專利名稱：具季節(jié)性高效率的太陽能聚光集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種集熱裝置，特別是涉及一種可提高集熱效率的具季節(jié) 性高效率的太陽能聚光集熱器。
背景技術(shù)：
一般吸收太陽能以供再利用的集熱設(shè)備，大致可分為低溫、中溫、高溫三種。
低溫集熱器，通過金屬或非金屬集熱板提供80°C以下溫度。 中溫集熱器，提供8(TC以上的溫度，通常為80。C 15(TC。 高溫集熱器，則是操作在15(TC以上的溫度。
在外國，太陽能的應(yīng)用大部份是采高溫型發(fā)電用。其中， 一種拋物線槽體 型聚光集熱器(parabolic trough concentrator, PTC)，是目前應(yīng)用于高溫發(fā) 電的各類集熱器中技術(shù)最成熟的一種。例如美國LUX公司在南加州Mojavc Desert所建造的SEGS系統(tǒng)具有單軸追日裝置，操作溫度在300°C 400°C，是 采用煤油為主要的工作流體，再與水作熱交換，進而產(chǎn)生蒸氣，以推動傳統(tǒng)渦 輪引擎發(fā)電。
但是， 一座拋物槽線體型集熱器，最符合經(jīng)濟成本的裝置容量大約在 300MW左右。美國LUX公司自公元1958年至公元1991年，在南加州先后建造 九座高溫發(fā)電系統(tǒng)，與加州愛迪生電力公司電網(wǎng)相連，以提供約345MW的電功 率，約占全世界太陽能發(fā)電裝置的90%。
由SEGS系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)經(jīng)驗顯示，運轉(zhuǎn)及維護保費約占發(fā)電成本的25%，為 此類發(fā)電系統(tǒng)的最大生存挑戰(zhàn)。而后期所造的發(fā)電系統(tǒng)，年效率在10% 14%， 發(fā)電成本約每度電0. 08 0. 14美元，維護保養(yǎng)成本約每度電0. 02美元。
中溫集熱器在應(yīng)用上，中國大陸在山東省乳山市建立太陽能空調(diào)示范系 統(tǒng)，利用非聚光式熱管真空管太陽能集熱器，其正常工作出水溫度可達88"C， 此類型太陽能集熱器與目前市場上通用的溴化鋰吸收式制冷設(shè)備結(jié)合組成太陽能空調(diào)系統(tǒng)。
此外，在中國臺灣，有一種中溫平板式太陽能集熱器，此集熱器是采用非 聚光式雙層玻璃隔熱，以選擇性吸收面，性能只比非聚光式真空管集熱器稍差，
實測的溫升也可達到88t:。
以上系統(tǒng)的缺點是其集熱溫度過低，造成所應(yīng)用系統(tǒng)效率不高。 由上可知，聚光式集熱器目的在提高照射在集熱板上的太陽輻射能量密 度，利用一反射面聚光，將太陽入射的能量密度增強數(shù)倍，在聚焦處放一集熱 裝置，可提高操作溫度并減小熱損(因集熱面積較小)。早年集光(聚光)技術(shù)較 不成熟，反射面制作昂貴，成本偏高。近年來，由于量產(chǎn)技術(shù)以及材料發(fā)展突 飛猛進，聚光技術(shù)日趨成熟，成本大為降低。 一般開發(fā)中或已商品化的中溫集 熱器均屬非聚光型或簡易(非正確)聚光型，其吸收太陽熱能后所產(chǎn)生的溫升均
在90°C以下，若用來使用在熱驅(qū)動式的太陽能空調(diào)系統(tǒng)或工業(yè)工藝流程預(yù)熱，
則會造成系統(tǒng)效率不高。
