CN1760602A - 太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

太阳能集热器，涉及太阳能热利用技术，在支撑体上设置横截面呈凹弧状的聚光反射件，在聚光反射件上方布置至少两根表面设置太阳能吸热膜的金属管，在金属管内设有传热介质，所述聚光反射件的各横截面的形状、大小一致，金属管的轴向与聚光反射件的长度方向平行。本发明使会聚的阳光能量尽可能多，且传热介质的总量又尽可能少，因而，传热介质输出的温度便可大大提高，可以将输出温度提高到150℃～200℃，甚至200℃以上，为太阳能提供了其它领域的应用空间，如高温加热、制冷、海水淡化、热发电等。

Description

太阳能集热器

技术领域

本发明涉及太阳能热利用技术。

背景技术

太阳能集热器是一种太阳能热利用的应用产物。现有技术太阳能集热器，一类是管板式(又称平板式)集热器，输出温度不高，另一类是现在大量普及应用的真空管式集热器，虽然输出温度有所提高，但其稳定的输出温度很难超过100℃，一般限于加热100℃以下的介质，极大地影响了太阳能热利用的应用范围。

发明内容

本发明目的在于设计一种能较大地提高传热介质输出温度的太阳能集热器。

本发明在支撑体上设置横截面呈凹弧状的聚光反射件，在聚光反射件上方布置至少两根表面设置太阳能吸热膜的金属管，在金属管内设有传热介质，所述聚光反射件的各横截面的形状、大小一致，金属管的轴向与聚光反射件的长度方向平行。

本发明设置的聚光反射件，可以较大的聚光反射面采集较多的阳光能量，将阳光会聚至金属管表面，金属管表面接收到的能量传导至其内的传热介质。由于会聚的光斑有一定的大小，现有的构思是金属管直径设计大小与会聚的光斑大小相近，本发明的构思是设计比光斑小的若干根小直径的金属管，它们排成一定的位置关系，聚光反射面会聚的光线基本上会聚到这若干根金属管的表面，若干根小直径金属管的横截面面积总和只为一根较大直径金属管横截面积的若干分之一，即，若干根金属管内充填的传热介质总量可以减少为一根较粗直径的金属管内的介质总量的十几分一甚至几十分之一，以上设计方案达到的结果是：会聚的阳光能量尽可能多，且传热介质的总量又尽可能少，因而，传热介质输出的温度便可大大提高，可以将输出温度提高到150℃～200℃，甚至200℃以上，为太阳能提供了其它领域的应用空间，如高温加热、制冷、海水淡化、热发电等。

本发明的金属管至少三根，与两根小直径金属管相比，在捕捉聚光反射件会聚的光线效果相同的前提下，可以进一步减小金属管管径，使金属管的横截面面积总和进一步减小，三根及三根以上金属管可实现更为合理的空间布置方式，更好地捕捉聚光反射件会聚的光线。

本发明的金属管可以布置在聚光反射件的对称面上。

上述金属管至少五根，各横截面圆的排列组合呈圆环状。形成圆环状的外轮廓，各金属管表面可以接收阳光直射或聚光反射件反射的光线，呈圆环状排列的各金属管内充填的介质量较少，而现有技术金属管若与圆环状外轮廓尺寸相近，则需充满的介质量较多，有数倍甚至数十倍之多。本发明多根细管的圆环状排列与单根粗管相比，在吸热面不减的情况下，传热介质的数量可以大大减少，其输出温度则大大提高。

上述金属管至少五根，各横截面圆的排列组合呈“个”字形或倒“个”字形，其中，至少三根金属管的横截面圆的排列组合呈半圆弧状，该半圆弧的对称轴与聚光反射件横截面的对称轴重合，至少两根金属管的横截面圆布置在上述半圆弧所在的圆的一条直径上，该直径位于聚光反射件的横截面的对称轴上。呈“个”字形排列的情形，半圆弧状排列的金属管的朝阳面接收阳光的直射，背面接受聚光反射件的反射光线，光线中有一部分将会从半圆弧状排列的金属管的下部漏过，这些将漏过的反射光则由排列在半圆弧所在的圆的一条直径上的金属管先行捕获，与上述圆环状排列相比，由于不需在整个圆环上布置，可以用更少根数的金属管即可捕获大部分反射光线，因而各金属管内充填的传热介质总质量会更少，输出温度将达到更高。

