專利名稱：太陽能儲(chǔ)熱集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體涉及的是一種基于真空 管-套管組合的太陽能儲(chǔ)熱集熱器。
背景技術(shù)：
近年來由于傳統(tǒng)能源的局限性和對(duì)環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，促使世界上許多國(guó)家加 強(qiáng)了對(duì)新能源和可再生能源技術(shù)發(fā)展的開發(fā)，其中太陽能就是一種環(huán)保、高效和用之不竭 的能源。目前，在太陽能熱利用當(dāng)中，太陽能熱水器的技術(shù)已相對(duì)成熟，但是這些熱水器大 多都只能提供數(shù)十度左右溫度的熱水用于日常生活，還不能提供工業(yè)所需要的水溫達(dá)到 一百多度的高溫空氣或水蒸氣。同時(shí)由于天空云層的影響造成了太陽光輻射強(qiáng)度往往隨時(shí) 間變化而變化，這就會(huì)導(dǎo)致太陽能集熱器的能量輸出呈現(xiàn)出不穩(wěn)定性跳躍性，從而給實(shí)際 生產(chǎn)生活中的應(yīng)用推廣造成了一定困難。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN1407293，記載了一種中高溫太 陽能集熱及綜合利用系統(tǒng)，其特征在于太陽能集熱器的工作介質(zhì)向熱交換器傳遞熱能后返 回，各用熱器按工作溫度分組，即工作溫度大致相同的分在一組，試圖通過熱能的梯級(jí)利 用，使熱能得到充分合理分配。但是由于沒有儲(chǔ)熱材料蓄熱，其輸出工質(zhì)的溫度會(huì)隨著太陽 光的強(qiáng)度變化而變化，所以無法保證恒定溫度的輸出。進(jìn)一步檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN1432768，記載了一種相變太陽能集熱器，其 特點(diǎn)是在平板太陽能集熱器相變腔中注入中低溫度的液汽相變材料，通過液體汽化吸收熱 量然后傳導(dǎo)給工質(zhì)，類似熱管工作原理，缺點(diǎn)是相變溫度低，熱容量小，吸收的熱量必須及 時(shí)的傳導(dǎo)出去，沒有儲(chǔ)熱的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種太陽能儲(chǔ)熱集熱器，在太陽能集熱管內(nèi)同 時(shí)實(shí)現(xiàn)高的傳熱效率和相當(dāng)?shù)膬?chǔ)熱能力，高的傳熱效率可以極大的降低傳熱熱阻，提高太 陽能熱利用率，儲(chǔ)熱能力可實(shí)現(xiàn)隨著天氣變化而晴蓄陰放。通過選擇不同的儲(chǔ)熱材料，工質(zhì) 出口溫度可穩(wěn)定持續(xù)在120°C到190°C之間的某一特定溫度區(qū)間。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括若干根玻璃真空管、傳熱套管、 熱導(dǎo)材料、彈性波紋肋板、保溫塞和聚光板，其中玻璃真空管置于聚光板上，傳熱套管位于 玻璃真空管的中心，彈性波紋肋板位于傳熱套管與玻璃真空管內(nèi)壁之間，熱導(dǎo)材料設(shè)置于 傳熱套管與玻璃真空管內(nèi)壁之間的空間。保溫塞密封設(shè)置于玻璃真空管上端部和套管外 壁。所述的傳熱套管包括若干內(nèi)外嵌套的銅管，該銅管內(nèi)設(shè)有吸熱工質(zhì)；所述的聚光板為復(fù)合拋物面聚光板(簡(jiǎn)稱CPC)，具體為具有復(fù)合拋物結(jié)構(gòu)型面的 薄鐵板表面鋪設(shè)一層反光鋁箔制成。所述的熱導(dǎo)材料的組分及含量(體積百分比)為50%的固固相變儲(chǔ)熱材料、20%的石墨粉以及30%的導(dǎo)熱油，其中固固相變儲(chǔ)熱材料是指交聯(lián)高密度聚乙烯、層狀鈣鈦 礦或多元醇。所述的多元醇具體是指顆粒狀的季戊四醇或TAM三羥甲基氨基甲烷，該多元醇 直徑大小分布中心為1mm。所述的石墨粉的細(xì)度為1000目的石墨粉。本發(fā)明工作過程如下，工質(zhì)從入口管進(jìn)入傳熱套管，經(jīng)過對(duì)流換熱后流出。