本發(fā)明涉及綠色能源領(lǐng)域，尤其涉及槽式內(nèi)插翅片直肋管真空太陽能集熱器。

背景技術(shù)：

隨著綠色建筑、建筑節(jié)能的不斷普及，太陽能集熱器的開發(fā)與利用越來越受到重視。由于太陽光能流密度比較低，在實(shí)際大規(guī)模應(yīng)用中，常見的平板型太陽能集熱器的集熱工質(zhì)溫度低且熱損失大，熱效率很低。

聚光型玻璃真空管太陽能集熱器能夠在充分利用玻璃真空管集熱器輕質(zhì)高效特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高太陽輻射能流的收集面積和集熱器的工作溫度，有效擴(kuò)展傳統(tǒng)真空管集熱器的應(yīng)用范圍和熱能品質(zhì)。除了少數(shù)在民用熱水領(lǐng)域應(yīng)用，主要應(yīng)用于太陽能熱發(fā)電或其他工業(yè)領(lǐng)域，比如食品加工，金屬和材料處理、化學(xué)工業(yè)、海水淡化等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域溫度需求范圍一般處于100℃～300℃。

槽式太陽能聚光集熱器包括聚光器和真空集熱管。真空集熱管上收到聚光器鏡面反射光后，集熱管表面的熱流密度在實(shí)際工作時(shí)是不均勻的，即面向反射器一側(cè)熱流密度較大，另一側(cè)熱流密度較小，并因此會(huì)引起周向大溫差，造成應(yīng)力差異、產(chǎn)生管道變形造成整個(gè)集熱管氣密性降低，與此同時(shí)大大縮短集熱管的壽命，所以改進(jìn)聚光過程是解決真空集熱管表面的熱流密度不均勻的問題十分有必要。

在槽式聚光型集熱器上應(yīng)用的全玻璃太陽能真空管，太陽能真空集熱管內(nèi)層玻璃管外壁涂有選擇性吸收涂層，其內(nèi)層玻璃管可以達(dá)400℃甚至400℃以上的中高溫，內(nèi)層玻璃管向外輻射傳熱的熱流密度會(huì)急劇增大，同時(shí)中高溫下的內(nèi)層玻璃管發(fā)射率會(huì)達(dá)到10％，導(dǎo)致內(nèi)層玻璃管向外散失的熱量會(huì)更大，所以解決內(nèi)層玻璃管溫度較高情況下，真空集熱管通過內(nèi)層玻璃內(nèi)管對(duì)外輻射熱量散失大問題變得十分緊要。

集熱管又是集熱器的關(guān)鍵內(nèi)層玻璃部件，傳統(tǒng)的太陽能真空集熱管類型繁多，傳統(tǒng)的全玻璃真空管集熱管熱效率高，但是不能承壓運(yùn)行，容易凍裂，易結(jié)垢，不適宜用在大面積的太陽能熱水系統(tǒng)中，多用作家庭太陽能熱水器集熱部件。改進(jìn)集熱管結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化換熱且減小熱損失實(shí)現(xiàn)提高其性能對(duì)開發(fā)高效、可靠、低成本的新型真空集熱管、集熱器具有重要的學(xué)術(shù)意義。

目前國(guó)內(nèi)外較多采用改進(jìn)聚光器如結(jié)構(gòu)、反射膜材料等，幾乎沒有通過改進(jìn)真空集熱管結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)二次或多次聚光，改善熱流密度不均勻的問題。針對(duì)槽式聚光引起真空集熱管接收到的熱量密度不均勻和中高溫情況下集熱管的內(nèi)層玻璃管對(duì)外輻射熱量損耗大，以及太陽能真空集熱管本身結(jié)構(gòu)的熱效率不高、容易結(jié)垢等問題，申請(qǐng)人設(shè)計(jì)了本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在現(xiàn)有的槽式聚光太陽能集熱器技術(shù)上，從3個(gè)重要的環(huán)節(jié)出發(fā)：1)不同角度的入射太陽光聚光集到集熱管過程；2)集熱管將入射太陽光轉(zhuǎn)化為熱量即光熱轉(zhuǎn)換過程；3)集熱管的散熱損失過程，解決現(xiàn)有技術(shù)問題，提高其太陽能利用率及聚光集熱效率。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種直肋管插翅片槽式聚光真空太陽能集熱器，包括真空集熱器、槽式聚光器，所述槽式聚光器采用能夠?qū)⑻柟夥瓷渚奂牟鄯瓷溏R面設(shè)置，所述真空集熱器設(shè)置在槽式聚光器的聚光位置；

