陽能熱發電技術仍處於試驗和示範階段，而槽式太陽能熱發電技術已經為成熟的商業化技術。槽式聚光器利用拋物線的幾何光學特性將低輻射熱流密度的太陽光匯聚後，形成高匯聚熱流。安置在槽式聚光器焦平面處的管式吸熱器吸收高匯聚熱流並通過導熱、對流等耦合換熱的方式將高匯聚熱流轉換為熱能。由於太陽能一方面受到晝夜、季節和地理緯度等規律性因素的影響，另一方面又受到晴朗、陰雲和雨雪天氣等隨機因素的制約，因而太陽能的熱利用具有顯著的間斷性和不均勻性，管式吸熱器容易承受高的熱應力。溫度變化後，由於管式吸熱器與玻璃管罩的熱膨脹係數及熱膨脹程度不同，而容易導致玻璃罩破裂的事故。

實用新型內容本實用新型的目的是為了解決單級或多級槽式太陽能聚光系統集熱器的玻璃罩由於管式吸熱器的金屬材料與玻璃罩熱膨脹程度不同而導致玻璃管罩破裂的問題，進而提供一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器。本實用新型的技術方案是:一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器包括保溫層、管式吸熱器、含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口、圈光腔和兩個具有降低熱應變功能金屬密封連接節；所述圈光腔的形狀為管型，圈光腔為金屬圈光腔，圈光腔的外壁上包覆有保溫層，圈光腔的內 壁上塗有反射塗層，所述管式吸熱器設置在圈光腔內，且管式吸熱器與圈光腔同軸設置，管式吸熱器為金屬管式吸熱器，管式吸熱器的外表面塗有吸收塗層，管式吸熱器的內部為傳熱工質，圈光腔的頂部開有透光口，透光口處安裝有含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口，圈光腔的兩端各通過一個具有降低熱應變功能金屬密封連接節與管式吸熱器建立機械連接。優選方案:具有降低熱應變功能金屬密封連接節由上接頭、減應變波紋部分和下接頭組成，上接頭和下接頭同軸設置，減應變波紋部分連接在上接頭和下接頭之間，上接頭與圈光腔的外表面焊接，下接頭與管式吸熱器的外表面焊接。優選方案:減應變波紋部分的波紋形狀為鋸齒狀、半圓狀或矩形狀。優選方案:圈光腔、管式吸熱器、含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口以及兩個具有降低熱應變功能金屬密封連接節之間形成腔室，腔室抽真空。如此設置，降低管式吸熱器向圈光腔的散熱損失。優選方案:圈光腔為不鏽鋼圈光腔或鋁合金圈光腔。如此設置，圈光腔質量輕且剛性強度大，更加有效的解決了玻璃罩易碎的缺點。優選方案:透光口的形狀為圓柱形開口、錐形開口或複合拋物面開口。優選方案:保溫層為石英棉保溫層。如此設置，有效降低散熱損失。優選方案:透光口的寬度為圈光腔5直徑的3% 5%。如此設置，以達到降低圈光腔反射損失的目的。優選方案:含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口的寬帶隙半導體為二氧化錫半導體、三氧化銦半導體或錫酸鎘半導體。優選方案:管式吸熱器為不鏽鋼管式吸熱器、銅管式吸熱器或鋁合金管式吸熱器。優選方案:管式吸熱器的內部傳熱工質為導熱油或水蒸氣。優選方案:反射塗層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀塗層，吸收塗層為電鍍黑鎳或電鍍黑鉻塗層。本實用新型與現有技術相比具有以下效果:管式吸熱器安裝在圈光腔的中心處。工作時，由單級或多級槽式聚光系統對入射低熱流密度的太陽光進行匯聚。高匯聚光匯聚後通過圈光腔的光學窗口進入到圈光腔的內部並打到管式吸熱器的外表面。含有高吸收率塗層的管式吸熱器將大部分入射太陽光吸收並通過導熱、對流的方式將能量傳遞給傳熱工質。沒有被管式吸熱器吸收的少部分太陽光反射到圈光腔。由於圈光腔具有透光口小、腔體表面反射率高等優點，沒有被管式吸熱器吸收的入射太陽光絕大部分被圈光腔經過一次及多次反射到吸熱器表面並被吸熱器吸收。圈光腔通過具有降低熱應變功能金屬密封連接節與管式吸熱器建立機械連接，管式吸熱器架空在圈光腔的中心處。圈光腔內部抽真空以降低管式吸熱器向圈光腔的散熱損失。具有降低熱應變功能的金屬連接密封節的外形為波紋狀，圈光腔與管式吸熱器沿軸向的熱膨脹差異通過波紋狀金屬連接密封節的波距變化進行抵消。由於圈光腔、管式吸熱器均採用金屬製造而成，解決了玻璃管罩易破裂及傳統管式吸熱器的玻璃管罩、管式吸熱器與金屬連接密封節焊接困難的問題。含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層在太陽輻射波段內具有高透射比及低反射比，而在紅外輻射波段具有低透射比和高反射比。因此，含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口在保持透明蓋層對太陽輻射透過性的同時，將吸熱體發出的熱輻射反射回到吸熱器腔體內而減少吸熱器向環境輻射換熱損失及減少圈光腔與環境間的對流換熱損失。

