復(fù)合拋物面集熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種反射式集熱器裝置，尤其是一種基于線性菲涅爾反射式集熱器裝置，用于提升集熱器的效率，通過(guò)減少集熱器與外部環(huán)境的散熱實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的高效利用，提高能源的利用效率。
【背景技術(shù)】
[0002]全球性的環(huán)境惡化和能源危機(jī)已經(jīng)越來(lái)越引起全人類的普遍重視。目前就全國(guó)而言，急需發(fā)展低成本、使用方便的可再生能源利用技術(shù)，太陽(yáng)能不會(huì)污染環(huán)境，它是最清潔能源之一，在環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重的今天，這一點(diǎn)是極其寶貴的。
[0003]中國(guó)地域遼闊，太陽(yáng)能資源豐富，應(yīng)該大力推行太陽(yáng)能在日常生活中的使用。由于太陽(yáng)能比較分散，在太陽(yáng)能的熱利用的關(guān)鍵技術(shù)是將太陽(yáng)的輻射能集中起來(lái)，轉(zhuǎn)換為熱能。太陽(yáng)能集熱器是一種特殊的熱交換器，將分散的太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，并將其熱能傳遞給工質(zhì)。太陽(yáng)能集熱器是太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)中關(guān)鍵的部件，集熱器吸收入射太陽(yáng)輻射并轉(zhuǎn)化為熱能，所以集熱器的吸收太陽(yáng)輻射的能力直接決定太陽(yáng)能利用的效率。
[0004]太陽(yáng)能集熱器根據(jù)聚光能力分為非聚光集熱器和聚光集熱器兩種。由于單位面積接受太陽(yáng)輻射能量密度較低，非聚光集熱器很難達(dá)到較高的溫度，拋物面聚光器又需要復(fù)雜的跟蹤系統(tǒng)，價(jià)格昂貴。復(fù)合拋物面集熱器(CPC)是一種根據(jù)邊緣光學(xué)原理設(shè)計(jì)的非成像聚光器，只要光線入射角小于其設(shè)計(jì)值，則可全部反射到集熱管上，它可做為菲涅爾反射系統(tǒng)的接收器來(lái)吸收能量。因此復(fù)合拋物面集熱器(CPC)有著廣泛的應(yīng)用前景。目前的線性聚光太陽(yáng)能裝置采用的接收裝置多為直通式真空管式CPC反射聚光接收裝置，由于金屬接收管的外層包裹著一層或雙層真空玻璃套管，因此具有熱損失小，集熱效率高的優(yōu)點(diǎn)，然而其初始成本較高，真空管故障率較高，容易造成真空泄露。
[0005]因此，需要一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作運(yùn)行成本低，在不損失集熱器集熱能力的同時(shí)，易于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的新型復(fù)合型拋物面集熱器的裝置很有意義。在傳統(tǒng)真空管拋物面型集熱器的基礎(chǔ)上，去掉真空集熱管，免去了此類集熱管所導(dǎo)致的成本高，故障率高易泄露的缺點(diǎn)。在集熱器下部添加雙層玻璃隔板，把與外部環(huán)境的導(dǎo)熱與對(duì)流降低到最小，在與真空管型集熱器有異曲同工之妙的同時(shí)，大大降低了初始成本和故障率，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合拋物面型集熱器大規(guī)模使用的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種能有效降低運(yùn)行成本、易于大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的復(fù)合拋物面集熱器。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種復(fù)合拋物面集熱器，包括菲涅爾反射聚光鏡陣列、集熱器，所述菲涅爾反射聚光鏡陣列置于集熱器下面，所述集熱器的集熱部件為集熱管，集熱管外壁面上涂敷有吸收涂層，所述集熱管的上壁面由絕熱保護(hù)層和二次反射鏡面組成的復(fù)合拋物面構(gòu)成，集熱器的下壁面由雙層玻璃面構(gòu)成，集熱器的上、下壁面合圍成密閉的腔體，形成一層空氣墻。