因此，針對現(xiàn)有中溫集熱器存在有因無法提高集熱溫度所致集熱效率不高 的缺陷，有必要尋求解決的辦法，以滿足現(xiàn)有運用系統(tǒng)等提高效率的需要。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種具季節(jié)性高效率的聚光集熱器,是應(yīng)用一 種創(chuàng)新的復(fù)合弧形曲面集熱裝置當(dāng)做太陽能聚光集熱器內(nèi)的聚光集熱單元，此
裝置具季節(jié)性高效率；此太陽能聚光集熱器具有雙層面蓋等良好保溫效果，加
上應(yīng)用此季節(jié)性高效率集熱裝置形成一具季節(jié)性高效率的新型太陽能聚光集 熱器。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具季節(jié)性高效率的太陽能聚光集熱 器，包含一外殼、數(shù)個集熱單元、 一受熱單元，以及一外蓋單元。 該外殼，由一外周壁建立出一容室。
這些集熱單元，安置于該外殼的容室，包含有一高光吸收性與高導(dǎo)熱系數(shù) 的吸熱板、二個自該吸熱板兩端向外對稱延伸的弧形曲面聚光反射板，以及一 個自該吸熱板頂部向上延伸的駐光板，該駐光板對應(yīng)位于該聚光反射板的中 間，此吸熱板與該聚光反射板相互建立出一個供收集熱源的集熱空間以及兩個 位于該駐光板側(cè)的二次吸熱空間。該受熱單元，包含數(shù)個與上述吸熱板貼觸的集熱管，以及一充填于該集熱
管的工作流體，且該集熱管彼此相互連通。
該外蓋單元，架設(shè)于該外殼，并用以封罩在該集熱單元上方，該外蓋單元 包含有二個相互間隔以界定出 一間隙的透光面蓋。
本新型基于在吸熱板中間垂立設(shè)有駐光板，可適應(yīng)季節(jié)改變導(dǎo)致日光方位 不定時，借助駐光板(也為一吸熱板)用以截獲外漏光線并吸收集熱，以增近整 體的集熱效率。
本新型的太陽能聚光集熱器，此裝置由吸熱板與兩個聚光反射板及一駐光
單元(為一集熱板)組構(gòu)成一截面呈對稱雙"U"型的復(fù)合弧形聚光集熱槽(CAC， Compound Arc Concentrator,如圖5)，其在吸熱板中垂立設(shè)置駐光板，使此 CAC裝置不受日光照射方向影響，部分無法聚光而外漏的光線都能被駐光板截
獲并吸收集熱，使聚光率增加，以提高整體的吸熱效果。因此，增加駐光板下， 一年四季的聚光集熱效率將可提高，因此不須追日機構(gòu)，具有低成本與中溫高
性能的優(yōu)點。
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述，但不作為對本實 用新型的限定。


圖1為本實用新型一實施例的具季節(jié)性高效率的太陽能聚光集熱器的組 合剖視圖2為圖1中集熱單元與受熱單元的局部放大圖； 圖3為類似于圖2的剖視圖，說明該吸熱板的第二種態(tài)樣； 圖4為吸熱板的第三種態(tài)樣的剖視圖； 圖5為該實施例的集熱單元的光線投射分布示意圖； 其中，附圖標(biāo)記
100:外殼 110
120:容室 200
210:間隙 220
230:外層透光面蓋 231
外周壁 外蓋單元 內(nèi)層透光面蓋 內(nèi)表面232:支撐部300:集熱單元
310:吸熱板311:吸熱板本體
312:導(dǎo)熱部313:鎖接部
320:聚光反射板321:第一固定端
322:第二固定端330:駐光板
340:集熱空間350:二次吸熱空間
400:受熱單元410:集熱管
420:匯流導(dǎo)管430:工作液體
500:保溫層600:鎖接件
610:螺柱620:螺帽
700:選擇吸收膜
具體實施方式
參考圖1，本新型的具季節(jié)性高效率之太陽能聚光集熱器，包含一外殼
100、 一外蓋單元200、數(shù)個集熱單元300、 一受熱單元400、 一保溫層500， 以及多數(shù)個鎖接件600。