太陽輻 射能經(jīng)真空管由吸收涂層吸收，通過熱導(dǎo)材料傳遞給傳熱套管，從而對(duì)套管內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)行 加熱，加熱后的工質(zhì)經(jīng)彎頭和連接管進(jìn)入下一個(gè)傳熱套管，進(jìn)行進(jìn)一步的加熱，這樣可通過 增加集熱管的數(shù)目來提高被加熱工質(zhì)的溫度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不使用儲(chǔ)熱材料時(shí)集熱管內(nèi)流動(dòng) 工質(zhì)最大加熱溫度可超過200度。使用儲(chǔ)熱材料后，當(dāng)集熱管內(nèi)流動(dòng)工質(zhì)溫度達(dá)到儲(chǔ)熱材 料的相變溫度時(shí)，玻璃真空管吸收的太陽輻射能將不再傳導(dǎo)給流動(dòng)工質(zhì)，而是由儲(chǔ)熱材料 通過相變的形式儲(chǔ)存了下來。這樣在太陽輻射強(qiáng)度變?nèi)醯臅r(shí)候，儲(chǔ)熱材料中儲(chǔ)存的能量將 釋放出來加熱管內(nèi)流動(dòng)工質(zhì)。所以此集熱/儲(chǔ)熱一體化裝置即使在天空陰晴頻繁變化的情 況下仍然具有較強(qiáng)的穩(wěn)定輸出功率能力。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)量，當(dāng)儲(chǔ)熱材料蓄熱完畢后，單獨(dú)一根 集熱管可以在失去太陽輻射的情況下保持3h以上的50W功率持續(xù)輸出的狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對(duì)工質(zhì)進(jìn)行加熱/儲(chǔ)熱的組件包括玻璃真空管、熱導(dǎo)材 料，傳熱套管3個(gè)主要部分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、環(huán)保。由于玻璃真空管在集熱的同時(shí)本身也具有儲(chǔ) 熱的功能，因此不必另外設(shè)置儲(chǔ)熱器，這樣可以大大節(jié)約裝置成本和安裝空間。通過實(shí)驗(yàn)確 定了以蓄熱材料季戊四醇，石墨，導(dǎo)熱油三種材料混合而成的集熱/儲(chǔ)熱一體化材料的最 優(yōu)配比，保證了較好的導(dǎo)熱率和儲(chǔ)熱性能。


圖1是集熱管的結(jié)構(gòu)示意正視圖。圖2為集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖的B-B面剖視圖。圖3是集熱/儲(chǔ)熱裝置整體實(shí)施例應(yīng)用示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。如圖1至圖3所示，本實(shí)施例包括若干根玻璃真空管1、傳熱套管2、熱導(dǎo)材料3、 彈性波紋肋板4、保溫塞5和聚光板6，其中玻璃真空管1置于聚光板6上，傳熱套管2位 于玻璃真空管1的中心，彈性波紋肋板4位于傳熱套管2內(nèi)外管之間，熱導(dǎo)材料3設(shè)置于傳 熱套管2與玻璃真空管1內(nèi)壁之間的空間。保溫塞5密封設(shè)置于玻璃真空管1上端部和套 管外壁。所述的傳熱套管2包括若干內(nèi)外嵌套的銅管7，該銅管7內(nèi)設(shè)有吸熱工質(zhì)8 ；所述的聚光板6為復(fù)合拋物面聚光板6 (簡(jiǎn)稱CPC)，具體為具有復(fù)合拋物結(jié)構(gòu)型面 的薄鐵板表面鋪設(shè)一層反光鋁箔制成。所述的熱導(dǎo)材料3的組分及含量(體積百分比)為50%的固固相變儲(chǔ)熱材料、 20%的石墨粉以及30%的導(dǎo)熱油，其中固固相變儲(chǔ)熱材料是指交聯(lián)高密度聚乙烯、層狀鈣鈦礦或多元醇。所述的多元醇具體是指顆粒狀的季戊四醇或TAM三羥甲基氨基甲烷，該多元醇 直徑大小分布中心為1mm。如下表所示，為實(shí)施例采用的熱導(dǎo)材料及其對(duì)應(yīng)導(dǎo)熱系數(shù)。表1 表2 表3 所述的石墨粉的細(xì)度為1000目的石墨粉。