直肋管插翅片槽式聚光真空太阳能集热器的制作方法

本发明涉及绿色能源领域，尤其涉及槽式内插翅片直肋管真空太阳能集热器。

背景技术：

随着绿色建筑、建筑节能的不断普及，太阳能集热器的开发与利用越来越受到重视。由于太阳光能流密度比较低，在实际大规模应用中，常见的平板型太阳能集热器的集热工质温度低且热损失大，热效率很低。

聚光型玻璃真空管太阳能集热器能够在充分利用玻璃真空管集热器轻质高效特点的基础上，进一步提高太阳辐射能流的收集面积和集热器的工作温度，有效扩展传统真空管集热器的应用范围和热能品质。除了少数在民用热水领域应用，主要应用于太阳能热发电或其他工业领域，比如食品加工，金属和材料处理、化学工业、海水淡化等领域，这些领域温度需求范围一般处于100℃～300℃。

槽式太阳能聚光集热器包括聚光器和真空集热管。真空集热管上收到聚光器镜面反射光后，集热管表面的热流密度在实际工作时是不均匀的，即面向反射器一侧热流密度较大，另一侧热流密度较小，并因此会引起周向大温差，造成应力差异、产生管道变形造成整个集热管气密性降低，与此同时大大缩短集热管的寿命，所以改进聚光过程是解决真空集热管表面的热流密度不均匀的问题十分有必要。

在槽式聚光型集热器上应用的全玻璃太阳能真空管，太阳能真空集热管内层玻璃管外壁涂有选择性吸收涂层，其内层玻璃管可以达400℃甚至400℃以上的中高温，内层玻璃管向外辐射传热的热流密度会急剧增大，同时中高温下的内层玻璃管发射率会达到10％，导致内层玻璃管向外散失的热量会更大，所以解决内层玻璃管温度较高情况下，真空集热管通过内层玻璃内管对外辐射热量散失大问题变得十分紧要。

集热管又是集热器的关键内层玻璃部件，传统的太阳能真空集热管类型繁多，传统的全玻璃真空管集热管热效率高，但是不能承压运行，容易冻裂，易结垢，不适宜用在大面积的太阳能热水系统中，多用作家庭太阳能热水器集热部件。改进集热管结构，强化换热且减小热损失实现提高其性能对开发高效、可靠、低成本的新型真空集热管、集热器具有重要的学术意义。

目前国内外较多采用改进聚光器如结构、反射膜材料等，几乎没有通过改进真空集热管结构来实现二次或多次聚光，改善热流密度不均匀的问题。针对槽式聚光引起真空集热管接收到的热量密度不均匀和中高温情况下集热管的内层玻璃管对外辐射热量损耗大，以及太阳能真空集热管本身结构的热效率不高、容易结垢等问题，申请人设计了本发明。

技术实现要素：

本发明的目的在现有的槽式聚光太阳能集热器技术上，从3个重要的环节出发：1)不同角度的入射太阳光聚光集到集热管过程；2)集热管将入射太阳光转化为热量即光热转换过程；3)集热管的散热损失过程，解决现有技术问题，提高其太阳能利用率及聚光集热效率。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种直肋管插翅片槽式聚光真空太阳能集热器，包括真空集热器、槽式聚光器，所述槽式聚光器采用能够将太阳光反射聚集的槽反射镜面设置，所述真空集热器设置在槽式聚光器的聚光位置；

所述真空集热器包括直通式玻璃真空套管，直通式玻璃真空套管包括外层玻璃管、内层玻璃管，外层玻璃管与内层玻璃管之间形成真空层，内层玻璃管中穿装有用于热介质流体通过的直肋管，直肋管通过弹簧固定在内层玻璃管轴线上，并在内侧玻璃管两端安装密封圈；所述真空层内布置有两个弧形隔热板，隔热板分别沿外层玻璃管的垂直于槽式聚光器镜面对称线的直径的两端向外层玻璃管内侧、槽式聚光器镜面方向相对延伸；

所述直肋管外安装有两个翅片，两个翅片均沿直肋管半径方向设置，两个翅片夹角分角线与槽式聚光器镜面方向一致，且与槽式聚光器镜面对称线重合。

作为本发明的一种优选，所述两个隔热板覆盖的内层玻璃管圆心角为60°；所述两个翅片之间呈120°夹角。

作为本发明的一种优选，所述真空集热器、槽式聚光器固定安装在跟踪太阳位置的旋转装置上。

作为本发明的一种优选，所述槽式聚光器内表面设有增强反射率的蒸镀铝膜。

作为本发明的一种优选，所述翅片材料为紫铜或铝材，厚度为0.08mm-1mm，长度较内层玻璃管短100mm。

作为本发明的一种优选，所述隔热板材料为铝合金，隔热板与内层玻璃管对应的一侧面为具有高反射率的反射面，与外层玻璃管对应的一侧面为设有选择性吸收涂层的吸热面。

作为本发明的一种优选，所述翅片和直肋管外表面均镀有光谱选择性涂层。

本发明的有益效果是：

与现有最好的技术相比，本发明具有聚光集热效率高、集热管接收的热流密度较均匀、内层玻璃管的对外辐射热损少、集热管不易结垢、寿命长等优点：

1、真空层内分别设有2个弧形隔热板，二次反射来自聚光器的一次反射光线，槽式聚光器和二次反射板能够汇聚截光面上下不同角度的太阳光，充分吸收直射光线的同时能够有效利用环境中的散射光线，有效改善集热管接收的热流密度不均匀，且可以将隔热板遮住的直肋管通过内层玻璃部分对外辐射热量大部分反射回到直肋管及内层玻璃部分上，减少直肋管部分对外辐射热量散失，进而使得该太阳能真空集热管聚光集热效果达到最佳化。