該外殼100是由兩個直立對稱的外周壁110建立出一容室120。此實施例 中，該外殼100為金屬材質(zhì)制成，此為鋼材。
該保溫層500安置于該外殼100的容室120中，此保溫層500主要具有隔 熱保溫效果，避免熱源自外殼100的底部外泄。
該受熱單元400安置于該外殼100的容室120中，并且疊置于該保溫層 500的頂面。該受熱單元400包含有數(shù)個集熱管410，以及二個銜接在這些集 熱管410兩端上方并與其相連通的匯流導(dǎo)管420。在此，這些集熱管410與該 匯流導(dǎo)管420均為金屬導(dǎo)熱材質(zhì)制成。而且，依據(jù)不同的工作項目，可在管內(nèi) 填入有水(water)或煤油(kerosene)等的工作液體430。
參考圖1與圖2，該集熱單元300安置于該外殼100的容室120中。每一 個集熱單元300包含有一兼具高光吸收性及高導(dǎo)熱系數(shù)的吸熱板310、 二個自 該吸熱板310兩端向外對稱延伸的弧形曲面聚光反射板320，以及一個自該吸 熱板310頂部向上延伸的駐光板330。該駐光板330垂立形成于該吸熱板310 的頂部中央，以對應(yīng)位于這些聚光反射板320的中間，使該吸熱板310與該聚光反射板320相互建立出一個提供收集熱源的U型集熱空間340，以及兩個位 于駐光板330兩側(cè)的二次吸熱空間350。此實施例中，設(shè)有五組相互并接的集 熱單元300。由于每一個集熱單元300是呈長槽狀，因此，經(jīng)由預(yù)定組數(shù)(本 實施例設(shè)有五組集熱單元300)的集熱單元300相互并接之后，以布滿于該外 殼100的容室120中，而提供較大面積的聚光集熱的使用效果。在此，該聚光 反射板320均為具有高反射率的材質(zhì)所制成，且在聚光面上有做防氧化的處 理，使其可保持具有長期高反射率的聚光效能。
每一個集熱單元300的吸熱板310具有一吸熱板本體311，以及一形成于 該吸熱板本體311中間位置的半管狀的導(dǎo)熱部312。此實施例中，每一個集熱 單元300分別載置于每一個集熱管410的頂部，使得該集熱管410 —半左右外 周徑的面積與該導(dǎo)熱部312接觸。當(dāng)該半管狀的導(dǎo)熱部312的外周徑大于二分 之一圓徑以上時，自然使得該集熱管410的一半以上的外周徑與該導(dǎo)熱部312 接觸，以增加接觸面積，并且倍增導(dǎo)熱效果。而該吸熱板310是由金屬導(dǎo)熱材 質(zhì)制成，例如銅材。
值得一提的是，如在該吸熱板本體311與該導(dǎo)熱部312的外表面涂覆一層 選擇吸收膜700，整體的吸熱效果將大為提高。
參考圖3，此外，將該吸熱板本體311設(shè)成水平狀，再將一圓管狀的導(dǎo)熱 部312銜接在該吸熱板本體311底部，而此時的駐光板330呈"L"型銜接于 該吸熱板本體311的中央，并位于導(dǎo)熱部312上方，如此也可達到上述相同功 效，不再贅述。
參考圖4，另外，該吸熱板300的導(dǎo)熱部312也可采用中空圓管態(tài)樣，以 供直接充填工作液體430。
參照圖1與圖2。但是，為了達到確實接觸的目的，該吸熱板310還包含 二個分別自該吸熱板本體311兩端向外延伸的鎖接部313，該鎖接部313再分 別與該聚光反射板320的一第一固定端321對應(yīng)，以配合等數(shù)的鎖接件600 鎖結(jié)，使該聚光反射板320與該吸熱板310連結(jié)成一體，以組成一截面呈"U" 型的集熱槽。此時，使該集熱管410分別緊密接觸于該吸熱板310的底部，以 獲得較佳的熱傳導(dǎo)作用。
