CN104833112A - 平板聚光型太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

一种平板聚光型太阳能集热器，包括集热器组合外框、集热器热管、玻璃盖板、反射板，集热器热管上方为玻璃盖板，下方为反射板，通过集热器组合外框安装为一个整体；其特征在于：所述反射板由若干双曲抛物面聚光板构成，表面镀制镜面反射膜，每根集热器热管下方布置一块双曲抛物面聚光板。集热器热管基体为内镀膜不锈钢管，中间段外套玻璃管，玻璃管与内镀膜不锈钢管可伐合金封接，内镀膜不锈钢管两端头设置膨胀节波纹管，若干集热器热管平行并排，首尾通过膨胀节波纹管及接头管路串联或并联为一体。

Description

平板聚光型太阳能集热器

技术领域

本发明涉及太阳能热利用领域，具体涉及一种平板聚光型太阳能热管集热器。

背景技术

太阳能光热技术为未来解决能源问题提供广阔前景，目前太阳能热水器主要有高硼硅玻璃真空管式和高效吸热蓝膜平板式两种，真空管已经发展20多年，镀膜工艺已经很成熟，从单靶到多靶磁控溅射镀膜技术，目前膜层吸热效率已经达到94％以上，低温反射率已经达到6％以下，处于比较理想状态，只要按照成熟工艺严格控制生产过程都可以生产出质量较高的真空管，真空管热水器有着很好的优点，单位面积吸收率高发射率低保温好，特别在较冷地区具有得天独厚的优越性，然而也有明显的缺点，无法与建筑很好的相结合，受管径的局限吸热面积小，双层玻璃吸热效率受到影响，玻璃容易破损先天具有安全隐患，国外真空管式热水器因此而使用较少；平板式热水器具有光照面积大，吸热率高传热快，易与建筑相结合，盖板为钢化超白玻璃没有安全隐患等优点，但也有明显的缺点，吸热面积大散热面积也大所以热平衡温度较低，低温高效，无法获得高温，没有保温能力，为了防止热水结垢要靠介质导热，所以只在南方温度较高地区适用，到目前为止还没有一种热水器能够结合这两种热水器的优点，便于在任何区域推广，又能解决普通热水器从低温向中温发展，并能发展成蒸汽式热水器，同时热水器安装麻烦，零部件较多，又不易维护，无论是普通真空管式还是普通平板式都一样，冬天往往成为摆设，严重依赖电辅助加热，平板热水器蓝膜暴露在空气中衰减很快寿命期大大减短，国内热水器价格战愈演愈烈，太阳能热水器行业处于明显衰退状态。

发明内容

本发明提供一种平板聚光型太阳能集热器，包括集热器组合外框、集热器热管、玻璃盖板、反射板，集热器热管上方为玻璃盖板，下方为反射板，通过集热器组合外框安装为一个整体；其特征在于：所述反射板由若干双曲抛物面聚光板构成，表面镀制镜面反射膜，每根集热器热管下方布置一块双曲抛物面聚光板。

进一步，集热器热管基体为内镀膜不锈钢管，中间段外套玻璃管，玻璃管与内镀膜不锈钢管可伐合金封接，内镀膜不锈钢管两端头设置膨胀节波纹管，若干集热器热管平行并排，首尾通过膨胀节波纹管及接头管路串联或并联为一体。

更进一步，集热器组合外框包括固定底板、四周固定板，集热器热管两端连接处整体发泡形成固定保温模组，固定板上开孔，分别为导热介质进口和出口，连为一体的集热器热管通过接头管路安装在固定板的进口和出口处，若干双曲抛物面聚光板并行排布拼接为一体置于固定底板上。

更进一步，玻璃盖板为钢化超白玻璃盖板，上表面为平面，下表面设有菲涅尔聚光透镜，与固定底板上的双曲抛物面聚光板形成互补复合聚光结构。

更进一步，集热器组合外框与保温模组组装后，铝合金玻璃压条形成密封结构。

本发明提供的平板聚光型太阳能热管集热器，采用平板式，可使集热器易与建筑相集合，没有安全隐患，容易安装维护，功能上可实现增大光照面积，成倍提高热量吸收效率，有利于高效储存中温(300℃以内)热能，工程上大面积并联使用，可以实现稳定蒸汽供应，根据需求有机组合。

