太陽集熱裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明采用相對比較簡單的結構設計了太陽集熱裝置，該設計大大減小了熱損失，使得相應的制造維護費用大大降低。在真空透明管11的內(nèi)部設置了具有內(nèi)部工作介質(zhì)流動的集熱管12，一對第1反射板13在真空透明管11的內(nèi)部沿著集熱管12設置。各第1反射板13設置在與集熱管12長度方向垂直的截面內(nèi)，從集熱管12內(nèi)部開始左右對稱的沿著漸開線延伸布置。一對第2反射板14則設置為復合拋物面型，在真空透明管11的內(nèi)部沿著各第1反射板13的開口端緣A、D連接設置。從各第2反射板14的各入射端緣B、C入射的太陽光直接或者經(jīng)第1反射板13及第2反射板14一次以上反射之后到達集熱管12。
【專利說明】太陽集熱裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于太陽能集熱裝置領域。
【背景技術】
[0002]以前的太陽集熱裝置，設置了平面鏡太陽追蹤設備(如專利文獻I所述)、復合拋物面聚光(Compound Parabolic Concentrator ;CPC)型反射鏡,從而使太陽光集中進入集熱部件(如專利文獻2所述)。
[0003]本發(fā)明為了使圓筒狀的放射源放射出的光能夠高效地反射，研發(fā)了能夠使開口部均一高效接受太陽光的漸開線形反射板(如專利文獻3所述)。這種漸開線形反射板是為了高效地反射來自光源的輻射光，而不是用于聚光的目的。
[0004]【前期技術文獻】
[0005]專利文獻:
[0006]專利文獻1:特開2010-286200號公報；
[0007]專利文獻2:特 許第3958032號專利公報；
[0008]專利文獻3:特許第3205809號專利公報。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]【本發(fā)明所解決的問題】
[0010]專利文獻I記載的具有太陽追蹤設備有太陽集熱裝置，雖然聚光效率較高，但是太陽追蹤設備結構復雜。因此，制造和安裝成本較高是其主要問題。另外，相應的設備維護困難，維護費用較高。專利文獻2記載的使用復合拋物面聚光型反射鏡的太陽集熱裝置，復合拋物面聚光型反射鏡的聚光范圍如果是平面，則平板式的集熱面內(nèi)外表面附近的空氣對流和輻射傳熱會引起相應的熱損失，造成集熱器整體效率的降低。專利文獻2提出了為抑制熱損失，可以使用微小復合拋物面反射鏡實現(xiàn)聚光，但是相應的設計增加了加工的難度，從而使制造費用大大增加了。
[0011]本發(fā)明即著眼于解決以上的難題，提出新的太陽能集熱裝置設計。該設計采用相對簡單的結構，以減少集熱損失為目標，同時使得相應的制造費用、維護費用等大大減少。
[0012]【解決問題的技術方案】
[0013]本發(fā)明所涉及的太陽能集熱器，采用內(nèi)部真空的真空透明管、內(nèi)部布置了真空透明管并有集熱工質(zhì)流動的集熱管，在集熱管管內(nèi)部的真空透明管內(nèi)部同集熱管長度方向垂直的截面內(nèi)設置前述的左右對稱的一對漸開線型反射板，即在前述真空透明管內(nèi)部，各第I反射板的對應一側的開口端面處連接有與其組成一對的第2反射板。本設計構成的特點在于，各第2反射板處從第I反射板相對一側端面入射的太陽光，不會再被反射回到第I反射板處。
[0014]本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置中的各第2反射板屬于復合拋物面形狀，從第2反射板入射端面入射的太陽光，到達第2反射板后會被一次或多次反射。各第2反射板同各第I反射板以及集熱管共同構成集熱部件。另外，各第I反射板中同集熱管長度方面垂直的截面內(nèi)，左右對稱地設置了漸開線狀延伸的反射板，從而使得到達各第I反射板的太陽光能夠被收集起來。因此，本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置，從各第2反射板入射端面入射的太陽光，直接地或者經(jīng)過各第I反射板一次以上反射之后到達集熱管，相應的構成保證了較高的聚光效率和集熱效果。
[0015]本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置，可以根據(jù)相應的使用地域特點，來設計第I反射板和第2反射板的尺寸，同時可以優(yōu)化設計各第2反射板入射端面受光口的安裝角度。該系統(tǒng)可以固定設置聚光設備，而不需要隨季節(jié)調(diào)整。因此，本設計不需要設置復雜的太陽追蹤設備，實現(xiàn)構成簡單、聚光效率高的系統(tǒng)構造。另外，相應系統(tǒng)的制造、維護費用也可以大大降低。