[0008]所述雙層玻璃面由內(nèi)玻璃和外玻璃組成，所述外玻璃的厚度為5_-6_，內(nèi)玻璃的厚度為3_，所述內(nèi)玻璃與外玻璃之間間隙為9mm-12mm。
[0009]所述集熱管管徑為70-200mm。
[0010]所述二次反射鏡面呈復(fù)合拋物面型，二次反射鏡面與線性菲涅爾反射聚光鏡陣列
(I)配合設(shè)置。
[0011 ] 所述菲涅爾反射聚光陣列包括若干個(gè)平面或彎曲的長(zhǎng)條形光學(xué)鏡面，每個(gè)鏡面的寬度為 500-1000mm，長(zhǎng)度為 2000-5000mm。
[0012]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下有益效果:
1.太陽(yáng)能的有效吸收:在現(xiàn)有基于線性菲涅爾反射式集熱器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在CPC集熱器內(nèi)部增加一面高透玻璃，由于光路通過(guò)雙層玻璃的入射角度不會(huì)改變，增加玻璃對(duì)菲涅爾反射器的光路沒(méi)有影響，集熱器吸收的熱量并不受影響。
[0013]2.集熱器效率的提升:與傳統(tǒng)只有下部一層玻璃板CPC集熱器相比，集熱器雙層玻璃板中有一層不流動(dòng)的空氣層，極大的減少了外部自然對(duì)流引起的集熱腔內(nèi)溫度降低，由于雙層玻璃中靜止的空氣層存在，外部環(huán)境與CPC腔的換熱主要由導(dǎo)熱完成，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)很低，所以腔內(nèi)散熱顯著減少。散熱減少意味著更多能量被吸收，即提升了集熱器的效率。
[0014]3.本項(xiàng)目與有真空管CPC集熱器的對(duì)比:有真空外管的CPC集熱器相當(dāng)于在集熱管外部創(chuàng)造絕熱環(huán)境來(lái)減少散熱，而權(quán)利要求的集熱器增加玻璃板后，集熱腔內(nèi)部相當(dāng)于處于一個(gè)只有下表面有導(dǎo)熱的環(huán)境中，由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)很低，所以也可視為CPC腔內(nèi)部處于一個(gè)絕熱的狀態(tài)，與帶真空管的CPC集熱器原理相同，采用此方法將大大降低CPC集熱器的制作難度。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，雖然帶有真空外管的CPC集熱器保溫功能很好，但是由于有真空管CPC集熱器造價(jià)高昂且故障率高，大量投入使用耗資巨大，本發(fā)明對(duì)CPC集熱器進(jìn)行的改良，從而實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模使用的可能性。
[0015]4.通過(guò)數(shù)值模擬驗(yàn)證了該實(shí)施的可能性。模擬的模型為集熱管直徑D=ISOmm管長(zhǎng)L=5000mm的一段太陽(yáng)能集熱器模型，入口工質(zhì)溫度為300K，流經(jīng)時(shí)間設(shè)置為100s。模擬結(jié)果附圖2，由模擬結(jié)果可看出，有雙層玻璃面的集熱器腔內(nèi)空氣溫度顯著上升，比無(wú)雙層玻璃面的集熱器腔內(nèi)平均溫度高出20°C，出口平均溫度上升了約1.1°C。在集熱器下部接近玻璃表面的位置上，無(wú)雙層玻璃面的集熱器溫度大約為310°C，而有雙層玻璃面的集熱器溫度約為340°C。充分說(shuō)明雙層玻璃面有效的阻礙了外部環(huán)境與腔內(nèi)的對(duì)流換熱。提升了集熱器腔內(nèi)的保熱能力。若使用在工程中，管長(zhǎng)為數(shù)十?dāng)?shù)百米的情況下，集熱器的效率將得到明顯提升。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
圖2是本發(fā)明的模擬結(jié)果圖。
【具體