一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管，包括圆形金属腔体和螺旋式金属吸收管，其中圆形金属腔体不封闭，留有一定的间隙作为光线入射口，由超白玻璃密封。太阳光线由聚光抛物镜反射，经过光线入射口进入圆形金属腔体内，其中部分光线直接照射在螺旋式金属吸收管上，其余光线由圆形金属腔体内表面一次或多次反射后由螺旋式金属吸收管接受。本发明适用于聚光式太阳能集热，圆形金属腔体强度高，自重轻，整体刚性好，螺旋式金属吸收管可以承受高温高压，在有限的空间内螺旋形的结构可以容纳更长的管路，相比直管传热效果更好。
【专利说明】一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能集热管，具体地说是一种槽式集热系统中的中高温腔体式集热管。
【背景技术】
[0002]槽式聚焦太阳能集热管作为中高温集热管的一种，能够获得较高的集热温度，可用于发电、制冷空调、采暖、海水淡化等生产和生活领域。目前，传统槽式太阳能集热管主要采用的是金属-玻璃结构虽然高真空夹层大大减少了热损失，但是同时存在着金属与玻璃的封接出长期工作后漏气的问题，从而降低了整个槽式太阳能系统的工作效率和系统的稳定性，而且这种结构的集热管工艺复杂，成本高。采用以黑腔原理为基础的腔体吸收器可以有效的避免上述问题，提高系统运行的可靠性，降低研究和生产的难度和成本。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决上述问题，提出一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管。
[0004]本发明所采用的技术方案如下:
[0005]一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管，包括圆形金属腔体和螺旋式金属吸收管，所述螺旋式金属吸收管位于圆形金属腔体内，但不与圆形金属腔体内壁接触；所述圆形金属腔体设有开口，作为光线入射口 ；所述光线入射口的中点，圆形金属腔体的圆心和聚光抛物镜的焦点在一条直线上；所述光线入射口由超白玻璃密封；所述圆形金属腔体外表面包裹一层的保温层，所述圆形金属腔体内表面镀有高反射率的反射膜。
[0006]前述的反射膜为银反射膜。
[0007]前述的保温层的厚度为8mm。
[0008]前述的螺旋式金属吸收管的外壁距离圆形金属腔体内壁面的最短距离为2?3mm ο
[0009]前述的螺旋式金属吸收管的外壁距离超白玻璃内壁面的最短距离为2?3mm。
[0010]前述的螺旋式金属吸收管内装有吸热工质，所述螺旋式金属吸收管外表面镀有选择性涂层。
[0011]前述的圆形金属腔体和聚光抛物镜的位置关系由以下方式确定:
[0012]聚光抛物镜的方程为:y2 = 4fx,
[0013]圆形金属腔体的方程为:(x-f-L)2+y2 = R2
[0014]其中，X，y为坐标轴，R为圆形金属腔体的内径，f为聚光抛物镜的焦距，L为聚光抛物镜的焦点与圆形金属腔体的圆心之间的距离，I为螺旋式金属吸收管的外壁与圆形金属腔体内壁之间的最短距离。
[0015]前述的光线入射口开口宽度由以下方式确定:
[0016]光线入射口开口宽度S为:S = 1.5B(f-D)/f
[0017]其中，B为聚光抛物镜开口宽度，D为光线入射口中心与坐标轴原点O之间的距离。
[0018]本发明的优点在于:
[0019](I)克服了传统真空管对于真空的苛刻要求，结构简单，大量降低了制造成本；
[0020](2)不用考虑金属封接的问题，大大提高了系统的稳定性；
[0021](3)利用黑腔原理，吸收率高；
[0022](4)圆形金属腔体强度高，自重轻，整体刚性好，并且开模简单，安装方便，维护方便，有利于批量化生产；
[0023](5)本发明适用于聚光式太阳能集热，螺旋式金属吸收管可以承受高温高压，在有限的空间内螺旋形的结构可以容纳更长的管路，相比直管传热效果更好，并且螺旋式金属吸收管在接受太阳辐照过程中可以较均匀的受热，避免集热管在工作工程中热应力集中，导致集热管弯曲变形。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明槽式太阳能腔体式集热管结构示意图；
[0025]图2为槽式太阳能腔体式集热管剖视图；
[0026]图3为本发明的螺旋式金属吸收管，圆形金属腔体和聚光抛物镜的位置关系图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0028]本发明的用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管，如图1和图2所示，包括螺旋式金属吸收管1、圆形金属腔体2、反射膜3、保温层4和超白玻璃5。