所述真空集熱器包括直通式玻璃真空套管，直通式玻璃真空套管包括外層玻璃管、內(nèi)層玻璃管，外層玻璃管與內(nèi)層玻璃管之間形成真空層，內(nèi)層玻璃管中穿裝有用于熱介質(zhì)流體通過的直肋管，直肋管通過彈簧固定在內(nèi)層玻璃管軸線上，并在內(nèi)側(cè)玻璃管兩端安裝密封圈；所述真空層內(nèi)布置有兩個(gè)弧形隔熱板，隔熱板分別沿外層玻璃管的垂直于槽式聚光器鏡面對(duì)稱線的直徑的兩端向外層玻璃管內(nèi)側(cè)、槽式聚光器鏡面方向相對(duì)延伸；

所述直肋管外安裝有兩個(gè)翅片，兩個(gè)翅片均沿直肋管半徑方向設(shè)置，兩個(gè)翅片夾角分角線與槽式聚光器鏡面方向一致，且與槽式聚光器鏡面對(duì)稱線重合。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述兩個(gè)隔熱板覆蓋的內(nèi)層玻璃管圓心角為60°；所述兩個(gè)翅片之間呈120°夾角。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述真空集熱器、槽式聚光器固定安裝在跟蹤太陽位置的旋轉(zhuǎn)裝置上。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述槽式聚光器內(nèi)表面設(shè)有增強(qiáng)反射率的蒸鍍鋁膜。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述翅片材料為紫銅或鋁材，厚度為0.08mm-1mm，長(zhǎng)度較內(nèi)層玻璃管短100mm。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述隔熱板材料為鋁合金，隔熱板與內(nèi)層玻璃管對(duì)應(yīng)的一側(cè)面為具有高反射率的反射面，與外層玻璃管對(duì)應(yīng)的一側(cè)面為設(shè)有選擇性吸收涂層的吸熱面。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述翅片和直肋管外表面均鍍有光譜選擇性涂層。

本發(fā)明的有益效果是：

與現(xiàn)有最好的技術(shù)相比，本發(fā)明具有聚光集熱效率高、集熱管接收的熱流密度較均勻、內(nèi)層玻璃管的對(duì)外輻射熱損少、集熱管不易結(jié)垢、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)：

1、真空層內(nèi)分別設(shè)有2個(gè)弧形隔熱板，二次反射來自聚光器的一次反射光線，槽式聚光器和二次反射板能夠匯聚截光面上下不同角度的太陽光，充分吸收直射光線的同時(shí)能夠有效利用環(huán)境中的散射光線，有效改善集熱管接收的熱流密度不均勻，且可以將隔熱板遮住的直肋管通過內(nèi)層玻璃部分對(duì)外輻射熱量大部分反射回到直肋管及內(nèi)層玻璃部分上，減少直肋管部分對(duì)外輻射熱量散失，進(jìn)而使得該太陽能真空集熱管聚光集熱效果達(dá)到最佳化。

2、隔熱板與外層玻璃管對(duì)應(yīng)的一側(cè)面為設(shè)有選擇性吸收涂層的吸熱面，太陽輻照直射隔熱板溫度將會(huì)升高，隔熱板遮住的內(nèi)層玻璃部分與隔熱板之間的輻射換熱量將會(huì)大幅減少，從而間接地減少了對(duì)外輻射熱損。

3、翅片和直肋管外表面可以鍍上光譜選擇性涂層，通過增加太陽光吸收面積，增強(qiáng)了流體與直肋管內(nèi)吸熱面的對(duì)流換熱強(qiáng)度，提高太陽輻射光熱轉(zhuǎn)換效率。流體(水)在直肋管內(nèi)強(qiáng)制流動(dòng)，流速快、溫度低，不易結(jié)垢，即使結(jié)垢也容易清洗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的真空集熱器1結(jié)構(gòu)主剖視圖；

圖3為圖2中A-A處截面圖；

圖4為本發(fā)明太陽光傳播路徑示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

如圖1所示，一種直肋管插翅片槽式聚光真空太陽能集熱器，包括真空集熱器1、槽式聚光器2，所述槽式聚光器2采用能夠?qū)⑻柟夥瓷渚奂牟鄯瓷溏R面設(shè)置，內(nèi)表面設(shè)有增強(qiáng)反射率的蒸鍍鋁膜。真空集熱器1設(shè)置在槽式聚光器2的聚光位置；所述真空集熱器1、槽式聚光器2固定安裝在跟蹤太陽位置的旋轉(zhuǎn)裝置(圖中未示出)上，集熱器跟蹤太陽以達(dá)到最大的集熱效果。

槽式聚光器用作反射材料的有金屬鋁、萡和金屬鍍膜。銀和銅的反射性能好，但表面容易氧化。在金屬中鋁是直接反射陽光的最佳金屬，選用蒸鍍鋁膜的反射率可達(dá)到0.95，略低于鍍銀膜的0.97。當(dāng)選擇金屬板作為反射板時(shí)，它就兼做基材使用。當(dāng)選反射材料為鋁時(shí)，表面鏡的保護(hù)膜可用陽極氧化膜。