[0016]另外，本發(fā)明所涉及的太陽能集熱裝置中，集熱管和各第I反射板、第2反射板設置在真空透明管內(nèi)部，而真空透明管內(nèi)部是真空狀態(tài)，從而可以有效地防止集熱管、各第I反射板、各第2反射板和周圍空氣之間的熱損失。在相應熱損失當中熱傳導損失占了較大比例，于是本發(fā)明當中真空透明管和周圍空氣之間的熱傳導被有效地防止、只有相對小量的集熱管、各第I反射板和各第2反射板的輻射熱損失存在。另外，本發(fā)明中集熱管的直徑較小，從而使得集熱管的輻射熱損失同時被大大降低。各第I反射板組成漸開線狀的分布，使得各第I反射板和集熱管之間的接觸面積也大大減小，從而集熱管到各第I反射板的熱傳導損失也被限制到最小。這樣，本發(fā)明所涉及的太陽能集熱裝置，實現(xiàn)了以比較簡單的設計來最大限度減小熱損失的目的。
[0017]本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置，集熱管和各第I反射板和各第2反射板都覆蓋在真空透明管上，可以防止灰塵等的附著，從而防止相應的效率故障。另外，真空透明管外側的灰塵可以通過擦拭出去，相應的清潔和維護都較為方便。集熱管中及真空透明管內(nèi)封入各第I反射板及各第2反射板作為一個整體單位加工組裝，在相應的安裝場所根據(jù)場地和需求條件只需安裝配置相應數(shù)量的集熱管和真空透明管單位，從而可以減少加工和安裝費用。
[0018]本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置中，各第I反射板可以根據(jù)安裝地域的特點來設計制造，并且不需要像傳統(tǒng)的CPC型反射鏡那樣的對稱形狀要求。另外，本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置中，為了控制真空透明管內(nèi)部的各第I反射板及第2反射板的內(nèi)側熱損失，最好在各第I反射板及第2反射板的內(nèi)側設置隔熱材料。真空透明管的材料可以采用相應強度的玻璃。
[0019]本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置中集熱管內(nèi)部流動的工作介質(zhì)可以是水、油、替代性非氟利昂制冷劑、超臨界二氧化碳等。如果是使用水作為介質(zhì)，通過集熱管后可以直接供應熱水或者產(chǎn)生蒸汽供清洗設備、食品工廠等利用。如果是油或者超臨界二氧化碳，通過集熱管后可以采用蒸汽發(fā)生裝置等熱源設備以供后續(xù)利用。如果希望提高熱利用的效率，也可以連接蒸汽渦輪機供應發(fā)電設備。另外，通過采用小直徑集熱管，內(nèi)部流動的工作介質(zhì)也可以采用高壓流體。
[0020]另外，本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置中漸開線型的反射板不僅可以反射利用太陽光輻射，也可以進行初次聚光。本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置中，有一定寬度的平面內(nèi)能夠有效聚光的復合拋物面型的各第2反射板，和一定寬度的平面內(nèi)能夠使集熱管有效聚集入射光的漸開線型的各第I反射板共同構成聚光部件，實現(xiàn)了單獨使用各件所不能達到的高效聚光性能。另外，各第I反射板和各第2反射板共同構成部件，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的平板式集熱裝置所難以達到的內(nèi)側零熱損失的目標。即是說，傳統(tǒng)的平板式的集熱裝置在平面的內(nèi)外兩側都有熱損失，相較而言，本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置中集熱管表面的熱損失發(fā)生面積減少了一半。因此，本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置，與傳統(tǒng)的平板式集熱裝置相比，大大減少了熱損失的發(fā)生。
[0021]本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置中，集熱管如前所述為圓筒形。各第I反射板設置在與前述集熱管長度方面垂直的截面內(nèi)，沿著前述集熱管的外表面圓周的某一點開始左右延伸，進而在各開頭端部形成直線連接，連接點在前述某一點的相對一側表面。從各開口端部入射的太陽光在各第I反射板的開頭端部處被聚集。這樣，各第2反射板的入射端部入射的太陽光則全部到達集熱管，從而獲得相應較高的激光效率，實現(xiàn)非常優(yōu)良的集熱效果。
[0022]本發(fā)明所涉及的太陽集熱裝置中，使用兩組前述的集熱管和各第I反射板、各第2反射板構成的集熱器組合，各集熱器在前述真空透明管的內(nèi)部各個入射端面的開口處連接并置組合。這樣的設置可以充分利用真空透明管的內(nèi)部空間，正大太陽光集熱面積從而獲得更高的利用效率。
[0023]【發(fā)明的技術效果】
[0024]本發(fā)明采用相對比較簡單的結構設計了太陽集熱裝置，該設計大大減小了熱損失，使得相應的制造維護費用大大降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明太陽能集熱器實施例結構設計截面示意圖。
