CN105605801A - 一种应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，包括吸热管，内肋片，外肋片，外肋片与腔体外壳通过导热系数较小材质的固定螺栓连接，连接处加装保温隔板，腔体外壳由外壳内层、空气夹层或真空层、外壳外层三部分组成，吸热体与外壳内层之间设有保温层，腔体开口处设有玻璃盖板，腔体开口内部两侧设有反射板，反射板与竖直方向成固定角度，面向吸热管，形成上宽下窄的梯形结构，腔体底部设有防过热板，防过热板下表面涂有反射涂层，腔式吸热器借助支架连接件与支架连接，固定于聚光器上。本发明的腔式吸热器具有光学性能高、传热性能好、热损失小、尺寸小、防过热、模块化安装等特点，为太阳能线聚焦集热器进一步大规模推广应用提供了技术支持。

Description

一种应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器

技术领域

本发明涉及一种腔式吸热器，特别涉及一种应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器。

背景技术

太阳能线聚焦集热器目前是太阳能中高温热利用领域最成熟的产品之一，其可以应用于发电、供暖、制冷等多个领域，国内外建立了许多相关的示范工程项目。

在太阳能线聚焦集热器中，直通式玻璃-金属真空集热管是普遍应用的一种太阳能吸热器。金属吸热管外涂以选择性吸收涂层，外侧套以玻璃管以减小热损失，金属管与玻璃套管间抽真空，两端密封连接。这种吸热器集热效率较高，但存在生产难度与成本较高，金属管与玻璃管间的真空难以长期保持等问题。

腔式吸热器具有集热效率较高，制造成本较低、可靠性较高等优点，许多学者对这种吸热器进行了深入的研究。专利CN101551169A发明了一种三角形腔体结构的腔体式太阳能吸收器，充分利用太阳入射光与二次反射光提高光学效率，腔体开口处设置玻璃盖板。专利CN204313509U公开了一种包括同向设置集热内管和外管的腔体式集热管，内管与外管之间的管腔中填充保温材料。专利CN204084912U公开了一种包括圆形金属腔体和螺旋式金属吸收管的腔体式集热管。以往的相关论文以及申请的专利大多是对于腔式吸热器的结构形状进行设计优化，采取的保温措施基本是吸热管与腔体外壳间填充常用保温材料，以及在腔体开口处设置玻璃盖板。对于腔式吸热器提高光学和传热效率、减小热损失以及夏季防过热问题仍待解决。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，克服现有技术中腔式吸热器光学和传热效率低、热损失大以及夏季过热的问题。

本发明采用的技术方案是：一种应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，包括吸热体和腔体外壳，所述吸热体包括吸热管，内肋片，外肋片三部分，外肋片与腔体外壳通过导热系数较小材质的固定螺栓连接，连接处加装保温隔板，腔体外壳由外壳内层、空气夹层或真空层、外壳外层三部分组成，吸热体与外壳内层之间设有保温层，腔体开口处设有玻璃盖板，腔体开口内部两侧设有反射板，反射板与竖直方向成固定角度，面向吸热管，形成上宽下窄的梯形结构，腔体底部设有防过热板，防过热板下表面涂有反射涂层，腔式吸热器借助支架连接件与支架连接，固定于聚光器上。

所述吸热管、内肋片、外肋片为金属材质，吸热管为圆管，内部流动有传热工质，吸热管内设有内肋片，吸热管壁与外肋片表面涂有选择性吸收涂层，外肋片两侧与竖直方向成固定角度，形成梯形结构。

所述玻璃盖板嵌入在外壳内层与外壳外层之间，玻璃盖板下表面中间位置设置于聚光器焦点处。

所述防过热板由防过热板控制机构控制，通过防过热板传动机构驱动，实现防过热板的开启与关闭。

所述防过热板在腔体两侧或一侧设计，绕防过热板转轴转动，由防过热板控制机构控制，通过防过热板传动机构驱动，防过热板传动机构形式为皮带或齿轮传动，由电机控制。

所述防过热板也可以为柔软材料制成，由防过热板控制机构控制开启与关闭，通过防过热板传动机构驱动，防过热板传动机构为皮带或链条形式，以滑轮为支点传动，由电机控制。

所述防过热板还可以为卷帘结构，在腔体两侧或一侧设计，所述防过热板传动机构和防过热板控制机构为一个整体的防过热板传动控制机构，在开启状态下，防过热板收缩在防过热板传动控制机构内；在关闭状态下，防过热板伸展遮挡腔体开口。所述防过热板控制机构利用主动式电机控制或者利用被动式热力膨胀驱动来控制防过热板的开启与关闭。

