专利名称：太阳能聚光集热片的制作方法
专利说明太阳能聚光集热片 技术领域：
本发明涉及太阳能收集利用技术，特别是涉及一种低成本、高效率地将太阳能转化成热能的太阳能聚光集热片。
背景技术：
众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，但人们尚未能大规模利用的重要能源。随着煤、石油、天然气等化石能源的减少及价格的不断上涨，人类直接从太阳能中获取能量已变得越来越重要。目前已有各种各样的太阳能利用设备被使用，如光电转换及光热转换设备等。普通的光热转换设备典型的是在多根玻璃管中各装有一根涂有吸光并转换为热能的集热管，其缺点显而易见，由于照射在集热管上的单位面积上光能量密度较小，因此其集热效率低，且太阳能利用成本较高；还由于其散热面大，因此不能获得较高的温度。
发明内容
本发明旨在解决普通太阳能集热设备的缺陷，而提供一种利用光的多次镜面反射、全反射而高密度聚集光线，光热转换效率高，成本低，安装使用及维护方便，并可通过阵列组合获取较大功率的太阳能聚光集热片。
为实现上述目的，本发明提供一种太阳能聚光集热片，该太阳能聚光集热片有一个透明材料制成的横截面为V形的条状体，该条状体由两个对称的向下倾斜的透光面和两个位于透光面下部的两个对称的斜面构成，所述斜面镀为反射镜面，在该条状体内部沿长度方向设有一个从条状体一端贯通至另一端的空腔，空腔的两端设有密封端盖，空腔与其两端的端盖围成一个内部中空的密闭的集光室，在集光室内沿长度方向设有一根集热管，集热管的两端设有与端盖密封固定并将热量引出的导管。
两个透光面与两个斜面间的夹角α1须满足其中n为条状体透明材料相对于空气的折射率，α2为透光面(13、14)和与其相对的连接两端线间所形成的平面间的夹角。
所述空腔边界应满足
集热管由高导热金属材料制成，其外表面涂有高吸光的光热转换材料。
集热管与集光室之间具有间隙。
条状体的两斜面之间由一曲面或平面过渡，该曲面或平面镀为反射镜面，所述两个透光面之间由一透光的曲面或平面过渡。
所述条状体的长度方向的两端面镀为反射镜面。
经透光面进入条状体的光线经折射和多次反射、全反射聚集到集光室。
多片太阳能聚光集热片可组合成大面积阵列。
本发明的贡献在于，由于该太阳能聚光集热片呈片状，尺寸很薄，因此体积小，制作成本低。还由于其独特的阳光聚集结构，而大大提高了照在集热管上的光密度，因此能较大幅度地提高光热转换效率以及集热管平衡时的温度(即可以获得的最高温度)。它还具有结构工艺简单可靠，材料易得，可以大批量、模块化生产等特点。且由于它的类板状结构以及不需跟踪太阳的特性使得它可以方便地排成大面积板阵，实现较大功率输出，同时安装维护简单。
图1是本发明的结构示意图，其中，图1A为立体示意图，图1B为平面示意图，图1C为端面示意图，图1D为垂直于条状体透光面的剖视图，图1E为沿条状体对称面的剖视图。
图2是本发明的聚光原理图。
图3是本发明的实施例的聚光光路图。
具体实施方式
下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。
参阅图1，本发明的太阳能聚光集热片有一个条状体10，它由玻璃、有机玻璃、透明树脂等透明材料制成，优选折射率高的玻璃材料或透明树脂，其长度可以根据实际需要而确定。更具体地说，如图1A～图1E所示，该条状体10两个对称的向下倾斜的透光面13、14和两个位于透光面13、14下部的两个对称的斜面11、12构成，其中的两个对称斜面11、12上镀有反光材料而形成反射镜面。所述条状体10的斜面11与斜面12之间由一曲面16过渡，该曲面16镀为反射镜面。所述透光面13与透光面14之间由一透光的平面17过渡。条状体10的长度方向的两端面也镀为反射镜面。在该条状体10内部沿长度方向设有一个从条状体一端贯通至另一端的空腔15，如图1D，该空腔的横截面为倒三角形，其底部由圆弧面过渡。在空腔15的两端设有密封端盖20，该密封端盖用透明或非透明的低导热材料，如工程塑料或有机塑料制成，它与条状体10的端面密封粘接固定。空腔15与其两端的端盖20围成一个内部中空的密闭的集光室30，最好将集光室内抽真空。在集光室30内沿长度方向设有一根集热管40，该集热管是由导热性能好的金属管，如铝管、铜管、银管等，其中优选铝管，其横截面可以是三角形、圆形、椭圆形，优选三角形和圆形。更具体地，图1A、图1C、图1D中，在集热管40外壁上间隔地设有两条轴向的翼状集热片42，它由导热性能好的金属板材，如铝材、铜材、银材等，其中优选铝板，该集热管和其上的集热片用于收集由各个方向进入集光室内的太阳光。集热管40与集热片42由高导热金属材料制成，其外表面涂有高吸光的光热转换材料，如炭黑。图1E中，在集热管40的两端各设有一根导管41，集热管40通过该导管与条状体相连接，导管41则与集光室30的端盖20密封固定，用于将热量引出。所述集热管40与集光室30具有间隙。