2、隔热板与外层玻璃管对应的一侧面为设有选择性吸收涂层的吸热面，太阳辐照直射隔热板温度将会升高，隔热板遮住的内层玻璃部分与隔热板之间的辐射换热量将会大幅减少，从而间接地减少了对外辐射热损。

3、翅片和直肋管外表面可以镀上光谱选择性涂层，通过增加太阳光吸收面积，增强了流体与直肋管内吸热面的对流换热强度，提高太阳辐射光热转换效率。流体(水)在直肋管内强制流动，流速快、温度低，不易结垢，即使结垢也容易清洗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的真空集热器1结构主剖视图；

图3为图2中A-A处截面图；

图4为本发明太阳光传播路径示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种直肋管插翅片槽式聚光真空太阳能集热器，包括真空集热器1、槽式聚光器2，所述槽式聚光器2采用能够将太阳光反射聚集的槽反射镜面设置，内表面设有增强反射率的蒸镀铝膜。真空集热器1设置在槽式聚光器2的聚光位置；所述真空集热器1、槽式聚光器2固定安装在跟踪太阳位置的旋转装置(图中未示出)上，集热器跟踪太阳以达到最大的集热效果。

槽式聚光器用作反射材料的有金属铝、萡和金属镀膜。银和铜的反射性能好，但表面容易氧化。在金属中铝是直接反射阳光的最佳金属，选用蒸镀铝膜的反射率可达到0.95，略低于镀银膜的0.97。当选择金属板作为反射板时，它就兼做基材使用。当选反射材料为铝时，表面镜的保护膜可用阳极氧化膜。

如图1、2所示，所述真空集热器1包括直通式玻璃真空套管101，直通式玻璃真空套管101包括外层玻璃管1011、内层玻璃管1012，外层玻璃管1011与内层玻璃管1012之间形成真空层1013，内层玻璃管1012中穿装有用于热介质流体通过的直肋管102，直肋管102通过弹簧103固定在内层玻璃管1012轴线上，并在内侧玻璃管1012两端安装密封圈104。

如图3所示，所述真空层1013内布置有两个弧形隔热板105，隔热板105分别沿外层玻璃管1011的垂直于槽式聚光器2镜面对称线的直径的两端向外层玻璃管1011内侧、槽式聚光器2镜面方向相对延伸；两个隔热板105覆盖的内层玻璃管1012圆心角为60°，隔热板105正对太阳直射辐照，并能够保证不遮挡槽式聚光器2反射的太阳光传播路径。隔热板105材料为铝合金，隔热板105与内层玻璃管1012对应的一侧面为具有高反射率的反射面，与外层玻璃管1011对应的一侧面为设有选择性吸收涂层的吸热面。反射面上设有具有高反射率、低发射率特性的反射层，能将槽式聚光器2的反射光斑二次反射到内层玻璃管1012背面上，能够改善真空集热器1接收的热流密度不均匀的问题。并将隔热板105遮住的内层玻璃管1012部分对外辐射热量大部分反射回到内层玻璃管1012上,减少了热量的损耗。

隔热板105的吸热面上设有在太阳辐射波段高吸收率、低发射率的选择性吸收涂层，太阳辐照直射隔热板温度将会升高，隔热板遮住的内层玻璃管1012部分与隔热板105之间的温差减小，辐射换热量将会大幅减少，从而间接地减少了内层玻璃管1012的对外辐射热损。

因此增设隔热板105,虽然遮挡住了部分内层玻璃管1012可接收到的太阳直射辐射光线，减少的内层玻璃管1012的吸热极少，由于本发明增加太阳光吸收面积，翅片106和直肋管102外表面可以镀上光谱选择性涂层，提高太阳辐射光热转换效率，同时大大加强内层玻璃管1012在辐射作用下将热量散失到环境中去，而设置的隔热板105减少的该种辐射热量损失要大于隔热板105遮住的内层玻璃管1012部分能够获得的太阳直射辐射热量。

所述直肋管102外安装有两个翅片106，两个翅片106均沿直肋管102半径方向设置，两个翅片106之间呈120°夹角，夹角分角线与槽式聚光器2镜面方向一致，且与槽式聚光器2弧面对称线重合。真空层1013能够消除翅片106的对流散热损失。所述翅片106材料为紫铜或铝材，厚度为0.08mm-1mm，长度较内层玻璃管1012短100mm。所述翅片106和直肋管102外表面均镀有光谱选择性涂层，通过增加太阳光吸收面积，增强了热介质流体与直肋管102吸热面的对流换热强度，提高太阳辐射光热转换效率。热介质流体在直肋管102内强制流动，流速快、温度低，不易结垢，即使结垢也容易清洗。

在槽式聚光太阳能真空集热器在实际太阳能热发电系统工程运用中，随着太阳高度角不断变化，该槽式聚光集热器的运用需要跟踪太阳以达到最大的集热效果。根据上述要求直射的太阳光要平行于两翅片106夹角120°的平分面，以及隔热板105将一直正对太阳直射辐照，并能够保证不遮挡槽式聚光器2反射的太阳光传播路径，所以需要槽式聚光器2和真空集热器为一体跟踪方式，即槽式聚光器2与真空集热管1固定在一起旋转跟踪太阳，这种一体跟踪方式操作持久方便，跟踪装置设施结构简单、易于制造。

此外，本发明的槽式聚光器2还可以增加特殊设计的反射镜面设置，在原本抛物反射镜两端设不同弧度的反射镜面，隔热板105的二次反射的效果更佳。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。