30倍以下聚光，采用金属热管内介质导热，整体结构简单，介质集热温度可以达到300℃，是一种高效中温集热器。

所述的钢化超白玻璃盖板，分为两种，一种为直接透射式钢化镀膜超白玻璃盖板，其下面与之对应的是双曲抛物面反射镜，可以设计聚光倍率30倍以内，一次性聚光效率高，安装集热器需要做简单跟踪太阳光装置，可以是平单跟或斜单跟方式，是作为太阳能中温工程用集热器理想方案。

另一种是玻璃盖板下表面设有菲涅尔聚光透镜，其下面与之对应的是双曲抛物面反射镜，热管在中间，太阳光直射经过菲涅尔聚光透镜汇聚照在热管上，当太阳光偏射汇聚在双曲抛物面反射镜上，经过全天候光学模拟设计的抛物面会在较大容差角度范围内把汇聚光反射到热管上，只需要按当地纬度角按季节放置或按冬天要求放置即可，实现无需跟踪的家庭用高效热管集热器。

其中聚光透镜采用齿纹向内平面朝外的线聚焦菲涅尔透镜设计，透镜玻璃采用钢化镀膜处理，镀膜玻璃增加入射光透过率，以及减少表面入射光反射率，双面镀膜还有利于玻璃表面自洁功能，透镜采用低铁超白玻璃材质，钢化强度要求达到国家平板热水器盖板玻璃的标准。

集热器热管包括直通式和单通式两种热管，双曲抛物面聚光板，包括整体成型双曲抛物面装置，装置可以采用压铸成型或压延成型或辊压成型的方式形成一体，双曲抛物面表面抛光和高光喷涂烘干处理后镀制高效镜面反射膜，可以根据具体产品不同聚光要求,设计和光学模拟相应的双曲抛物面反射镜。

集热器热管根据产品聚光倍数和外形尺寸决定热管具体内管与外管直径、热管外部结构长度和需要使用的根数。

本发明所述的平板聚光型太阳能热管集热器的组装过程为：先把铝合金制成的组合外框与镀锌钢板底板压合成形，复合抛物面反射镜固定在底板和两头固定开孔的固定板上，按照精密设计尺寸固定好中间的热管，使热管及连接管件单元被固定在两头的保温模组内，保温模组固定在铝合金组合外框内侧，整个集热器内部布置固定完成后，加上超白玻璃或带有聚光透镜的玻璃盖板，在生产线上进行组装，打胶密封完成整个工艺生产。

有益效果：本发明提供的平板聚光型太阳能热管集热器，和现有技术相比具有以下优点：

结构设计合理，采用平板式，易与建筑相集合，没有安全隐患，容易安装维护，功能上可实现增大光照面积，大大提高热量吸收率并能高温储存热能，工程上大面积使用，可以实现稳定蒸汽供应，适用范围广泛，使热水器进入中温热利用时代。

(1)采用工程集热器简单跟踪，家用集热器免跟踪设计法，热管排列在透镜焦带处，热水器按照玻璃透镜东西放置和配合当地纬度角安装，相当于一维跟踪效果，配合底部双曲抛物面反光镜，在不加跟踪情况下，当光带偏离时，底部反光镜在一定范围内能够把偏离光带反射回热管。

(2)本发明中储热型真空热管是一种外层为高硼硅玻璃管，内层为经过多靶材磁控溅射镀膜的金属管，经过可伐合金和高硼硅玻璃过渡熔封，再与不锈钢内管焊接，排气抽真空密封生产出高效热管，由于金属管导热系数是玻璃的100倍以上，所以热管的吸热导热效率是普通真空管的一倍以上，加上数倍聚光使热管介质可以被加热至300℃，实现中温储热用热成为现实。

(3)本发明中导热管道可以根据需要串联或并联自由组合，扩大了民用和工程用集热器的通用性组合的使用范围。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中平板聚光型太阳能热管集热器的整体结构示意图。

图2为结构分解示意图。

图3为集热器热管单元结构示意图。

图4为聚光单元结构示意图。

图中：1集热器组合外框，1-1固定板，1-2玻璃盖板，1-3铝合金玻璃压条，1-4固定底板，1-5孔，2集热器热管，2-1内镀膜不锈钢管，2-2膨胀节波纹管，2-3可伐合金，2-4玻璃管，3-反射板，4-保温模组。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1、2所示，一种平板聚光型太阳能热管集热器，它包括：集热器组合外框1、集热器热管2、反射板3，集热器热管2上方为玻璃盖板1-2，下方为反射板3，通过集热器组合外框安装为一个整体；集热器组合外框1包括固定底板1-4、四周固定板1-1，集热器热管2两端连接处整体发泡形成固定保温模组4，固定板1-1上开孔1-5，分别为导热介质进口和出口，连为一体的集热器热管2通过接头管路安装在固定板1-1的进口和出口处。