为提高聚光效果，聚光反射件的凹弧状为左右对称的U形或ω形或复合弧线形；U形为抛物线形或为若干不同半径的圆弧段的组合；ω形由两段凹弧组成，两段凹弧在相对的内端相交，所述凹弧为多段不同半径的圆弧连接形成或为一抛物线和一圆弧组成，抛物线连接在圆弧的外端；复合弧线形由三段凹弧连接组成，相邻的凹弧相互连接，两侧的凹弧分别由多段不同半径的圆弧连接形成或分别由抛物线和圆弧线组成，圆弧线连接在抛物线的内端。

本发明的支撑体横截面的上侧呈U形或ω形或复合弧线形，聚光反射件为设置在支撑体上表面的反射面或反射膜。

也可以是：聚光反射件包括横截面的上侧呈U形或ω形或复合弧线形的反射板，反射板布置在支撑体上方，反射板表面设置反射面或反射膜。

为了减少金属管内部的热量向集热器上方散失，聚光反射件上方还设置透明保温管，所述金属管套置在透明保温管内，金属管的端部伸出透明保温管的端部。

上述透明保温管可以是一根，所述至少两根金属管布置在该透明保温管内。

上述透明保温管也可以为至少两根，在每根透明保温管内至少设置一根金属管。

本发明还可在金属管上方设置透明保温罩板。它也是减少金属管内部的热量向集热器上方散失的另一种可行方案。

本发明的太阳能集热器可以为管形集热器：

它包括至少两根表面设置太阳能吸热膜的金属管，在金属管的下方设置断面呈凹弧状的聚光反射件，支撑体为透明外管，所述至少两根金属管布置在该透明外管内，金属管的端部通过端盖连接在透明外管的端部，聚光反射件布置在透明外管内。

还可在透明外管内设置透明内管，聚光反射件布置在透明内管和透明外管之间，所述金属管布置在透明内管内。

可以将透明内管同心布置在透明外管内，也可以将透明内管与透明外管偏心布置。

为了解决金属管与不同材料的透明外管间的连接，至少可以有以下四种方案：

一、金属管的端部间隙式穿出并配合在端盖的通孔内，端盖的外圆与透明外管固定连接。

二、金属管的端部固定连接在端盖的通孔内并穿出通孔，端盖的外圆与透明外管的内壁间隙式穿出并相互配合。

三、金属管的端部固定连接在端盖的通孔内并穿出通孔，端盖的外缘依次通过波纹管、膨胀合金与透明外管连接，在透明外管与金属管之间设置真空腔。本方案对以玻璃材料制作的透明外管具有实际应用价值。

四、金属管的端部通过波纹管连接在端盖的通孔内，端盖的外缘与透明外管之间通过膨胀合金连接，在透明外管与金属管之间设置真空腔。本方案也是对以玻璃材料制作的透明外管具有实际应用价值，对比上一方案，可减少波纹管的管径。

本发明的金属管可以为两头通的直通管；也可以是每两根金属管在一端连接，形成一组U形管，同组U形管的端部布置在集热器的同一端。

上述U形管至少两组，不同组可呈同向布置，也可呈反向布置。这取决于实际应用时的供热输出需要或连接方便。

为增加受热面积，进一步减少金属管管径，金属管的外侧可以设置翅片，翅片表面设置太阳能吸热膜。

金属管也可以每两根组成一组同心套管，大套管的一端为盲端，小套管为直通管，两套管在大套管的盲端连通，所述太阳能吸热膜设置在大套管外表面。

金属管还可每两根组成一组同心套管，大套管为两头通的直通管，小套管为两头均封闭的盲管，小套管通过连接件支撑在大套管内，在大套管外设置太阳能吸热膜。

金属管还可以每三根组成一组同心套管，每组由大套管、中套管和小套管组成三只同心套管，大套管的一端为盲端，中套管两端与小套管两端分别在同一端部互相密封连接，小套管在大套管的盲端与大套管连通，在大套管外设置太阳能吸热膜。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为支撑体或反射板的另一种结构示意图；