另外，每一組呈相互并組的集熱單元300，則是借助鎖接件600鎖固在相 鄰的該聚光反射板320的一第二固定端322，而靠近該外殼100的聚光反射板320，則是分別配合一個螺柱610與二個螺帽620直接鎖固在兩旁側(cè)的聚光反 射板320的第二固定端322，借此，不但組裝方便，也利于拆卸，并且使該集 熱單元300能穩(wěn)固的安置于該外殼100的容室120內(nèi)部。
該外蓋單元200，架設(shè)于該外殼IOO，并用以封罩在該集熱單元300上方。 此實施例中，該外蓋單元200包含有相互間隔以界定出一間隙210的一內(nèi)層透 光面蓋220及一外層透光面蓋230。該內(nèi)層透光面蓋220是一片平板狀的透光 蓋板。而該外層透光面蓋230具有一個自一內(nèi)表面231向外環(huán)周延伸的支撐部 232，借助此支撐部232以供架空搭接在該內(nèi)層透光面蓋220上，而使支撐部 232的高度(h)成為該內(nèi)、外層透光面蓋220、 230之間的間距(即間隙210)。
參考圖1與圖5。由上可知，當(dāng)光線射入該外蓋單元200，并且通過內(nèi)、 外層透光面蓋板220、 230，而蓄集至該外殼100的容室120內(nèi)部。 一部分光 線直接照射到該集熱單元300的吸熱板310上，借此吸熱板310的吸熱板本體 311，以增加整個集熱單元300的集熱面積。另一部分光線則照射到該吸熱板 310兩側(cè)的兩個聚光反射板320，通過特殊設(shè)計的聚光反射板320作光線反射 作用，呈多角度折射而集中投射在該吸熱板310的吸熱板本體311與導(dǎo)熱部 312。更進一步，投射在吸熱板本體311的光線，再反射至該駐光板330時， 將被此駐光板330截獲并吸收集熱，以獲致更高效率的集熱效果。因此，本新 型采用導(dǎo)熱系數(shù)極高的金屬材質(zhì)所制成的吸熱板310，不但可提高聚光集熱效 用，還借助駐光單元330截獲外漏光線并吸收集熱，使集熱效果倍增。
因此，本新型利用太陽光集熱超過10(TC的性能，使應(yīng)用更具效能。且本 新型聚光集熱器把復(fù)合弧形曲面聚光集熱裝置(CAC， Compound Arc Concentrator)應(yīng)用在一般市場上常用的平板式集熱器，不但不須追日機構(gòu)， 且借助雙層透光面蓋220、 230以改善其中溫(10(TC以上)保溫效果，具有低成 本與中溫高性能的優(yōu)點。在現(xiàn)有技術(shù)之中，中溫集熱充其量只能達到9(TC以 下的集熱溫升效果；而本新型聚光集熱器經(jīng)實測可溫升至98'C以上，利用水 在一大氣壓下測試，在本新型集熱器入口溫度為攝氏95。C時，經(jīng)過吸收太陽 熱能后在其出口仍可溫升超過98°C，此為近水沸騰的狀態(tài)，因此，若改使用 熱媒沸點為12(TC以上的當(dāng)做工作流體430，本新型聚光集熱器可吸收太陽熱 能，并可使得工作流體430溫升超過10(TC以上。故本新型中溫集熱器具有低 成本且較高工作溫度的優(yōu)越性能。因此運用在產(chǎn)業(yè)上，可鎖定在熱驅(qū)動式(包含吸附式、吸收式與噴射式等)的太陽能空調(diào)系統(tǒng)的熱源應(yīng)用，也可應(yīng)用在產(chǎn) 業(yè)鍋爐用水及工廠工藝流程等的預(yù)熱使用，減少因環(huán)境污染造成社會成本的付 出，具環(huán)保應(yīng)用效果。
本新型的整體為一具有雙層面蓋、外殼、保溫材料與多組復(fù)合弧形曲面聚 光集熱裝置的聚光集熱器，以下就聚光集熱器整體及其所內(nèi)含的復(fù)合弧形曲面 聚光集熱裝置說明其特點。
一、 聚光集熱器整體