所述支架连接件由上下两部分组成，几何形状与吸热体相匹配，支架连接件与腔式吸热器连接处铺设保温材料，支架连接件上下两部分通过螺栓连接。

所述腔式吸热器模块化设计，相邻两个吸热器通过螺纹、法兰或焊接连接，借助支架连接件与支架连接，固定于聚光器上。

本发明的有益效果是：本发明通过在腔式吸热器内部设置反射板，以及在吸热管外设置梯形结构外肋片，有效提高腔式吸热器光学效率。通过在吸热管内设计内肋片，有效提高传热效率。通过腔式吸热器吸热体与腔体外壳连接处进行隔热“断桥”处理，利用导热系数较小材质的固定螺栓连接，连接处加装保温隔板，以及在腔体开口处设计玻璃盖板，有效减小向外散热损失。设计常规保温材料与空气夹层或真空层复合保温结构可以减小腔式吸热器尺寸，以减小其暴露在室外空气的面积，减小热损失。在腔式吸热器开口处设计防过热板，可以有效解决腔式吸热器夏季过热问题，而不必像目前常采用的移动聚光器方式，相比之下，本发明设计的几种防过热板形式灵活方便。通过与吸热体几何形状相匹配的支架连接件设计，可以有效实现腔式吸热器模块化组装与设计。

本发明的腔式吸热器具有光学性能高、传热性能好、热损失小、尺寸小、防过热、模块化安装等特点，为太阳能线聚焦集热器进一步大规模推广应用提供了技术支持。

附图说明

图1是实施例1的腔式吸热器垂直于长度方向剖面图；

图2是实施例1的腔式吸热器端部轴测图；

图3是腔式吸热器端部支架连接件轴测图；

图4是腔式吸热器与抛物面槽式聚光器连接轴测图；

图5是腔式吸热器集热剖面图；

图6是实施例1的腔式吸热器打开状态剖面图；

图7是实施例2的腔式吸热器轴测图；

图8是实施例2腔式吸热器打开状态剖面图；

图9是实施例2腔式吸热器关闭状态剖面图；

图10是实施例3腔式吸热器打开状态剖面图；

图11是实施例3腔式吸热器关闭状态剖面图；

图中：1、吸热管，2、内肋片，3、外肋片，4、固定螺栓，5、保温隔板，6、保温层，7、外壳内层，8、空气夹层或真空层，9、外壳外层，10、玻璃盖板，11、反射板，12、支架连接件，13a、实施例1中防过热板，13b、实施例2中防过热板，13c、实施例3中防过热板，14、反射涂层，15、防过热板转轴，16a、实施例1中防过热板传动机构，16b、实施例2中防过热板传动机构，17a、实施例1中防过热板控制机构，17b、实施例2中防过热板控制机构，17c、实施例3中防过热板传动控制机构。

具体实施方式

以下参照附图和实施例对本发明的结构做进一步描述。

实施例1

如图1-2所示，本发明为应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，包括吸热体和腔体外壳，所述吸热体包括吸热管1，内肋片2，外肋片3三部分，吸热管1、内肋片2、外肋片3为金属材质，吸热管1为圆管，内部流动有传热工质，吸热管1内设有内肋片2以增强传热，吸热管壁与外肋片3表面涂有选择性吸收涂层(吸收率大，发射率小)，共同吸收进入腔体的太阳光，将热量传递给传热工质。外肋片3两侧与竖直方向成固定角度(面向腔体开口方向)，形成梯形结构。腔式吸热器吸热体与腔体外壳连接处进行隔热“断桥”处理，以减小向外散热损失，外肋片3与腔体外壳通过导热系数较小材质的固定螺栓4连接，连接处加装保温隔板5，形成温度较高的吸热体与腔体外壳隔热连接处理，减小向外导热损失。腔体外壳由外壳内层7、空气夹层或真空层8、外壳外层9三部分组成，利用狭小空气夹层或真空层8形成保温结构。吸热体与外壳内层之间设有保温层6，腔体开口处设有玻璃盖板10以减小热损失，玻璃盖板10嵌入在外壳内层7与外壳外层9之间，玻璃盖板10下表面中间位置设置于聚光器焦点处。腔体开口内部两侧设有反射板11(反射率高、发射率低)，将进入腔体内二次(或多次)反射后的阳光反射到吸热管1或外肋片3表面。反射板11与竖直方向成固定角度，面向吸热管，形成上宽下窄的梯形结构，腔体底部设有防过热板13a，以防止夏季太阳辐射过强或不需要用热时腔体内过热。防过热板13a下表面涂有反射涂层14，防过热板13a在腔体两侧或一侧设计，绕防过热板转轴15转动，由防过热板控制机构17a控制，通过防过热板传动机构16a驱动，实现防过热板13a的开启(如图6)与关闭(如图1)。防过热板传动机构16a形式为皮带或齿轮传动，由电机控制。

如图3所示，支架连接件12由上下两部分组成，几何形状与吸热体相匹配，支架连接件12与腔式吸热器连接处铺设保温材料，支架连接件12上下两部分通过螺栓连接。

如图5所示，吸热器开口玻璃盖板10下表面中间位置安装在聚光器焦点处，太阳光通过聚光器聚焦进入腔式吸热器腔体内，通过多次反射，吸热管1与外肋片3可以吸收绝大部分进入腔体内的太阳能，通过导热、对流作用将能量传递给吸热管1内的传热工质，传热工质被加热实现升温，从而实现对于太阳能的热利用。吸热管1内设置内肋片2，以增强吸热管壁对于传热工质的传热。