图3为支撑体或反射板的第三种结构示意图；

图4为本发明的第二种结构示意图；

图5为本发明的第三种结构示意图；

图6为本发明的第四种结构示意图；

图7为本发明的第五种结构示意图；

图8为本发明的第六种结构示意图；

图9为本发明的第七种结构示意图；

图10为本发明的第八种结构示意图；

图11为本发明的第九种结构示意图；

图12为本发明的第十种结构示意图；

图13为本发明的第十一种结构示意图；

图14为本发明的第十二种结构示意图；

图15为本发明的第十三种结构示意图；

图16为本发明的第十四种结构示意图；

图17为本发明的第十五种结构示意图；

图18为本发明的第十六种结构示意图；

图19为同心套管的另一种结构示意图；

图20为同心套管的第三种结构示意图；

图21、22、23、24分别为金属管与透明外管的连接结构示意图；

图25为图24的A-A断面图；

图26为本发明的第十七种结构示意图。

具体实施例：

如图1所示，集热器设有四根表面设置太阳能吸热膜的金属管1，金属管1内设置传热介质，如水、油等，金属管1外设置金属翅片2，金属翅片2的表面设置太阳能吸热膜。四根金属管1和金属翅片2布置在一个透明的保温管3内。金属管1为两头通的直通管，两端分别穿出透明的保温管3的两个端部。

透明的保温管3的下方设置横截面的上侧呈凹弧状的聚光反射件4，本例中，聚光反射件4为反射面或反射膜，布置在上侧为U形的支撑体5的上表面，U形为对称的抛物线形，也可以为若干不同半径的圆弧段的对称组合，还可以为圆弧形。

支撑体5也可如图2所示，横截面的上侧为对称的ω形，ω形由两段凹弧组成，两段凹弧在相对的内端相交，所述凹弧为多段不同半径的圆弧连接形成，凹弧也可以由一抛物线和一圆弧组成，抛物线连接在圆弧的外端。

支撑体5还可以如图3所示，横截面的上侧为对称的复合弧线形，复合弧线形由三段凹弧连接组成，相邻的凹弧相互连接，两侧的凹弧分别由多段不同半径的圆弧连接形成或分别由抛物线和圆弧线组成，圆弧线连接在抛物线的内端。

如图4所示，支撑体5上布置一横截面的上侧呈对称的U形或ω形或复合弧线形的反射板6，反射板6上表面设置反射面或反射膜。在反射板6的对称轴上纵向布置六根透明保温管3，并在其左右两侧对称各布置两根透明保温管3，在每根透明保温管3内分别同轴布置一根外设金属翅片2的金属管1，在金属翅片2和金属管1外表面分别设置太阳能吸热膜。

上述U形为抛物线形或为若干不同半径的圆弧段的组合；ω形由两段凹弧组成，两段凹弧在相对的内端相交，所述凹弧为多段不同半径的圆弧连接形成或为一抛物线和一圆弧组成，抛物线连接在圆弧的外端；复合弧线形由三段凹弧连接组成，相邻的凹弧相互连接，两侧的凹弧分别由多段不同半径的圆弧连接形成或分别由抛物线和圆弧线组成，圆弧线连接在抛物线的内端。

反射板6也可如图2或3所示。

如图5所示，在金属管1上方设置断面呈弧形的透明保温罩板7，透明保温罩板7与支撑体5以及设置透明保温罩板7两端的侧板形成相对密封的空腔8，该空腔8可以是空气腔，也可设真空腔。

如图6所示，在密封腔8内布置透明保温管3，金属管1布置在透明保温管3内。

图7中，金属管1直接布置在密封腔8内。其中，金属管1每两根形成一组U形管，共形成五组U形管，五组U形管的端部可都布置在集热器的同一端，也可根据现场需要，分别布置在集热器的两端。还可在每根金属管1外设置金属翅片。

如图8所示，在聚光反射体4上布置十组金属管1，每组由十根金属管1组成，分别布置在等径的圆内。

如图9所示，在上例的基础上，还增加了一个透明保温管3。还可增加一个透明保温罩板。

如图10所示，在聚光反射体4上方布置十根等径的透明保温管3，在每根透明保温管3内分别设置十根金属管1。

如图11所示，在聚光反射体4上布置呈圆环形的金属管1。各金属管1横截面圆的排列组合形成圆环状。

如图12所示，各金属管1横截面圆的排列组合形成“个”字形，其中，十六根金属管1的横截面圆的排列组合呈半圆弧状，该半圆弧的对称轴与聚光反射件4横截面的对称轴重合，五根金属管1的横截面圆布置在上述半圆弧所在的圆的一条直径上，该直径位于聚光反射件1的横截面的对称轴上。