圖1是一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器的橫截面示意圖；圖2是一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器的縱剖面示意圖；圖3是圈光腔的縱剖面示意圖；圖4是具有降低熱應變功能金屬密封連接節的主視圖；圖5是具有降低熱應變功能金屬密封連接節的左視圖；圖6是具有降低熱應變功能金屬密封連接節的減應變波紋部分為鋸齒狀的示意圖；圖7是具有降低熱應變功能金屬密 封連接節的減應變波紋部分為半圓狀的示意圖；圖8是具有降低熱應變功能金屬密封連接節的減應變波紋部分為矩形狀的示意圖；圖中附圖標示:1、保溫層；2、管式吸熱器；3、含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口 ；4、透光口 ；5、圈光腔；6、腔室；7、具有降低熱應變功能金屬密封連接節；7-1、上接頭、7-2、減應變波紋部分；7-3、下接頭。
具體實施方式
以下結合附圖和實例對本實用新型作進一步說明:如圖1至圖8所示，本實施例的一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器包括保溫層1、管式吸熱器2、含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口 3、圈光腔5和兩個具有降低熱應變功能金屬密封連接節7 ;所述圈光腔5的形狀為管型，圈光腔5為金屬圈光腔，圈光腔5的外壁上包覆有保溫層1，圈光腔5的內壁上塗有反射塗層，所述管式吸熱器2設置在圈光腔5內，且管式吸熱器2與圈光腔5同軸設置，管式吸熱器2為金屬管式吸熱器，管式吸熱器2的外表面塗有吸收塗層，管式吸熱器2的內部為傳熱工質，圈光腔5的頂部開有透光口 4，透光口 4處安裝有含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口 3，圈光腔5的兩端各通過一個具有降低熱應變功能金屬密封連接節7與管式吸熱器2建立機械連接。進一步說明:具有降低熱應變功能金屬密封連接節7由上接頭7-1、減應變波紋部分7-2和下接頭7-3組成，上接頭7-1和下接頭7-3同軸設置，減應變波紋部分7_2連接在上接頭7-1和下接頭7-3之間，上接頭7-1與圈光腔5的外表面焊接，下接頭7-3與管式吸熱器2的外表面焊接。進一步說明:減應變波紋部分7-2的波紋形狀為鋸齒狀、半圓狀或矩形狀。進一步說明:圈光腔5、管式吸熱器2、含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口 3以及兩個具有降低熱應變功能金屬密封連接節7之間形成腔室6，腔室6抽真空。如此設置，降低管式吸熱器向圈光腔的散熱損失。
`[0032]進一步說明:圈光腔5為不鏽鋼圈光腔或鋁合金圈光腔。如此設置，圈光腔5質量輕且剛性強度大，更加有效的解決了玻璃罩易碎的缺點。進一步說明:透光口 4的形狀為圓柱形開口、錐形開口或複合拋物面開口。進一步說明:保溫層I為石英棉保溫層。如此設置，有效降低散熱損失。進一步說明:透光口 4的寬度為圈光腔5直徑的3% 5%。如此設置，以達到降低圈光腔反射損失的目的。進一步說明:含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口 3的寬帶隙半導體為二氧化錫半導體、三氧化銦半導體或錫酸鎘半導體。進一步說明:管式吸熱器2為不鏽鋼管式吸熱器、銅管式吸熱器或鋁合金管式吸熱器。進一步說明:管式吸熱器2的內部傳熱工質為導熱油或水蒸氣。進一步說明:反射塗層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀塗層，吸收塗層為電鍍黑鎳或電鍍黑鉻塗層。