本實(shí)施例中的太陽能儲(chǔ)熱集熱器，可提供用于太陽能熱發(fā)電、太陽能空凋和工業(yè) 蒸汽等各種工業(yè)用途的高溫高壓水或水蒸氣。安全環(huán)保，太陽能熱利用率高，系統(tǒng)穩(wěn)定且能 耐壓，集熱管數(shù)目可變，通過采用不同的儲(chǔ)熱材料能將工質(zhì)出口溫度穩(wěn)定的保持在120°C到 190°C之間的某一特定溫度區(qū)間。本發(fā)明綜合考慮了導(dǎo)熱性能，儲(chǔ)熱性能，成本等因素，通過 實(shí)驗(yàn)確定了以蓄熱材料季戊四醇，石墨，導(dǎo)熱油三種材料混合而成的集熱/儲(chǔ)熱一體化材 料的最優(yōu)配比，大大節(jié)省了空間和金錢。實(shí)驗(yàn)表明單純使用導(dǎo)熱介質(zhì)的集熱管內(nèi)流動(dòng)工質(zhì) 的正午溫度峰值可達(dá)260°C左右但維持時(shí)間較短，使用集熱/儲(chǔ)熱一體化材料后，溫度峰值 大約在180°C左右，維持時(shí)間多出近一倍。
權(quán)利要求
一種太陽能儲(chǔ)熱集熱器，包括若干根玻璃真空管、傳熱套管、熱導(dǎo)材料、彈性波紋肋板、保溫塞和聚光板，其中玻璃真空管置于聚光板上，傳熱套管位于玻璃真空管的中心，彈性波紋肋板位于傳熱套管與玻璃真空管內(nèi)壁之間，熱導(dǎo)材料設(shè)置于傳熱套管與玻璃真空管內(nèi)壁之間的空間。保溫塞密封設(shè)置于玻璃真空管上端部和套管外壁，其特征在于所述的熱導(dǎo)材料的組分及其體積比含量為50％的固固相變儲(chǔ)熱材料、20％的石墨粉以及30％的導(dǎo)熱油，其中固固相變儲(chǔ)熱材料是指交聯(lián)高密度聚乙烯、層狀鈣鈦礦或多元醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能儲(chǔ)熱集熱器，其特征是，所述的傳熱套管包括若干內(nèi) 外嵌套的銅管，該銅管內(nèi)設(shè)有吸熱工質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能儲(chǔ)熱集熱器，其特征是，所述的聚光板為復(fù)合拋物面 聚光板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的太陽能儲(chǔ)熱集熱器，其特征是，所述的聚光板為具有復(fù)合 拋物結(jié)構(gòu)型面的薄鐵板表面鋪設(shè)一層反光鋁箔制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能儲(chǔ)熱集熱器，其特征是，所述的多元醇具體是指顆粒 狀的季戊四醇或TAM三羥甲基氨基甲燒，該多元醇直徑大小分布中心為1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能儲(chǔ)熱集熱器，其特征是，所述的石墨粉的細(xì)度為1000 目的石墨粉。
全文摘要
一種太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域的基于真空管-套管組合的太陽能儲(chǔ)熱集熱器，包括若干根玻璃真空管、傳熱套管、熱導(dǎo)材料、彈性波紋肋板、保溫塞和聚光板，其中的熱導(dǎo)材料的組分及含量(體積百分比)為50％的固固相變儲(chǔ)熱材料、20％的石墨粉以及30％的導(dǎo)熱油，其中固固相變儲(chǔ)熱材料是指交聯(lián)高密度聚乙烯、層狀鈣鈦礦或多元醇。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠，系統(tǒng)熱效率高且穩(wěn)定，其一體化設(shè)計(jì)可以大大節(jié)約成本和空間，由于其具有晴蓄陰放的調(diào)節(jié)功能，出口的空氣或水蒸氣工質(zhì)溫度可以穩(wěn)定在120度到190℃之間的某一特定溫度區(qū)間。
文檔編號(hào)F24J2/05GK101915465SQ20101026682
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者劉振華, 宋斌, 肖紅升, 趙峰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué);江蘇桑夏太陽能產(chǎn)業(yè)有限公司