[0026]圖2為說明圖1所示太陽集熱裝置的具體設計，其中:(a)各第2反射板截面圖；(b)安裝設計示意截面圖。
[0027]圖3為圖1所示太陽集熱裝置的光學效率及熱效率示意圖(采用玻璃管設計)。
[0028]圖4為圖1所示太陽集熱裝置的集熱管溫度和熱效率變化關系示意圖(采用玻璃管設計)。
[0029]圖5為本發(fā)明太陽能集熱裝置實施例中的集熱器2組并列安裝示意圖，其中:(a)截面圖；(b)斜視圖。
[0030]圖6為圖5所示太陽集熱裝置運行狀態(tài)下的斜視圖。
【具體實施方式】
[0031]以下部分結合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施例運行情況。
[0032]圖1至圖6顯示了本發(fā)明太陽能集熱裝置實施例的具體設計和運行情況。
[0033]如圖1所示，太陽集熱裝置10由真空透明管11、集熱管12和構成I組的第I反射板13及構成I組的第2反射板14組成。
[0034]真空透明管11由玻璃制作成圓筒形狀。真空透明管11內(nèi)部為真空狀態(tài)。
[0035]集熱管12為圓筒形狀，內(nèi)部流動工作介質(zhì)可以是水、油等。集熱管12內(nèi)部設置真空透明管11，真空透明管11沿著其長度方向設置。
[0036]各第I反射板13在真空透明管11的內(nèi)部，沿著集熱管12設置。各第I反射板13在與集熱管12的長度方向垂直的界面內(nèi)，沿著集熱管12的外圓周點E開始，左右對稱地以漸開線形狀伸展設置。各第I反射板13在集熱管12的相反一側的開口端緣A、D處結成直線，集熱管12的外圓周點E的相反一側連接設置成型。另外，各第I反射板13在各處開頭端緣A、D處入射的太陽光，直接或者經(jīng)第I反射板13反射之后到達集熱管12。
[0037]各第2反射板14在真空透明管11的內(nèi)部沿各第I反射板13的開頭端緣A、D各自連接成型。各第2反射板14設置為復合拋物面型反射鏡，與第I反射板13的入射端緣B、C之間取相對較大的間隔設置。各第2反射板14可以將從各入射端緣B、C入射的太陽光，以及來自各第1反射板13開頭端緣A、D處的光進行聚集。這樣，太陽集熱裝置10中，各第2反射板14的入射端緣B、C之間入射的太陽光可以直接或者經(jīng)過各第I反射板13及各第2反射板至少一次反射后到達集熱管12。
[0038]本實施例的太陽集熱裝置10采用了以下的具體參數(shù):首先，根據(jù)日本仙臺市(北緯38.254162°、東經(jīng)140.891403° )作為使用地設計。如圖2所示，仙臺市夏至日太陽高度為74.4664°，冬至日太陽高度為28.0169°。相應地，入射端緣B、C采用南向，各第2反射板14相應采用最適開口角度為Qi即23.22°，仰角為51.24°。
[0039]另外，集熱管12的直徑設置為15_，各第I反射板13的開頭端緣A、D連接直線的長度a’為47.1mm。另外，各第2反射板14為CPC型反射鏡，各第2反射板14的參數(shù)由下列式子(I) - (4)計算得到。
[0040]【系統(tǒng)參數(shù)I】
[0041]焦點距離:f=a'(1+sin θ ^(I)
[0042]開口部:
【權利要求】
1.一種太陽集熱裝置，包括: 內(nèi)部真空的真空透明管； 設置在所述真空透明管內(nèi)部、其內(nèi)流動有工作介質(zhì)的集熱管； 設置在所述真空透明管內(nèi)部、沿著所述集熱管布置的一對第I反射板，該一對第I反射板設置在與所述集熱管長度方向垂直的截面內(nèi)，且沿著所述集熱管左右對稱的漸開線狀伸展布置；和， 設置在所述真空透明管內(nèi)部、與各第I反射板位于集熱管相對側面的開口端緣相連接的一對第2反射板，該一對第2反射板呈復合拋物面狀； 從各第2反射板和各第I反射板的對側面入射端緣入射的太陽光直接或者經(jīng)第I反射板及第2反射板一次以上反射之后到達所述集熱管。
2.如權利要求1所述的太陽集熱裝置，其特征在于: 所述集熱管為圓筒形設置； 所述的一對第I反射板設置在與所述集熱管長度方向垂直的截面內(nèi)，從所述集熱管外圓周某一點開始各自左右延伸，連接這一對第I反射板的開口端緣的直線位于與所述集熱管外圓周所記點相對的一側，來自開口端緣的入射光直接或者經(jīng)各第I反射板反射后到達所述集熱管； 所述的一對第2反射板在入射端緣間隔設置較大，從入射端緣入射的太陽光經(jīng)各第I反射板的開口端緣聚光。
3.如權利要求1或2所述的太陽集熱裝置，其特征在于: 所述集熱管和各第I反射板及各第2反射板構成兩組集熱器； 該兩組集熱器在各入射端緣開口處相連接，并置設置于所述真空透明管內(nèi)部。
【文檔編號】F24J2/12GK103673320SQ201310409068
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權日:2012年9月10日
【發(fā)明者】圓山重直, 岡島淳之介, 張信榮 申請人:國立大學法人東北大學, 北京大學