權利要求1.一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器，其特徵在於:一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器包括保溫層(I)、管式吸熱器(2)、含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口(3)、圈光腔(5)和兩個具有降低熱應變功能金屬密封連接節(7);所述圈光腔(5)的形狀為管型，圈光腔(5)為金屬圈光腔，圈光腔(5)的外壁上包覆有保溫層(I)，圈光腔(5)的內壁上塗有反射塗層，所述管式吸熱器(2)設置在圈光腔(5)內，且管式吸熱器(2)與圈光腔(5)同軸設置，管式吸熱器(2)為金屬管式吸熱器，管式吸熱器(2)的外表面塗有吸收塗層，管式吸熱器(2)的內部為傳熱工質，圈光腔(5)的頂部開有透光口(4)，透光口(4)處安裝有含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口(3)，圈光腔(5)的兩端各通過一個具有降低熱應變功能金屬密封連接節(7)與管式吸熱器(2)建立機械連接。
2.根據權利要求1所述的一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器，其特徵在於:具有降低熱應變功能金屬密封連接節(7)由上接頭(7-1)、減應變波紋部分(7-2)和下接頭(7-3)組成，上接頭(7-1)和下接頭(7-3)同軸設置，減應變波紋部分(7-2)連接在上接頭(7-1)和下接頭(7-3)之間，上接頭(7-1)與圈光腔(5)的外表面焊接，下接頭(7-3)與管式吸熱器(2)的外表面焊接。
3.根據權利要求2所述的一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器，其特徵在於:減應變波紋部分(7-2)的波紋形狀為鋸齒狀、半圓狀或矩形狀。
4.根據權利要求3所述的一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器，其特徵在於:圈光腔 (5)、管式吸熱器(2)、含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口(3)以及兩個具有降低熱應變功能金屬密封連接節(7)之間形成腔室(6)，腔室(6)抽真空。
5.根據權利要求4所述的一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器，其特徵在於:圈光腔(5)為不鏽鋼圈光腔或鋁合金圈光腔，管式吸熱器(2)為不鏽鋼管式吸熱器、銅管式吸熱器或鋁合金管式吸熱器，保溫層(I)為石英棉保溫層。
6.根據權利要求5所述的一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器，其特徵在於:透光口(4)的形狀為圓柱形開口、錐形開口或複合拋物面開口。
7.根據權利要求6所述的一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器，其特徵在於:透光口(4)的寬度為圈光腔(5)直徑的3% 5%。
8.根據權利要求7所述的一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器，其特徵在於:含有寬帶隙半導體選擇性透過塗層的光學窗口(3)的寬帶隙半導體為二氧化錫半導體、三氧化銦半導體或錫酸鎘半導體。
9.根據權利要求8所述的一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器，其特徵在於:管式吸熱器(2)的內部傳熱工質為導熱油或水蒸氣。
10.根據權利要求9所述的一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器，其特徵在於:反射塗層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀塗層，吸收塗層為電鍍黑鎳或電鍍黑鉻塗層。
專利摘要一種無需玻璃罩的管式太陽能集熱器，它涉及一種太陽能集熱器。本實用新型為了解決太陽能集熱器的玻璃罩由於管式吸熱器的金屬材料與玻璃罩熱膨脹程度不同而導致玻璃管罩破裂的問題。圈光腔為金屬圈光腔，圈光腔的外壁上包覆有保溫層，管式吸熱器設置在圈光腔內，管式吸熱器為金屬管式吸熱器，圈光腔的頂部開有透光口，透光口處安裝光學窗口，圈光腔的兩端各通過一個具有降低熱應變功能金屬密封連接節與管式吸熱器建立機械連接。本實用新型的圈光腔與管式吸熱器沿軸向的熱膨脹差異通過波紋狀金屬連接密封節的波距變化進行抵消，解決了玻璃管罩易破裂及傳統管式吸熱器的玻璃管罩、管式吸熱器與金屬連接密封節焊接困難的問題。
文檔編號F24J2/46GK203100226SQ20132014499
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月27日 優先權日2013年3月27日
發明者王富強, 鞏亮, 林日億, 黃善波, 劉娟娟, 初小林 申請人:中國石油大學(華東)