反射板3由若干双曲抛物面聚光板构成，表面镀制镜面反射膜，每根集热器热管2下方布置一块双曲抛物面聚光板。若干双曲抛物面聚光板并行排布拼接为一体置于固定底板1-4上。玻璃盖板1-2为钢化超白玻璃盖板，上表面为平面，下表面设有菲涅尔聚光透镜，与固定底板1-4上的双曲抛物面聚光板形成互补复合聚光结构。集热器组合外框1与保温模组4组装后，铝合金玻璃压条1-3形成密封结构。固定底板1-4采用镀锌钢板。

如图3所示，集热器热管2基体为内镀膜不锈钢管2-1，中间段外套玻璃管2-4，玻璃管2-4与内镀膜不锈钢管2-1用可伐合金2-3封接，内镀膜不锈钢管2-1两端头设置膨胀节波纹管2-2，若干集热器热管2平行并排，首尾通过膨胀节波纹管2-2及接头管路串联或并联为一体。图3所示的3根集热器热管2首尾串联安装在同一侧的固定板1-1上。集热器热管2由金属内管经过可伐合金与玻璃熔封生产出中温集热管，集热管按照双曲抛物面反射板聚焦位置，安装在集热器组合外框开孔固定板两头。集热器热管2包括直通式和单通式两种热管。

钢化超白玻璃盖板可以是下表面设有菲涅尔聚光透镜的玻璃盖板也可以是平板透光式玻璃盖板，前者与双曲抛物面聚光板形成互补复合聚光，后者与底部双曲抛物面聚光板形成一次聚光，超白玻璃盖板都要镀膜钢化处理，根据产品免跟踪和简单一维跟踪决定，是带有菲涅尔透镜式还是平板透射式玻璃盖板。

双曲抛物面聚光板包括整体成型双曲抛物面装置，装置可以采用压铸成型或压延成型或辊压成型的方式形成一体，双曲抛物面表面抛光和高光粉喷涂烘干处理后镀制高效镜面反射膜以及保护膜，可以根据具体产品不同聚光要求，设计和光学模拟相应的双曲抛物面聚光板，聚光原理如图4所示，1-2为带有线性菲涅尔聚光透镜的盖板玻璃，在不跟踪前提下，在一定光线入射容差范围内，汇聚的太阳光都能汇聚和反射到集热器热管2上。

根据导热介质不同可以选择集热器热管串并联方式和进出口位置，但都采取连接管保温和两端头整体发泡保温固定，形成整体保温模组。

集热器热管2根据产品聚光倍数和外形尺寸决定：具体内管与外管直径，外部结构长度和需要使用的根数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种平板聚光型太阳能集热器，包括集热器组合外框、集热器热管、玻璃盖板、反射板，集热器热管上方为玻璃盖板，下方为反射板，通过集热器组合外框安装为一个整体；其特征在于：所述反射板由若干双曲抛物面聚光板构成，表面镀制镜面反射膜，每根集热器热管下方布置一块双曲抛物面聚光板。

2.根据权利要求1所述的平板聚光型太阳能集热器，其特征在于：集热器热管基体为内镀膜不锈钢管，中间段外套玻璃管，玻璃管与内镀膜不锈钢管可伐合金封接，内镀膜不锈钢管两端头设置膨胀节波纹管，若干集热器热管平行并排，首尾通过膨胀节波纹管及接头管路串联或并联为一体。

3.根据权利要求1所述的平板聚光型太阳能集热器，其特征在于：集热器组合外框包括固定底板、四周固定板，集热器热管两端连接处整体发泡形成固定保温模组，固定板上开孔，分别为导热介质进口和出口，连为一体的集热器热管通过接头管路安装在固定板的进口和出口处，若干双曲抛物面聚光板并行排布拼接为一体置于固定底板上。

4.根据权利要求1所述的平板聚光型太阳能集热器，其特征在于：玻璃盖板为钢化超白玻璃盖板，上表面为平面，下表面设有菲涅尔聚光透镜，与固定底板上的双曲抛物面聚光板形成互补复合聚光结构。

5.根据权利要求3所述的平板聚光型太阳能集热器，其特征在于：集热器组合外框与保温模组组装后，铝合金玻璃压条形成密封结构。