1. 模塊化聚光集熱裝置模塊化，可組裝成所需的熱能需求集熱面積、可 大量生產(chǎn)，降低成本。
2. 保溫佳利用雙層透光面蓋間的空氣層210(如圖l)隔熱，可防止太陽 集熱器內(nèi)的高溫散熱損失。
3. 成本低:利用一般市場上現(xiàn)有的平板式集熱器當(dāng)整體架構(gòu)，此應(yīng)用目前 市場上常用組裝技術(shù)可進一步降低制造成本。
二、 復(fù)合弧形曲面聚光集熱裝置
1. 減少聚光反射板制造難度或精度由于駐光板330有輔助聚光功能，可
截獲入射光線經(jīng)過聚光反射板320后無法被聚光而外漏，因此聚光反射板320
可由傳統(tǒng)較精密復(fù)雜的拋物曲面改進成為具有一曲率半徑的簡單弧形曲面，以 減少聚光反射板制造難度或精度、降低制造及安裝成本。
2. 減少聚光反射板320材料只要增加駐光板330(如圖1、 2)的長度，駐 光板330輔助聚光反射板320聚光所截獲的光線將越多，因此聚光反射板320 的垂直高度可下降，即聚光反射板320的長度可減少，此可降低較高價位的聚 光反射板320材料，以降低材料成本。
3. 減輕集熱裝置整體重量及制造成本聚光反射板320的垂直高度可下 降，以減少整個集熱裝置的體積(厚度下降)，可減輕集熱裝置重量及制造成本。
4. 一年四季均具有高聚光集熱效率參考圖5，增加駐光板330可截獲因 季節(jié)變化時太陽斜向入射所致聚光裝置外漏的光線，使一年四季的聚光集熱效 率提高且均等，春季的集光率達0.77，下季的集光率達0.76，秋季的集光率達 0.77，冬季的集光率達0.767
5. 不須追日機構(gòu)降低成本增加駐光板330 —年四季的聚光集熱效率提 高，因此不須追日機構(gòu)，具有低成本與中(或高)溫高性能的優(yōu)點。
綜上所述，對比現(xiàn)有中溫集熱器的集熱效率，充其量只能達到9(TC以下的缺陷；本新型該實施例借助兩層相互間隔的玻璃透光面蓋220、 230界定出 一個間隙210，可有效阻止熱源向外散發(fā)，保有CAC聚光器的優(yōu)越性能以獲得 高集熱效果，以及借助低成本的設(shè)計，得到更高效率的熱源再利用；而且，配 合駐光板330作光線多重折射作用的集熱單元300，不受季節(jié)性的日光照射方 向影響，無論從那個角度照射，都能經(jīng)由駐光板330截獲外漏光線并吸收集熱， 以改善因季節(jié)性變化而產(chǎn)生集熱效果變差的問題，故本新型可提高集熱效果， 所以適合用在太陽能空調(diào)系統(tǒng)的熱源集熱裝置與工業(yè)工藝流程預(yù)熱裝置上，具 有低成本高集熱功效，而且模塊化的設(shè)置可供方便裝卸；再加上新型復(fù)合弧形 曲面聚光器(CAC)的一年四季優(yōu)越聚旋光性能，使各季節(jié)聚光集熱的效率均可 超過98'C以上，因此可提高現(xiàn)有中溫集熱器的集熱效率。并且具有高性能、 模塊化、保溫效果佳以及低成本等優(yōu)越的應(yīng)用性能。
當(dāng)然，本實用新型還可有其他多種實施例，在不背離本實用新型精神及其 實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本實用新型作出各種相應(yīng)的改變 和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實用新型所附的權(quán)利要求的保護 范圍。