如图13所示，各金属管1横截面圆的排列组合形成倒“个”字形，其中，十六根金属管1的横截面圆的排列组合呈半圆弧状，该半圆弧的对称轴与聚光反射件4横截面的对称轴重合，五根金属管1的横截面圆布置在上述半圆弧所在的圆的一条直径上，该直径位于聚光反射件1的横截面的对称轴上。

如图14所示，本发明可以是管形集热器，支撑体为透明外管：在透明外管9内设置横截面呈凹弧状的聚光反射件4，八根表面设置太阳能吸热膜的金属管1布置在聚光反射件4的上方。

如图15所示，在聚光反射件4的上方布置八组表面设置太阳能吸热膜的金属管1，每组由八根金属管1组成。

如图16所示，在透明外管9内设置聚光反射件4，八根金属管1布置在聚光反射件4的上方，每根金属管1设置有金属翅片2，金属管1和金属翅片2表面分别设置太阳能吸热膜。

如图17所示，在聚光反射件4的上方纵向设置四组金属管，每组金属管由大套管10和小套管11组成，大套管10在一端为盲端，小套管11为直通管，两根组成一组同心套管，并在大套管10的盲端形成连通，在大套管10外表面设置太阳能吸热膜。

如图18所示，在透明外管9内设置聚光反射件4，在聚光反射件4的上方布置一根透明内管12，八根表面设置太阳能吸热膜的金属管1布置在透明内管12内。透明内管12如图所示偏心布置在透明外管9内，也可同心布置。

同心套管也可如图19所示，由大套管10、中套管13和小套管11组成三只同心套管，大套管10的一端为盲端，中套管13和小套管11在相同的两个端部分别通过两个环状端盖14、15密封连接，在大套管10外设置太阳能吸热膜。

同心套管还可如图20所示，每两根组成一组同心套管，大套管10为两头通的直通管，小套管11为两头均封闭的盲管，小套管11通过连接件支撑在大套管内10，小套管11在大套管10的盲端与大套管10连通，在大套管10外设置太阳能吸热膜。

为了解决金属管1与不同材料的透明外管9间的连接，至少可以有以下四利方案：

如图21所示，金属管1的端部间隙式配合在端盖16的通孔17内，端盖16的外圆与透明外管9固定连接。

如图22所示，金属管1的端部固定连接在端盖16的通孔17内，端盖16的外圆与透明外管9的内壁间隙式相互配合。

如图23所示，金属管1的端部分别通过波纹管18连接在端盖16的通孔17内，端盖16的外圆与透明外管9之间通过膨胀合金19连接，在透明外管9与金属管1之间设置真空腔20。本方案也是对以玻璃材料制作的透明外管9具有实际应用价值。

如图24、25所示，金属管1的端部分别固定连接在端盖16的通孔17内，端盖16的外圆与透明外管9之间通过波纹管18、膨胀合金19连接，在透明外管9与金属管1之间设置真空腔20。本方案对以玻璃材料制作的透明外管9具有实际应用价值。

如图26所示，六根金属管1呈“一”字形排列，布置在聚光反射件4的对称面上。

Claims (25)

1、太阳能集热器，包括支撑体，其特征在于在支撑体上设置横截面呈凹弧状的聚光反射件，在聚光反射件上方布置至少两根表面设置太阳能吸热膜的金属管，在金属管内设有传热介质，所述聚光反射件的各横截面的形状、大小一致，金属管的轴向与聚光反射件的长度方向平行。

2、根据权利要求1所述太阳能集热器，其特征在于所述金属管至少三根。

3、根据权利要求2所述太阳能集热器，其特征在于所述金属管布置在聚光反射件的对称面上。

4、根据权利要求2所述太阳能集热器，其特征在于所述金属管至少五根，各横截面圆的排列组合呈圆环状。

5、根据权利要求2所述太阳能集热器，其特征在于所述金属管至少五根，各横截面圆的排列组合呈“个”字形或倒“个”字形，其中，至少三根金属管的横截面圆的排列组合呈半圆弧状，该半圆弧的对称轴与聚光反射件横截面的对称轴重合，至少两根金属管的横截面圆布置在上述半圆弧所在的圆的一条直径上，该直径位于聚光反射件的横截面的对称轴上。