如圖1、2所示，所述真空集熱器1包括直通式玻璃真空套管101，直通式玻璃真空套管101包括外層玻璃管1011、內(nèi)層玻璃管1012，外層玻璃管1011與內(nèi)層玻璃管1012之間形成真空層1013，內(nèi)層玻璃管1012中穿裝有用于熱介質(zhì)流體通過的直肋管102，直肋管102通過彈簧103固定在內(nèi)層玻璃管1012軸線上，并在內(nèi)側(cè)玻璃管1012兩端安裝密封圈104。

如圖3所示，所述真空層1013內(nèi)布置有兩個(gè)弧形隔熱板105，隔熱板105分別沿外層玻璃管1011的垂直于槽式聚光器2鏡面對(duì)稱線的直徑的兩端向外層玻璃管1011內(nèi)側(cè)、槽式聚光器2鏡面方向相對(duì)延伸；兩個(gè)隔熱板105覆蓋的內(nèi)層玻璃管1012圓心角為60°，隔熱板105正對(duì)太陽直射輻照，并能夠保證不遮擋槽式聚光器2反射的太陽光傳播路徑。隔熱板105材料為鋁合金，隔熱板105與內(nèi)層玻璃管1012對(duì)應(yīng)的一側(cè)面為具有高反射率的反射面，與外層玻璃管1011對(duì)應(yīng)的一側(cè)面為設(shè)有選擇性吸收涂層的吸熱面。反射面上設(shè)有具有高反射率、低發(fā)射率特性的反射層，能將槽式聚光器2的反射光斑二次反射到內(nèi)層玻璃管1012背面上，能夠改善真空集熱器1接收的熱流密度不均勻的問題。并將隔熱板105遮住的內(nèi)層玻璃管1012部分對(duì)外輻射熱量大部分反射回到內(nèi)層玻璃管1012上,減少了熱量的損耗。

隔熱板105的吸熱面上設(shè)有在太陽輻射波段高吸收率、低發(fā)射率的選擇性吸收涂層，太陽輻照直射隔熱板溫度將會(huì)升高，隔熱板遮住的內(nèi)層玻璃管1012部分與隔熱板105之間的溫差減小，輻射換熱量將會(huì)大幅減少，從而間接地減少了內(nèi)層玻璃管1012的對(duì)外輻射熱損。

因此增設(shè)隔熱板105,雖然遮擋住了部分內(nèi)層玻璃管1012可接收到的太陽直射輻射光線，減少的內(nèi)層玻璃管1012的吸熱極少，由于本發(fā)明增加太陽光吸收面積，翅片106和直肋管102外表面可以鍍上光譜選擇性涂層，提高太陽輻射光熱轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)大大加強(qiáng)內(nèi)層玻璃管1012在輻射作用下將熱量散失到環(huán)境中去，而設(shè)置的隔熱板105減少的該種輻射熱量損失要大于隔熱板105遮住的內(nèi)層玻璃管1012部分能夠獲得的太陽直射輻射熱量。

所述直肋管102外安裝有兩個(gè)翅片106，兩個(gè)翅片106均沿直肋管102半徑方向設(shè)置，兩個(gè)翅片106之間呈120°夾角，夾角分角線與槽式聚光器2鏡面方向一致，且與槽式聚光器2弧面對(duì)稱線重合。真空層1013能夠消除翅片106的對(duì)流散熱損失。所述翅片106材料為紫銅或鋁材，厚度為0.08mm-1mm，長(zhǎng)度較內(nèi)層玻璃管1012短100mm。所述翅片106和直肋管102外表面均鍍有光譜選擇性涂層，通過增加太陽光吸收面積，增強(qiáng)了熱介質(zhì)流體與直肋管102吸熱面的對(duì)流換熱強(qiáng)度，提高太陽輻射光熱轉(zhuǎn)換效率。熱介質(zhì)流體在直肋管102內(nèi)強(qiáng)制流動(dòng)，流速快、溫度低，不易結(jié)垢，即使結(jié)垢也容易清洗。

在槽式聚光太陽能真空集熱器在實(shí)際太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)工程運(yùn)用中，隨著太陽高度角不斷變化，該槽式聚光集熱器的運(yùn)用需要跟蹤太陽以達(dá)到最大的集熱效果。根據(jù)上述要求直射的太陽光要平行于兩翅片106夾角120°的平分面，以及隔熱板105將一直正對(duì)太陽直射輻照，并能夠保證不遮擋槽式聚光器2反射的太陽光傳播路徑，所以需要槽式聚光器2和真空集熱器為一體跟蹤方式，即槽式聚光器2與真空集熱管1固定在一起旋轉(zhuǎn)跟蹤太陽，這種一體跟蹤方式操作持久方便，跟蹤裝置設(shè)施結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造。

此外，本發(fā)明的槽式聚光器2還可以增加特殊設(shè)計(jì)的反射鏡面設(shè)置，在原本拋物反射鏡兩端設(shè)不同弧度的反射鏡面，隔熱板105的二次反射的效果更佳。

所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。