如图2、图3所示，条状体10的透光面13与斜面11和透光面14与斜面12间的夹角α1须满足其中n为条状体透明材料相对于空气的折射率，α2为透光面(13、14)和与其相对的连接两端线间所形成的平面间的夹角。本例中，条状体由n≥1.55的玻璃制成，α1＝18°，α2＝9°。
须指出的是，条状体10的透光面13、14和与其相对的连接两端线间所形成的平面与端面的交线A安装使用时最好与太阳光线垂直，使该太阳能聚光集热片无需跟踪太阳光线方向的变化，同时能捕获最多的太阳光。
本发明的工作原理可以结合图2加以说明，按照的条件，当光线垂直于与透光面13、14相对的连接两端线间所形成的平面时，光线与透光面13、14呈一定角度进入透光面13、14，经折射到达反射面11、12，经偏转角度反射至透光面13、14，此时入射角在透光面发生全反射，这样光在两个面之间来回反射向集光室30运动，最后在空腔15边界上满足
并透射到集热管40、集热片42而被吸收转换成热能。由此可知，经透光面13、14进入条状体10的光线是经折射和多次反射、全反射而聚集到集光室30的，它使得本太阳能聚光集热片的体积可以做得很小。
若光线倾斜于与透光面13、14相对的连接两端线间所形成的平面射入时，光线经反射面11、12反射回透光面13、14时的入射角更大，形成全反射，光线成空间折线向光室集中，因此本太阳能聚光集热片不需要跟踪太阳变化。另外，结合图2，并经计算可知，本发明可以把透光面13、14上接收到70％～90％的散射光聚集到集光室30转换成热能。
此外，本发明的太阳能聚光集热片的宽度与高度之比取决于材料的折射率，根据普通玻璃及有机玻璃的折射率经计算可知，其宽度可以是高度的5～8倍，因而近似于薄片状。
很显然，本发明的太阳能聚光集热片可组合使用，多片太阳能聚光集热片100可组合成大面积阵列的太阳能光热转换装置。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。
权利要求
1、一种太阳能聚光集热片，其特征在于，它有一个透明材料制成的横截面为V形的条状体(10)，该条状体由两个对称的向下倾斜的透光面(13、14)和两个位于透光面(13、14)下部的两个对称的斜面(11、12)构成，所述斜面(11、12)镀为反射镜面，在该条状体(10)内部沿长度方向设有一个从条状体一端贯通至另一端的空腔(15)，空腔(15)的两端设有密封端盖(20)，空腔(15)与其两端的端盖(20)围成一个内部中空的密闭的集光室(30)，在集光室内沿长度方向设有一根集热管(40)，集热管(40)的两端设有与端盖(20)密封固定并将热量引出的导管(41)。
2、如权利要求1所述的太阳能聚光集热片，其特征在于，所述透光面(13)与斜面(11)和透光面(14)与斜面(12)间的夹角α1须满足其中n为条状体透明材料相对于空气的折射率，α2为透光面(13、14)和与其相对的连接两端线间所形成的平面间的夹角。
3、如权利要求1所述的太阳能聚光集热片，其特征在于，所述空腔(15)边界应满足到达边界上的光线的入射角
4、如权利要求1所述的太阳能聚光集热片，其特征在于，所述集热管(40)上由高导热金属材料制成，其外表面涂有高吸光的光热转换材料。
5、如权利要求1所述的太阳能聚光集热片，其特征在于，所述集热管(40)与集光室(30)之间具有间隙。
6、如权利要求1所述的太阳能聚光集热片，其特征在于，所述条状体(10)的斜面(11)与斜面(12)之间由一曲面或平面(16)过渡，该曲面或平面(16)镀为反射镜面；所述透光面(13)与透光面(14)之间由一透光的曲面或平面(17)过渡。
7、如权利要求1所述的太阳能聚光集热片，其特征在于，所述条状体(10)的长度方向的两端面镀为反射镜面。
8、如权利要求1所述的太阳能聚光集热片，其特征在于，经透光面(13、14)进入条状体(10)的光线经折射和多次反射、全反射聚集到集光室(30)。
9、如权利要求1所述的太阳能聚光集热片，其特征在于，多片太阳能聚光集热片(100)可组合成大面积阵列。
全文摘要
一种太阳能聚光集热片，该太阳能聚光集热片有一个透明材料制成的横截面为V形的条状体，该条状体由对称或基本对称的两个向下倾斜的透光面和两个位于透光面下部的对称或基本对称的两个斜面构成，所述斜面镀为反射镜面，在该条状体内部沿长度方向设有一个从条状体一端贯通至另一端的空腔，空腔的两端设有密封端盖，空腔与其两端的端盖围成一个内部中空的密闭的集光室，在集光室内沿长度方向设有一根集热管，集热管的两端设有与端盖密封固定和将热量引出的导管。本发明充分利用光的镜面反射、全反射原理而高密度聚集光线，因此光热转换效率高，成本低，安装使用及维护方便。
文档编号F24J2/10GK101338946SQ20081021020
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月8日 优先权日2008年8月1日
发明者肖立峰 申请人:肖立峰