6、根据权利要求1或2或3或4或5所述太阳能集热器，其特征在于聚光反射件的凹弧状为左右对称的U形或ω形或复合弧线形；U形为抛物线形或为若干不同半径的圆弧段的组合；ω形由两段凹弧组成，两段凹弧在相对的内端相交，所述凹弧为多段不同半径的圆弧连接形成或为一抛物线和一圆弧组成，抛物线连接在圆弧的外端；复合弧线形由三段凹弧连接组成，相邻的凹弧相互连接，两侧的凹弧分别由多段不同半径的圆弧连接形成或分别由抛物线和圆弧线组成，圆弧线连接在抛物线的内端。

7、根据权利要求6所述太阳能集热器，其特征在于支撑体横截面的上侧呈U形或ω形或复合弧线形，聚光反射件为设置在支撑体上表面的反射面或反射膜。

8、根据权利要求6所述太阳能集热器，其特征在于聚光反射件包括横截面的上侧呈U形或ω形或复合弧线形的反射板，反射板布置在支撑体上方，反射板表面设置反射面或反射膜。

9、根据权利要求1或2或3或4或5所述太阳能集热器，其特征在于聚光反射件上方设置透明保温管，所述金属管套置在透明保温管内，金属管的端部伸出透明保温管的端部。

10、根据权利要求9所述太阳能集热器，其特征在于透明保温管为一根，所述金属管至少两根。

11、根据权利要求9所述太阳能集热器，其特征在于透明保温管至少两根，在每根透明保温管内至少设置一根金属管。

12、根据权利要求1或2或3或4或5所述太阳能集热器，其特征在于在金属管上方设置透明保温罩板。

13、根据权利要求1或2或3或4或5所述太阳能集热器，其特征在于所述支撑体为透明外管，所述至少两根金属管布置在该透明外管内，金属管的端部通过端盖连接在透明外管的端部，所述聚光反射件布置在透明外管内。

14、根据权利要求13所述太阳能集热器，其特征在于在透明外管内设置透明内管，聚光反射件布置在透明内管和透明外管之间，所述金属管布置在透明内管内。

15、根据权利要求13所述太阳能集热器，其特征在于金属管的端部间隙式穿出并配合在端盖的通孔内，端盖的外圆与透明外管固定连接。

16、根据权利要求13所述太阳能集热器，其特征在于金属管的端部固定连接在端盖的通孔内，端盖的外圆与透明外管的内壁间隙式穿出并相互配合。

17、根据权利要求13所述太阳能集热器，其特征在于金属管的端部固定连接在端盖的通孔内并穿出通孔，端盖的外缘依次通过波纹管、膨胀合金与透明外管连接，在透明外管与金属管之间设置真空腔。

18、根据权利要求13所述太阳能集热器，其特征在于金属管的端部通过波纹管连接在端盖的通孔内并穿出通孔，端盖的外缘与透明外管之间通过膨胀合金连接，在透明外管与金属管之间设置真空腔。

19、根据权利要求1或2或3或4或5所述太阳能集热器，其特征在于所述金属管为两头通的直通管。

20、根据权利要求1或2或3或4或5所述太阳能集热器，其特征在于所述金属管每两根在一端连接，形成一组U形管，同组U形管的端部布置在集热器的同一端。

21、根据权利要求20所述太阳能集热器，其特征在于所述U形管至少两组，不同组的U形管的端部呈同向或反向布置。

22、根据权利要求1或2或3或4或5所述太阳能集热器，其特征在于所述金属管的外侧设置翅片，翅片表面设置太阳能吸热膜。

23、根据权利要求1或2或3或4或5所述太阳能集热器，其特征在于所述金属管每两根组成一组同心套管，大套管的一端为盲端，小套管为直通管，两套管在大套管的盲端连通，所述太阳能吸热膜设置在大套管外表面。

24、根据权利要求1或2或3或4或5所述太阳能集热器，其特征在于所述金属管每两根组成一组同心套管，大套管为两头通的直通管，小套管为两头均封闭的盲管，小套管通过连接件支撑在大套管内，在大套管外设置太阳能吸热膜。

25、根据权利要求1或2或3或4或5所述太阳能集热器，其特征在于金属管每三根组成一组同心套管，每组由大套管、中套管和小套管组成三只同心套管，大套管的一端为盲端，中套管两端与小套管两端分别在同一端部互相密封连接，小套管在大套管的盲端与大套管连通，在大套管外设置太阳能吸热膜。

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