本發(fā)明涉及太陽能集熱技術(shù)領(lǐng)域，包括吸熱器結(jié)構(gòu)、集熱器結(jié)構(gòu)、端部連接等內(nèi)容，具體是一種吸熱器內(nèi)置式太陽能集熱管。

背景技術(shù)：

根據(jù)太陽能集熱器溫度不同，太陽能集熱器可分為低溫太陽能集熱器，工作溫度80℃以下；中溫太陽能集熱器，工作溫度范圍為80～250℃；高溫集熱器，工作溫度在250℃以上。太陽能低溫集熱器可應(yīng)用于熱水、供暖等領(lǐng)域；太陽能中高溫集熱器可用于供暖、制冷、發(fā)電等領(lǐng)域。

集熱管作為太陽能集熱器的核心部件，其性能的高低直接影響著整個集熱器熱力性能的優(yōu)劣。目前已有的集熱管形式大多是由內(nèi)層吸熱管和外層玻璃管組成：內(nèi)層吸熱管外涂以選擇性吸收涂層，外側(cè)套以玻璃管，吸熱管和玻璃管間抽真空以減小熱損失，兩端密封連接。這種集熱管多為金屬-玻璃真空集熱管和全玻璃真空集熱管，可應(yīng)用于真空管太陽能集熱器、槽式太陽能集熱器等其它形式集熱器中。由于吸熱管和玻璃管間的環(huán)形空間抽真空處理，吸熱管和玻璃管間的對流熱損失可大幅降低，集熱管集熱效率較高。但吸熱管作為整個集熱器溫度最高的部件，雖然外表面涂有選擇性吸收涂層(高吸收率、低發(fā)射率)，吸熱管向外界的輻射熱損失依然較大。因此，降低吸熱管傳向外界的熱損失是改善整個集熱器熱力性能的一項關(guān)鍵措施。

另一方面，增強(qiáng)吸熱管向內(nèi)部傳熱工質(zhì)的傳熱過程也是改善集熱器熱力性能的一項關(guān)鍵措施。對于傳統(tǒng)集熱管，工作介質(zhì)在通道內(nèi)流動距離短、湍流強(qiáng)度低、與吸熱器的傳熱面積小等問題，使得工作介質(zhì)不能充分吸熱，集熱器的集熱效率有待提高。對于太陽能集熱器，如何降低吸熱管傳向外界的熱損失以及增強(qiáng)吸熱管向內(nèi)部工質(zhì)的傳熱過程仍需要進(jìn)一步地深入研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種吸熱器內(nèi)置式新型太陽能集熱管，解決現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)太陽能集熱管水流通道短、工質(zhì)湍流強(qiáng)度低、與吸熱器的傳熱面積小以及熱損失大的問題，可應(yīng)用于低、中、高溫太陽能集熱器中。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種吸熱器內(nèi)置式新型太陽能集熱管，包括吸熱器、黑漆涂層、傳熱介質(zhì)、內(nèi)層玻璃套管、外層玻璃套管、選擇性透過層等部分。吸熱器外側(cè)表面涂有黑漆涂層，用以吸收投射來的太陽輻射能。吸熱器置于傳熱介質(zhì)內(nèi)部，內(nèi)外兩側(cè)均有傳熱介質(zhì)，可增大傳熱介質(zhì)與吸熱器的傳熱面積。內(nèi)層玻璃套管與外層玻璃套管之間為狹小空氣層或抽真空，可有效減小吸熱器的對流熱損失。選擇性透過層設(shè)計在內(nèi)層玻璃套管外表面，具有高透射率、低發(fā)射率的特點，可有效降低內(nèi)層玻璃套管與外層玻璃套管之間的輻射熱損失。

所述傳熱介質(zhì)可為導(dǎo)熱油、水、醇溶液、融熔鹽等。

所述吸熱器可以為金屬管或金屬板，其剖面形狀可以為圓管型、平板型、V型、翼型等形狀，吸熱器表面形式可以為肋片式、波紋式、沖縫式等或以上所述形式的組合。所述吸熱器也可為多孔介質(zhì)，如泡沫金屬、泡沫陶瓷、碳纖維等。

所述吸熱器一方面可以吸收直射來的太陽光，另一方面也可以吸收由反射器或聚光器反射來的太陽光，從而加熱接收器內(nèi)外兩側(cè)的傳熱工質(zhì)，可應(yīng)用于太陽能非聚焦或線聚焦型集熱器。