[0029]其中圆形金属腔体2不封闭，留有一定的开口作为光线入射口，光线入射口处采用超白玻璃5密封。光线入射口的中点，聚光抛物镜的焦点和圆形金属腔体的圆心在一条直线上。聚光抛物镜用于将平行的太阳光线聚焦，使光线通过光线入射口进入圆形金属腔体。螺旋式金属吸收管I位于圆形金属腔体2内，并且螺旋式金属吸收管I的位置尽量靠近圆形金属腔体2的内壁面和超白玻璃内壁面，但不接触，用来接收从聚光抛物镜6反射进圆形金属腔体2内的光线。本发明中取螺旋式金属吸收管I的外壁距离圆形金属腔体2内壁面和超白玻璃5内壁面的距离为2?3mm。
[0030]本发明的集热管的螺旋式金属吸收管1，圆形金属腔体2和聚光抛物镜6的位置关系如图3所示，由以下方式确定:
[0031]聚光抛物镜的方程为'f = 4fx,
[0032]圆形金属腔体的方程为:(x-f-L) 2+y2 = R2
[0033]其中，x，y为坐标轴，R为圆形金属腔体的内径，f为聚光抛物镜的焦距，L为聚光抛物镜的焦点与圆形金属腔体的圆心之间的距离，本发明中取L = 0.SR，I为螺旋式金属吸收管的外壁与圆形金属腔体内壁之间的最短距离。
[0034]本发明的光线入射口开口宽度如图3所示，由以下方式确定:
[0035]光线入射口开口宽度S为:S = 1.5B(f-D)/f
[0036]其中，B为聚光抛物镜开口宽度，D为光线入射口中心与坐标轴原点O之间的距离。
[0037]在圆形金属腔体2内表面镀以高反射率的反射膜3，并且在圆形金属腔体2外表面包裹一层厚度约8mm的保温层4。本发明中反射膜采用银反射膜。
[0038]本发明的原理为，太阳光线由聚光抛物镜6聚集后从光线入射口进入圆形金属腔体2，其中部分光线直接照射在螺旋式金属吸收管I上，其余光线由腔体内表面一次或多次反射后由螺旋式金属吸收管I接收。
[0039]本发明的螺旋式金属吸收管I内装有吸热工质，外表面镀有选择性涂层，增加螺旋式金属吸收管I的吸收率。
[0040]如图1和图2所示，太阳光线经过聚光抛物镜6的聚集，其中部分光线直接照射在螺旋式金属吸收管I上，其余光线由圆形金属腔体2内表面一次或多次反射后由螺旋式金属吸收管I接收。采用螺旋式金属吸收管I可以在有限的腔体内容纳更长的管路，同时相比直管能取得更好的传热效果。
【权利要求】
1.一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管，其特征在于，包括圆形金属腔体和螺旋式金属吸收管，所述螺旋式金属吸收管位于圆形金属腔体内，但不与圆形金属腔体内壁接触；所述圆形金属腔体设有开口，作为光线入射口 ；所述光线入射口的中点，圆形金属腔体的圆心和聚光抛物镜的焦点在一条直线上；所述光线入射口由超白玻璃密封；所述圆形金属腔体外表面包裹一层的保温层，所述圆形金属腔体内表面镀有高反射率的反射膜。
2.根据权利要求1所述一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管，其特征在于:所述反射膜为银反射膜。
3.根据权利要求1所述一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管，其特征在于:所述保温层的厚度为8mm。
4.根据权利要求1所述一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管，其特征在于:所述螺旋式金属吸收管的外壁距离圆形金属腔体内壁面的最短距离为2?3mm。
5.根据权利要求1所述一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管，其特征在于:所述螺旋式金属吸收管的外壁距离超白玻璃内壁面的最短距离为2?3mm。
6.根据权利要求1所述一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管，其特征在于:所述螺旋式金属吸收管内装有吸热工质，所述螺旋式金属吸收管外表面镀有选择性涂层。
7.根据权利要求1所述一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管，其特征在于:所述圆形金属腔体和聚光抛物镜的位置关系由以下方式确定: 聚光抛物镜的方程为'f = 4fx, 圆形金属腔体的方程为:(x-f_L)2+y2 = R2 其中，X，y为坐标轴，R为圆形金属腔体的内径，f为聚光抛物镜的焦距，L为聚光抛物镜的焦点与圆形金属腔体的圆心之间的距离，I为螺旋式金属吸收管的外壁与圆形金属腔体内壁之间的最短距离。
8.根据权利要求1或7所述一种用于槽式集热系统中的中高温腔体式集热管，其特征在于:所述光线入射口开口宽度由以下方式确定: 光线入射口开口宽度S为:S = 1.5B(f-D)/f 其中，B为聚光抛物镜开口宽度，D为光线入射口中心与坐标轴原点O之间的距离。
【文档编号】F24J2/46GK104048430SQ201410334544
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】刘庆君, 毛宇飞, 朱天宇, 杨春元, 刘德有 申请人:南通河海大学海洋与近海工程研究院