二维跟踪式聚焦太阳能集热器的制作方法

本发明涉及太阳能光热发电系统，特别涉及一种二维跟踪式聚焦太阳能集热器。

背景技术：

能源是社会发展，人类进步的基础。随着工业的发展不断壮大以及人类的需求日益扩大，能源形势日趋紧张，绿色能源被认为是从根本上解决人类能源需求的途径。

其中太阳能因其“储量”无限性，分布普遍性，清洁及经济性的特点而被认为是最具发展潜力的新能源之一。太阳能光热发电的特点是与电网适配性好，光电转换率高，环保可调等，因而成为太阳能利用的重要发展方向。

太阳能光热发电的关键是将太阳光能量积聚化，产生发电所需的温度和能量，因而太阳能光热发电系统的集热器部分成为整个系统的关键，它直接影响光热电转化效率和发电成本的经济性。

现有的太阳能热水集热器具有多种结构，一般可分为板式集热器、真空集热管和热管式真空集热器。板式集热器性价比较高，吸热换热界面处相对平缓，能量分布较均匀，整个界面不存在热点，整体换热较均匀，使用寿命较长，因此板式集热器在太阳能光热领域占据 重要的地位，但是板式集热器抗冻性能差，不适于北方地区使用。真空集热管可耐低温-30℃，但是玻璃管件的破损率较高，且低温效能较差，直流方式的真空集热管在夏季有爆管的危险。热管式真空集热器效能较好，但同样存在玻璃管易裂的危险，因此，目前尚未出现一种普适性的，性价比较高的太阳能集热器。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型的二维跟踪式聚焦太阳能集热器。具有良好的抗冻能力、更高的集热换热效果、更高的光热效率、更长的使用寿命和更低的制作成本。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种二维跟踪式聚焦太阳能集热器，该集热器包括：

壳体，所述壳体由透明材质制成；

流体流入管，所述流体流入管通过一膨胀节与所述壳体的一端连接；

流体流出管，所述流体流出管通过另一膨胀节与所述壳体的另一端连接；

多根集热管路，所述集热管路设置在所述壳体内并互相并联连接，各个所述集热管路的入口均与所述流体流入管流体连通，而各个所述集热管路的出口均与所述流体流出管流体连通；

吸热板，所述吸热板紧贴所述集热管路的表面，且所述吸热板的表面涂覆有选择性吸收涂层。

一实施例中，壳体的内部可抽真空，且每根集热管路垂直于所述 流体流入管和所述流体流出管布置。

另一实施例中，所述集热管路的背光面设有一层、两层或三层热辐射屏蔽层，该热辐射屏蔽层可为镀膜反射板。

另一实施例中，所述流体流入管和所述流体流出管可为金属管。

另一实施例中，所述集热管路可为金属管，且所述壳体可为玻璃。

另一实施例中，该热辐射屏蔽层可为铝板或镀铝不锈钢板，该热辐射屏蔽层可固定于流体流入管和流体流出管上。

另一实施例中，所述集热管路可平行等距排列。

优选地，所述集热管路的直径为5-10mm，且所述集热管的管壁厚度为0.3mm-0.7mm。

另一实施例中，所述膨胀节与所述壳体之间通过可伐连接。

另一实施例中，所述壳体内可填制蒸散型和/或非蒸散型吸气剂用以维持真空腔的真空度。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：平行并联的多根集热管和位于集热管上方的吸热板相结合，提高了集热器的集热换热效率。波浪形的吸热板增大了与集热管间的接触面积，使换热面温度分布均匀，降低系统管路热损耗及系统循环泵功耗。平行并联管路流阻小，可以通过循环加热解决温升小的问题，制造和保温工艺简单。真空腔体使得保温效果更好，使得集热器具备更佳的抗冻能力，解决了玻璃管真空封装问题，延长集热器的使用寿命。此外，金属制成的流体流入管和金属流体流出管，使得本发明的集热器结构更简单可靠，制造成本低。

附图说明

图1是本发明实施例的二维跟踪式聚焦太阳能集热器的正视结构示意图；

图2是本发明实施例的二维跟踪式聚焦太阳能集热器的侧视结构示意图；以及

图3是本发明实施例的二维跟踪式聚焦太阳能集热器的透视结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

参见图1～3，为该二维跟踪式聚焦太阳能集热器100的结构示意图。该二维跟踪式聚焦太阳能集热器100包括：壳体1、流体流入管2、多根集热管路3、流体流出管4、入口膨胀节5、出口膨胀节6、吸热板7以及屏蔽板8，其中流体流入管2通过入口膨胀节5与壳体1的一端连接而流体流出管4通过出口膨胀节6与壳体1的另一端连接。集热管路3设置在壳体1内并互相并联连接，且每根集热管路垂直于所述流体流入管和所述流体流出管布置。各个所述集热管路的入 口均与所述流体流入管2流体连通，而各个所述集热管路3的出口均与所述流体流出管4流体连通。吸热板7紧贴各集热管路3的表面，且吸热板7的表面涂覆有选择性吸收涂层。热辐射屏蔽层位于集热管路3的背光面。该实施例中，壳体1由透明材料制成。较佳地，壳体由玻璃制成，诸如硼硅玻璃。壳体的形状可以为圆筒形或椭圆柱形或任何其它适于更好地吸收太阳光的形状。较佳地，该壳体表面涂覆有增透膜，增透膜用于减少壳体表面太阳光损失，增大太阳光的入射能量。