權(quán)利要求1、一種具季節(jié)性高效率的太陽能聚光集熱器，其特征在于，包含一外殼，由一外周壁建立出一容室；數(shù)個集熱單元，安置于該外殼的容室，包含有一高光吸收性與高導(dǎo)熱系數(shù)的吸熱板、二個自該吸熱板兩端向外對稱延伸的弧形曲面聚光反射板，以及一個自該吸熱板頂部向上延伸的駐光板，該駐光板對應(yīng)位于該聚光反射板的中間，此吸熱板與該聚光反射板相互建立出一個供收集熱源的集熱空間以及兩個位于該駐光板側(cè)的二次吸熱空間；一受熱單元，包含數(shù)個與上述吸熱板貼觸的集熱管，以及一充填于該集熱管的工作流體，且該集熱管彼此相互連通；以及一外蓋單元，架設(shè)于該外殼，封罩在該集熱單元上方，該外蓋單元包含有二個相互間隔以界定出一間隙的透光面蓋。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具季節(jié)性高效率的太陽能聚光集熱器，其特征 在于，該駐光板垂立形成于該吸熱板的頂部中央。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具季節(jié)性高效率的太陽能聚光集熱器，其特征 在于，該集熱單元的吸熱板具有一吸熱板本體，以及一形成于該吸熱板本體中 間位置的導(dǎo)熱部，該集熱管嵌設(shè)于該導(dǎo)熱部，并且呈緊貼狀態(tài)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具季節(jié)性高效率的太陽能聚光集熱器，其特征 在于，該集熱管為圓管，該吸熱板的導(dǎo)熱部呈半管狀，該集熱管一半左右外周 徑的面積與該導(dǎo)熱部接觸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具季節(jié)性高效率的太陽能聚光集熱器，其特征 在于，該集熱管為圓管，該吸熱板的導(dǎo)熱部呈中空圓管，該集熱管穿置入該導(dǎo) 熱部的一貫孔中，該集熱管的外周徑完全與該導(dǎo)熱部接觸。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的具季節(jié)性高效率的太陽能聚光集熱器，其 特征在于，該集熱管與該吸熱板均為高導(dǎo)熱材質(zhì)件。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具季節(jié)性高效率的太陽能聚光集熱器，其特征 在于，該聚光反射板與該吸熱板組合成一個截面呈雙對稱"U"型的集熱槽。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的具季節(jié)性高效率的太陽能聚光集熱器，其特征 在于，該聚光反射板為具高反射率的板體。
專利摘要本實用新型公開了一種具季節(jié)性高效率的太陽能聚光集熱器，為一具有雙層面蓋、外殼、保溫材料與多組復(fù)合弧形曲面聚光集熱裝置所組成的聚光集熱器，其中復(fù)合弧形曲面聚光集熱裝置借助吸熱板與兩個弧形曲面聚光反射板組構(gòu)成一聚光集熱槽，并在吸熱板中間垂立設(shè)置一駐光板，季節(jié)因素導(dǎo)致日光照射方向改變時，光線可經(jīng)由駐光板截獲并吸收，進而提高整體的集熱效果；在不需使用高成本的追日設(shè)備條件下，不會因季節(jié)改變的日射方向偏移而致降低集熱效率，因此采用駐光板可使一年四季均能保有均等的高效率。此外，借助雙層面蓋等保溫性能的加強，可使本新型集熱器還保有中溫高性能的特性。
文檔編號F24J2/46GK201152637SQ200720178768
公開日2008年11月19日 申請日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者張俊民, 林明志, 洪政聰, 陳演熙 申請人:國立勤益技術(shù)學(xué)院