所述集熱管可為直流式或U型管式，相鄰兩集熱管通過螺紋、法蘭或焊接等方式實現(xiàn)串聯(lián)或并聯(lián)連接。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明集熱管的吸熱器置于傳熱工質(zhì)內(nèi)部，是整個集熱管溫度最高的部件。吸熱器將熱量直接傳給內(nèi)外兩側(cè)的傳熱工質(zhì)，相較于傳統(tǒng)集熱器(圖1示)先將熱量由吸熱器外表面?zhèn)鬟f給吸熱器內(nèi)表面，再由吸熱器內(nèi)表面將熱量傳遞給內(nèi)部傳熱工質(zhì)，可增大吸熱器與傳熱介質(zhì)之間的傳熱溫差并增大傳熱面積。

2、吸熱器表面涂有黑漆涂層，用以吸收投射來的太陽能。吸熱器將熱量傳遞給傳熱介質(zhì)，傳熱介質(zhì)又將熱量傳遞給內(nèi)層玻璃套管，由于內(nèi)層玻璃套管的溫度低于吸熱器，由內(nèi)層玻璃套管傳向外界的熱損失相較于傳統(tǒng)集熱器可有效降低。

3、吸熱器剖面形狀(圖3示)可以做成多種符合光學(xué)原理有利于提高光學(xué)效率的形狀，如：圓管型、平板型、V型、翼型等形狀。吸熱器內(nèi)外表面形式(圖4示)可以做成多種有利于提高傳熱效率的形式，如：肋片式、波紋式、沖縫式等或以上所述形式的組合。吸熱器也可為多孔介質(zhì)，在吸收輻射面涂以黑漆涂層，用以提高材料的輻射吸收率；另外，多孔介質(zhì)的存在也可以增大吸熱器與傳熱介質(zhì)的傳熱面積，增加傳熱效率。

4、在內(nèi)層玻璃套管外表面設(shè)計選擇性透過層，選擇性透過層具有高透射率、低發(fā)射率的特點，可以有效降低內(nèi)層玻璃套管與外層玻璃套管之間的輻射熱損失。

5、內(nèi)層玻璃套管與外層玻璃套管之間為狹小空氣層或抽真空設(shè)計，有效減小內(nèi)層玻璃套管與外層玻璃套管之間的對流熱損失。此外，兩玻璃套管間做真空處理相較于傳統(tǒng)集熱管的金屬管與玻璃管間做真空處理，易于加工且可靠性高。

6、集熱管可設(shè)計為直通式或U型管式，通過支架連接件相連接，可以有效實現(xiàn)集熱管模塊化設(shè)計與組裝。

7、集熱管可應(yīng)用于非聚焦型集熱器(如平板型集熱器、真空管集熱器)或線聚焦型集熱器(如復(fù)合拋物面集熱器、槽式太陽能集熱器)等裝置中。在聚焦型集熱器中，吸熱器設(shè)于聚光器焦線位置處，雖然吸熱器面積相較于傳統(tǒng)集熱器有所減小，但接收的太陽輻射量并未降低。

本發(fā)明所述的太陽能集熱管具有集熱效率高、熱損失小、便于模塊化安裝等特點，可應(yīng)用于非聚焦型集熱器(如平板型集熱器、真空管集熱器)或線聚焦型集熱器(如復(fù)合拋物面集熱器、槽式太陽能集熱器)等裝置中，為太陽能集熱器進(jìn)一步大規(guī)模推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

附圖說明

圖1為一種典型的傳統(tǒng)集熱管示意圖；

圖2為本發(fā)明提出的吸熱器內(nèi)置式新型集熱管示意圖；

圖3是圖2所示的A-A剖面圖，并給出了吸熱器剖面可能的形狀舉例：(a)圓管；(b)平板；(c)V型；(d)翼型和(e)多孔介質(zhì)吸熱器；

圖4是吸熱器可能的表面形式舉例：(a)肋片式A-A剖面圖；(b)肋片式B-B剖面圖；(c)波紋式A-A剖面圖；(d)波紋式B-B剖面圖；(e)沖縫式A-A剖面圖；(f)沖縫式B-B剖面圖；

圖5是實施例集熱器可能的應(yīng)用形式：(a)平板型集熱器；(b)真空管集熱器；(c)復(fù)合拋物面集熱器；(d)槽形拋物面集熱器；

圖6為直流式集熱管的兩種可能連接形式示意圖；

圖7為U型集熱管的兩種可能連接形式示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖2所示，本發(fā)明的太陽能集熱管包括吸熱器1，吸熱器1外表面涂有黑漆涂層2，用以吸收投射來的太陽輻射能。吸熱器1內(nèi)外兩側(cè)均有傳熱介質(zhì)3，可增大傳熱介質(zhì)3與吸熱器1的傳熱面積。內(nèi)層玻璃套管4與外層玻璃套管5之間為狹小空氣層或抽真空，可有效減小內(nèi)層玻璃套管4與外層玻璃套管5間的對流熱損失。選擇性透過層6設(shè)計在內(nèi)層玻璃套管4外表面，具有高透射率、低發(fā)射率的特點，可有效降低內(nèi)層玻璃套管4與外層玻璃套管5間的輻射熱損失。

