集热管内翅片高度变化的环路热管太阳能系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能领域，尤其涉及一种太阳能集热器系统。
【背景技术】
[0002]随着现代社会经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少、日益紧缺，造成价格的不断上涨，同时常规化石燃料造成的环境污染问题也愈加严重，这些都大大限制着社会的发展和人类生活质量的提高。能源问题已经成为当代世界的最突出的问题之一。因而寻求新的能源，特别是无污染的清洁能源已成为现在人们研宄的热点。
[0003]太阳能在吸热过程中，会产生局部过热加热不均匀的现象，造成局部过热，在集热管中过热沸腾，影响太阳能的吸收，同时减少了集热管的寿命，同时在吸热过程中，因为集热管的设置问题以及运行中使用问题，造成焦点的偏移，造成一部分太阳能没有充分利用，造成热量损失。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于提供一种新的太阳能集热器系统，从而有效的利用太阳能。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种环路热管太阳能集热器系统，包括太阳能集热器、水箱以及环路热管，其中环路热管的蒸发段是集热器，环路热管的冷凝段设置在水箱中；集热器吸收太阳能的热量，集热器中的水进行蒸发后进入环路热管的冷凝段，冷凝段进行放热，加热水箱中的水，冷凝段放热完成后再循环进入集热器中进行加热。
[0006]作为优选，太阳能集热器包括集热管、反射镜和集热板，相邻的两个集热管之间通过集热板连接，从而使多个集热管和相邻的集热板之间形成管板结构；所述两块管板结构之间形成一定的夹角，所述夹角方向与反射镜的圆弧线结构相对，反射镜的焦点位于管板结构形成的夹角之间。
[0007]作为优选，反射镜的焦点位于两块管板结构最低端连线的中点上。
[0008]作为优选，反射镜的圆弧线直径为R，每块管板结构的长度为R1，集热管的直径为R2，同一管板结构上相邻集热管的圆心的距离为L，两块管板之间的夹角为a，则满足如下公式:
[0009]Rl/R = c*sin(a/2)b，
[0010]0.18〈R2/L〈0.34，
[0011]其中c，b 为系数，0.39〈c〈0.41，0.020〈b〈0.035 ；
[0012]0.38〈R1/R〈0.41，80° < = a< = 150°，450mm〈Rl〈750mm, 1100mm〈R〈1800mm，
[0013]90mm〈L〈150mm，20mm〈 = R2〈50mmo
[0014]作为优选，c= 0.4002，b = 0.0275。
[0015]作为优选，随着夹角a的增加，C、b的系数逐渐变大。
[0016]一种环路热管太阳能集热器系统，包括太阳能集热器、水箱以及环路热管，其中环路热管的蒸发段是集热器，环路热管的冷凝段设置在水箱中；所述系统还包括集热管、反射镜和集热板，相邻的两个集热管之间通过集热板连接，从而使多个集热管和相邻的集热板之间形成管板结构；管板结构表面涂敷吸热层，所述吸热层从管板结构内向外依次包括过渡层、红外反射涂层、吸热涂层、减反射涂层和保护层，其中过渡层、红外反射涂层、吸热涂层、减反射涂层和保护层的厚度的分别是0.03um、0.23um、0.77um、0.15um、0.12um ;所述过渡层是通过中频反应磁控溅射方法沉积金属Al、Si与N形成的化合物的过渡层；所述红外反射涂层从内向外为W、Cr、Ag三层，三层的厚度比例为9:4:7 ;吸热涂层从内向外依次包括0、他、21'、他队0203五层，五层的厚度比例为9:7:4:4:5 ;减反射涂层从内向外依次是A1N、T12' Nb2O5'Al2O3'和Si3N4五层，其中五层的厚度比例为3:6:8:9:2 ;保护层的成分与过渡层相同。
[0017]一种环路热管太阳能集热器系统，包括太阳能集热器、水箱以及环路热管，其中环路热管的蒸发段是集热器，环路热管的冷凝段设置在水箱中；所述系统还包括集热管、反射镜和集热板，相邻的两个集热管之间通过集热板连接，从而使多个集热管和相邻的集热板之间形成管板结构；集热器的集热管的材料为铜铝合金，所述铜铝合金的组分的质量百分比如下:3.9% Cr, 3.6% Ag，2.6% Mn，3.25% Zr, 2.3% Ce，1.5% Ti，2.36% Si，其余为 Cu、Al，Cu, Al 的比例为 3.23:2.18。
[0018]与现有技术相比较，本发明具有如下的优点:
[0019]I)采用环路热管，并将集热器作为环路热管的蒸发段，有效的利用了太阳能。
[0020]2)使得太阳能集热板吸热均匀，避免局部过热。
[0021]3)避免了因为焦点偏移造成的太阳能热量损失，加大了太阳能的吸收力度，提高了吸收率；
[0022]4)本发明通过多次试验，得到一个最优的太阳能集热器优化结果，并且通过试验进行了验证，从而证明了结果的准确性。
[0023]5)本发明对吸热层的材料和厚度进行精心的选择和实验，已达到最好的吸热的技术效果。
【附图说明】
[0024]图1是环路热管太阳能集热器的示意图
[0025]图2是太阳能集热器系统的截面示意图
[0026]图3是太阳能集热管的结构截面示意图
[0027]图4是太阳能集热器系统的截面示意图
[0028]图5是集热管的顶部示意图
[0029]图6是环路热管太阳能集热器的另一示意图
[0030]附图标记如下:
[0031]I反射镜，2集热管，3集热板，4集箱，5集箱，6集热器入水管，7集热器出口管，8集热器，9水箱
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0033]一种环路热管式的太阳能集热器系统，如图1所示，包括太阳能集热器8和水箱9以及环路热管，其中环路热管的蒸发段是集热器8中，环路热管的冷凝段设置在水箱9中；集热器8吸收太阳能的热量，集热器中的水进行蒸发后进入环路热管的冷凝段，冷凝段进行放热，加热水箱中的水，冷凝段放热完成后再循环进入集热器中进行加热。
[0034]图2展示了集热器8的具体结构，如图2所示，集热器，包括集热管2、反射镜I和集热板3，相邻的两个集热管2之间通过集热板3连接，从而使多个集热管2和相邻的集热板3之间形成管板结构；所述太阳能集热器系统包括两块管板结构，所述两块管板结构之间形成一定的夹角a，如图2所示，所述夹角方向与反射镜的圆弧线结构弯曲的方向相对，反射镜I的焦点D位于管板结构形成的夹角a之间。
[0035]传统的集热器都是将集热管直接设置在焦点上，一旦位置发生偏移，则热量就不会集热到集热管中，通过上述结构，太阳光照射在反射镜1，通过反射镜I反射到管板结构，将热量集热到管板结构中的集热管2中。通过这种结构，即使因为安装或者运行问题导致管板结构位置发生改变，则太阳能依然会集热到集热管2中，从而避免热量损失；同时因为传统的集热器都是将集热管直接设置在焦点上，造成集热管局部过热，造成集热管局部损失过大，寿命过短，甚至造成集热管内部过热，产生过热蒸汽，充满整个集热管，造成集热管内部压力过大，损坏集热管，而采取本申请的结构，既可以将热量充分的吸收，又可以将热量相对的分散，避免热量过于集中，使得整体集热管吸热均匀，延长集热管的使用寿命。
[0036]作为一个优选，反射镜I的焦点D位于两块管板结构最低端连线的中点上。通过上述设置，可以保证最大程度上吸收太阳能，避免太阳能因为焦点偏移而损失，同时还能保证板状结构尽量可能减少遮挡的照射在反射镜I上的阳光。通过实验证明，采用上述结构，太阳能吸收的效果最好。
[0037]在实践中发现，集热管2的管径不能过大，如果管径过大，则集热管2中的水不能进行充分的加热，导致加热效果很差，反之管径过小，则集热管中的水会过热，同理，对于集热管2之间的距离也满足要求，如果集热管2之间的距离过大，则集热管2中的水的体积过小，会导致水过热，同样，如果集热管2之间的距离过小，则集热管分布太密，造成集热管2内的水无法达到预定的问题，或者必须需要更多的额外的辅助加热工具；对于管板结构的长度，也满足一定要求，如果管板结构太长，则会遮挡住过多的照射到反射镜I的阳光，造成集热器吸收阳光的热量减少，造成达到理想的加热情况，如果管板结构的长度过小，则造成过多的太阳能集热到小面积的集热管上，造成集热管受热集中，而且还会造成一部分集热的太阳能直接没有集热到集热管中，而是直接反射到外部；对于夹角a，同样的原理，如果夹角过大，则在反射镜上部展开对面积过大，则会遮挡住过多的照射到反射镜I的阳光，如果夹角面积过小，则会出现一部分集热的太阳能直接没有集热到集热管中，而是直接反射到外部，造成热量的损失。因此对于管板结构的长度、集热管内径、集热管之间的距离、管板结构之间的夹角、圆弧线半径满足如下关系:
[0038]反射镜的圆弧线半径为R，每块管板结构的长度为R1，集热管的半径为R2，同一管板结构上相邻集热管的圆心的距离为L，两块管板之间的夹角为a，则满足如下公式:
[0039]Rl/R = c*sin(a/2)b，
[0040]0.18〈R2/L〈0.34，
[0041]其中c，b 为系数，0.39〈c〈0.41，0.020〈b〈0.035 ；
[0042]0.38〈R1/R〈0.41，80°〈 = A〈 = 150°，450mm〈Rl〈750mm, 1100mm〈R〈1800mm，
[0043]90mm〈L〈150mm，20mm< = R2〈50mmo
[0044]作为优选，c= 0.4002，b = 0.0275。
[0045]作为优选，随着夹角a的增加，c、b的系数逐渐变大。这样更加满足实际工作的需要。
[0046]作为优选，管板结构的下壁面(与反射镜I相对的面)上设置用于强化传热的凸起，以加强对太阳能的吸收。沿着管板结构的中部(即最高位置)向两边最低位置(即图1集热管A向B、C方向)延伸方向上，集热管的下壁面的凸起高度越来越高。在实验中发现，从中部向两侧延伸，吸热量逐渐升高，通过分析主要原因是因为有管板结构的阻挡，导致中部受热最少，而从中部向两边延伸，吸收热量逐渐升高。通过凸起高度的不断的升高，可以使得整个集热管中水的受热均匀，避免两侧温度过高而中间温度过低。这样也可以避免中间的集热管的材料长期在高温下容易损坏，可以保持整个集热管的温度均匀，延长使用寿命O
[0047]作为优选，沿着两块管板结构的连接位置(即管板结构的中部)向两边(即图1集热管A向B、C方向)延伸，集热管的下壁面的凸起密度越来越高。主要原因是中部受热最少，而从中部向两边延伸，吸收热量逐渐升高。通过凸起密度的不断的升高，可以使得整个集热管中水的受热均匀，避免中间温度过低而两侧温度过高。这样也可以避免中间的集热管的材料长期在高温下容易损坏，可以保持整个集热管的温度均匀，延长使用寿命。
[0048]作为优选，集热管2的内壁可以设置翅片，例如可以设置直翅片或者螺旋翅片，不同集热管的内的翅片高度不同，沿着两块管板结构的连接位置(即管板结构