流体流入管2和流体流出管4上均设有多个端口，分别用于与集热管的入口和出口连接。流体流入管2和流体流出管4为金属管，金属的导热性好，且由于其强度较高，因此在用作流体的流动通道的同时可用作集热管路、吸热板和/或热辐射屏蔽层的安装支架。可选的用来制作流体流入管和流体流出管的金属材料为铝、铁或钢等。用于制作流体流入管和流体流出管的材料可以相同也可以不同。流体流入管1经由膨胀节5以及可伐9与壳体1的一端连接。类似地，流体流出管4经由另一膨胀6以及另一可伐10与壳体1的另一端连接。

集热管路较佳地为金属管。集热管路之间平行等距布置。集热管路的数量可根据集热器的容量来设置。较佳地，所述集热管路的直径为5-10mm，较佳地为7-8mm。集热管的管壁厚度为0.3mm-0.7mm，较佳地为0.4-0.5mm。较佳地，壳体1的内部抽真空。

吸热板7设置在太阳能集热器的受光面。较佳地，吸热板7紧贴管路21的表面，并呈波浪形。波浪形吸热板形成平行槽式腔体，使得光线进入后形成光陷阱，从而达到更好的换热效果。吸热板7表面涂覆选择性吸收涂层(图未示)，用于吸收太阳能可见光谱，反射红 外光。热辐射屏蔽层8设置于集热器100的背光面，此时实例中，热辐射屏蔽层8为一层，此外，还可以设置两层、三层以上的屏蔽层。该热辐射屏蔽层8采用铝膜、铝板或镀膜不锈钢板。较佳地，热辐射屏蔽层紧贴于集热管的背光面并固定于流体流入管和流体流出管。热辐射屏蔽层8可大幅度降低黑体辐射热损失，提高集热器效率。较佳地，壳体1还设有真空抽嘴(图未示)，壳体1通过真空抽嘴抽真空，此外，还可以在壳体内填充蒸散型和/或非蒸散型吸气剂，以维持真空腔的真空度。真空具有较低的气体导热损失，增强了集热器的光热效率。

该平行并联集热管路3以n个直径为d的小管排列，替代传统(槽式热靶)直径为D＝nd的单管集热管。

首先，在总流量相同的情况下，流速提高了n倍，而换热系数h为：

$h_i=0.023\frac{\mathrm{\λ}}{d_i}{{\left(\frac{{\mathrm{\ρud}}_i}{\mathrm{\μ}}\right)}_m}^{0.8}{{\left(\frac{C_p\mathrm{\μ}}{\mathrm{\λ}}\right)}_m}^{0.4}$

若定义u为单管热靶的流速，单管换热系数(hiD)与排管热系数(hid)之比为：

$\frac{{h_i}^d}{{h_i}^D}=\frac{{\left({\mathrm{nu}}_i\right)}^{0.8}/d^{0.2}}{{\left(u_i\right)}^{0.8}/D^{0.2}}=n$

可见，在流速相同的情况下，排管热靶的油膜温差比单管热靶低(1/n)0.2＝1.37倍(设n＝5)，流量低n倍；管路管径可大幅降低，从而大幅度降低了系统管路热损耗及系统循环泵功耗。

此外，由于采用了波纹板吸热结构，排管热靶的等效辐射面积比传统单管热靶低3倍左右，大幅度降低了黑体辐射热损失。当聚焦比 小的情况下，排管热靶的这一优势对系统效率的影响尤其明显。

虽然其真空保温玻璃结构带来了额外的界面反射光损(引入了真空玻璃管透过率)，但却带来两大收益：1)由于真空条件允许采用选择性吸收镀膜，2)降低了强迫对流及自然对流散热损失，提高了系统的热稳定度，且易于维护。

进一步的，本发明采用选择性吸收涂层大大降低了辐射、强迫对流及自然对流热损失。在真空情况下，吸收镀膜可保持长期稳定无损，从而提高了系统的耐久性。

另外，通过采用金属流体流入管和金属流体流出管，使得本发明的集热器结构更简单可靠。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。