吸熱器1材質(zhì)為金屬，其截面形狀可采取圓管型(圖3a)、平板型(圖3b)、V型(圖3c)、翼型(圖3d)等形狀，以提高光學(xué)效率。吸熱器1內(nèi)外表明形式可設(shè)計為肋片式(圖4a、b)、波紋式(圖4c、d)、沖縫式(圖4e、f)等或以上所述形式的組合，以增強(qiáng)傳熱效率。吸熱器1也可為多孔介質(zhì)材料(圖3e)，如泡沫金屬、泡沫陶瓷、碳纖維等，為了提高材料的輻射吸收率，可在多孔介質(zhì)吸收輻射面涂以黑漆涂層2。

所述集熱管可應(yīng)用于非聚焦型集熱器，如平板型集熱器(圖5a)和真空管集熱器(圖5b)。平板型集熱器主要由吸熱器1、傳熱工質(zhì)3、外層玻璃套管5、透明玻璃蓋板7、反射器8、隔熱層9和外殼10等部件構(gòu)成。其中吸熱器1與外層玻璃套管5之間充滿傳熱工質(zhì)3，吸熱器1吸收太陽輻射能并向傳熱工質(zhì)3傳遞熱量。透明玻璃蓋板7可以透過大部分太陽光而不透過遠(yuǎn)紅外線，從而減少散熱量，提高吸熱器的溫度。反射器8可以接收太陽輻射并將其改變方向射到吸熱器1上。隔熱層9可以起到減少集熱器向周圍環(huán)境散熱，提高集熱器熱效率的作用。外殼10起到支撐和保護(hù)的作用。真空管集熱器主要由集熱管(圖2示)、透明玻璃蓋板7、反射器8、隔熱層9和外殼10等部件構(gòu)成。由于內(nèi)層玻璃套管4與外層玻璃套管5之間抽真空處理，這種集熱器的集熱效率較高，保溫性能好。

所述集熱管也可應(yīng)用于聚焦型集熱器，如復(fù)合拋物面集熱器(圖5c)和槽形拋物面集熱器(圖5d)。復(fù)合拋物面集熱器主要由集熱管(圖2示)、透明玻璃蓋板7、聚光器11、隔熱層9和外殼10等部件構(gòu)成。聚光器11將陽光聚集到吸熱器1上，從而提高吸熱器1表面的能流密度，進(jìn)而提高傳熱工質(zhì)3的溫度。復(fù)合拋物面聚光器是利用若干塊拋物面鏡組成的聚光器11匯聚太陽輻射的非成像集熱器，而槽形拋物面集熱器是通過一個具有拋物線橫截面的槽形聚光器11來匯聚太陽輻射的線聚焦集熱器。

直流式集熱器連接結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。圖6a示集熱器主要由集熱管(圖2示)、進(jìn)口集管12、出口集管13、保溫盒14等部件組成。集熱管的進(jìn)出口和進(jìn)出口集管12、13采用同程式連接，其中內(nèi)層玻璃套管4和外層玻璃套管5兩端環(huán)形熔封，與進(jìn)出口集管12、13相連，這種連接形式多應(yīng)用于圖5a～c所示集熱器。圖6b示集熱器主要由集熱管(圖2示)、端部連接件15等部件組成。相鄰集熱管可通過螺紋、法蘭或焊接等方式與端部連接件15相連，這種連接形式多應(yīng)用于圖5d所示集熱器。

U型集熱器連接結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。圖7a示集熱器主要由集熱管(圖2示)、進(jìn)口集管12、出口集管13、保溫盒14等部件組成。集熱管的進(jìn)出口和進(jìn)出口集管12、13采用同程式連接，其中吸熱器1與進(jìn)水集管12相連，內(nèi)層玻璃套管4與出水集管13相連，這種連接形式多應(yīng)用于圖5a～c所示集熱器。圖7b示集熱管(圖2示)和進(jìn)口集管12、出口集管13的連接形式同圖7a所述，這種連接形式多應(yīng)用于圖5d所示集熱器。

以上參照附圖和實施例，對本發(fā)明進(jìn)行了示意性描述，該描述沒有限制性。本領(lǐng)域的普通施工技術(shù)人員均能理解，在實際應(yīng)用中，本發(fā)明中各部件的設(shè)置方式均可能發(fā)生某些改變，而其他人員在其啟示下也可能做出相似設(shè)計。需要指出的是，只要不脫離本發(fā)明的設(shè)計宗旨，所有顯而易見的改變及其相似設(shè)計，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。