在集热过程中，聚光器一般时时跟踪太阳，防过热板13a在防过热板控制机构17a的控制下，处于开启状态，聚焦的太阳能可以透过玻璃盖板10进入腔体内。在夏季太阳辐射过强或不需要用热时，为防止腔体内过热，在防过热板控制机构17a的控制下，防过热板13a实现关闭状态。此时聚焦的太阳光照射在防过热板13a上，可以有效的被反射掉。

腔式吸热器可以根据集热需要进行模块化设计，相邻两个吸热器通过螺纹、法兰或焊接串联连接，借助与吸热体几何形状相匹配的支架连接件12与支架连接，固定于聚光器上，腔式吸热器与抛物面槽式聚光器相结合效果如图4所示。

实施例2

本实施例与实施例1的腔式吸热器大部分结构相同，区别仅在于防过热板与其控制机构和传动机构与实施例1不同。如图7-9所示，本实施例的防过热板13b为柔软材料制成，表面涂反光涂层，由防过热板控制机构17b控制开启与关闭，通过防过热板传动机构16b驱动，防过热板传动机构16b为皮带或链条形式，以滑轮为支点传动，由电机控制。

实施例3

本实施例与实施例1的腔式吸热器大部分结构相同，区别仅在于防过热板与其控制机构与实施例1不同。如图10-11所示，本实施例的防过热板13c为卷帘结构，在腔体两侧(或一侧)设计，表面涂反光涂层。在开启状态下，防过热板13c收缩在防过热板传动控制机构17c内；在关闭状态下，防过热板13c伸展遮挡腔体开口。防过热板传动控制机构17c可以利用主动式电机控制，也可以利用被动式热力膨胀驱动来控制防过热板13c的开启与关闭。

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 (10)

1.一种应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，包括吸热体和腔体外壳，其特征在于，所述吸热体包括吸热管，内肋片，外肋片三部分，外肋片与腔体外壳通过导热系数较小材质的固定螺栓连接，连接处加装保温隔板，腔体外壳由外壳内层、空气夹层或真空层、外壳外层三部分组成，吸热体与外壳内层之间设有保温层，腔体开口处设有玻璃盖板，腔体开口内部两侧设有反射板，反射板与竖直方向成固定角度，面向吸热管，形成上宽下窄的梯形结构，腔体底部设有防过热板，防过热板下表面涂有反射涂层，腔式吸热器借助支架连接件与支架连接，固定于聚光器上。

2.根据权利要求1所述的应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，其特征在于，所述吸热管、内肋片、外肋片为金属材质，吸热管为圆管，内部流动有传热工质，吸热管内设有内肋片，吸热管壁与外肋片表面涂有选择性吸收涂层，外肋片两侧与竖直方向成固定角度，形成梯形结构。

3.根据权利要求1所述的应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，其特征在于，所述玻璃盖板嵌入在外壳内层与外壳外层之间，玻璃盖板下表面中间位置设置于聚光器焦点处。

4.根据权利要求1所述的应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，其特征在于，所述防过热板由防过热板控制机构控制，通过防过热板传动机构驱动，实现防过热板的开启与关闭。

5.根据权利要求4所述的应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，其特征在于，所述防过热板在腔体两侧或一侧设计，绕防过热板转轴转动，由防过热板控制机构控制，通过防过热板传动机构驱动，防过热板传动机构形式为皮带或齿轮传动，由电机控制。

6.根据权利要求4所述的应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，其特征在于，所述防过热板为柔软材料制成，由防过热板控制机构控制开启与关闭，通过防过热板传动机构驱动，防过热板传动机构为皮带或链条形式，以滑轮为支点传动，由电机控制。

7.根据权利要求4所述的应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，其特征在于，所述防过热板为卷帘结构，在腔体两侧或一侧设计，所述防过热板传动机构和防过热板控制机构为一个整体的防过热板传动控制机构，在开启状态下，防过热板收缩在防过热板传动控制机构内；在关闭状态下，防过热板伸展遮挡腔体开口。

8.根据权利要求7所述的应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，其特征在于，所述防过热板控制机构利用主动式电机控制或者利用被动式热力膨胀驱动来控制防过热板的开启与关闭。

9.根据权利要求1所述的应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，其特征在于，所述支架连接件由上下两部分组成，几何形状与吸热体相匹配，支架连接件与腔式吸热器连接处铺设保温材料，支架连接件上下两部分通过螺栓连接。

10.根据权利要求1所述的应用于太阳能线聚焦集热器的腔式吸热器，其特征在于，所述腔式吸热器模块化设计，相邻两个吸热器通过螺纹法兰、或焊接连接，借助支架连接件与支架连接，固定于聚光器上。