專利名稱：太陽能聚光集熱片的制作方法
專利說明太陽能聚光集熱片 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能收集利用技術(shù)，特別是涉及一種低成本、高效率地將太陽能轉(zhuǎn)化成熱能的太陽能聚光集熱片。
背景技術(shù)：
眾所周知，太陽能是取之不盡，用之不竭，但人們尚未能大規(guī)模利用的重要能源。隨著煤、石油、天然氣等化石能源的減少及價格的不斷上漲，人類直接從太陽能中獲取能量已變得越來越重要。目前已有各種各樣的太陽能利用設(shè)備被使用，如光電轉(zhuǎn)換及光熱轉(zhuǎn)換設(shè)備等。普通的光熱轉(zhuǎn)換設(shè)備典型的是在多根玻璃管中各裝有一根涂有吸光并轉(zhuǎn)換為熱能的集熱管，其缺點顯而易見，由于照射在集熱管上的單位面積上光能量密度較小，因此其集熱效率低，且太陽能利用成本較高；還由于其散熱面大，因此不能獲得較高的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決普通太陽能集熱設(shè)備的缺陷，而提供一種利用光的多次鏡面反射、全反射而高密度聚集光線，光熱轉(zhuǎn)換效率高，成本低，安裝使用及維護方便，并可通過陣列組合獲取較大功率的太陽能聚光集熱片。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種太陽能聚光集熱片，該太陽能聚光集熱片有一個透明材料制成的橫截面為V形的條狀體，該條狀體由兩個對稱的向下傾斜的透光面和兩個位于透光面下部的兩個對稱的斜面構(gòu)成，所述斜面鍍?yōu)榉瓷溏R面，在該條狀體內(nèi)部沿長度方向設(shè)有一個從條狀體一端貫通至另一端的空腔，空腔的兩端設(shè)有密封端蓋，空腔與其兩端的端蓋圍成一個內(nèi)部中空的密閉的集光室，在集光室內(nèi)沿長度方向設(shè)有一根集熱管，集熱管的兩端設(shè)有與端蓋密封固定并將熱量引出的導(dǎo)管。
兩個透光面與兩個斜面間的夾角α1須滿足其中n為條狀體透明材料相對于空氣的折射率，α2為透光面(13、14)和與其相對的連接兩端線間所形成的平面間的夾角。
所述空腔邊界應(yīng)滿足
集熱管由高導(dǎo)熱金屬材料制成，其外表面涂有高吸光的光熱轉(zhuǎn)換材料。
集熱管與集光室之間具有間隙。
條狀體的兩斜面之間由一曲面或平面過渡，該曲面或平面鍍?yōu)榉瓷溏R面，所述兩個透光面之間由一透光的曲面或平面過渡。
所述條狀體的長度方向的兩端面鍍?yōu)榉瓷溏R面。
經(jīng)透光面進入條狀體的光線經(jīng)折射和多次反射、全反射聚集到集光室。
多片太陽能聚光集熱片可組合成大面積陣列。
本發(fā)明的貢獻在于，由于該太陽能聚光集熱片呈片狀，尺寸很薄，因此體積小，制作成本低。還由于其獨特的陽光聚集結(jié)構(gòu)，而大大提高了照在集熱管上的光密度，因此能較大幅度地提高光熱轉(zhuǎn)換效率以及集熱管平衡時的溫度(即可以獲得的最高溫度)。它還具有結(jié)構(gòu)工藝簡單可靠，材料易得，可以大批量、模塊化生產(chǎn)等特點。且由于它的類板狀結(jié)構(gòu)以及不需跟蹤太陽的特性使得它可以方便地排成大面積板陣，實現(xiàn)較大功率輸出，同時安裝維護簡單。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1A為立體示意圖，圖1B為平面示意圖，圖1C為端面示意圖，圖1D為垂直于條狀體透光面的剖視圖，圖1E為沿條狀體對稱面的剖視圖。
圖2是本發(fā)明的聚光原理圖。
圖3是本發(fā)明的實施例的聚光光路圖。
具體實施方式
下列實施例是對本發(fā)明的進一步解釋和說明，對本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。
參閱圖1，本發(fā)明的太陽能聚光集熱片有一個條狀體10，它由玻璃、有機玻璃、透明樹脂等透明材料制成，優(yōu)選折射率高的玻璃材料或透明樹脂，其長度可以根據(jù)實際需要而確定。更具體地說，如圖1A～圖1E所示，該條狀體10兩個對稱的向下傾斜的透光面13、14和兩個位于透光面13、14下部的兩個對稱的斜面11、12構(gòu)成，其中的兩個對稱斜面11、12上鍍有反光材料而形成反射鏡面。所述條狀體10的斜面11與斜面12之間由一曲面16過渡，該曲面16鍍?yōu)榉瓷溏R面。所述透光面13與透光面14之間由一透光的平面17過渡。條狀體10的長度方向的兩端面也鍍?yōu)榉瓷溏R面。在該條狀體10內(nèi)部沿長度方向設(shè)有一個從條狀體一端貫通至另一端的空腔15，如圖1D，該空腔的橫截面為倒三角形，其底部由圓弧面過渡。在空腔15的兩端設(shè)有密封端蓋20，該密封端蓋用透明或非透明的低導(dǎo)熱材料，如工程塑料或有機塑料制成，它與條狀體10的端面密封粘接固定?？涨?5與其兩端的端蓋20圍成一個內(nèi)部中空的密閉的集光室30，最好將集光室內(nèi)抽真空。在集光室30內(nèi)沿長度方向設(shè)有一根集熱管40，該集熱管是由導(dǎo)熱性能好的金屬管，如鋁管、銅管、銀管等，其中優(yōu)選鋁管，其橫截面可以是三角形、圓形、橢圓形，優(yōu)選三角形和圓形。更具體地，圖1A、圖1C、圖1D中，在集熱管40外壁上間隔地設(shè)有兩條軸向的翼狀集熱片42，它由導(dǎo)熱性能好的金屬板材，如鋁材、銅材、銀材等，其中優(yōu)選鋁板，該集熱管和其上的集熱片用于收集由各個方向進入集光室內(nèi)的太陽光。集熱管40與集熱片42由高導(dǎo)熱金屬材料制成，其外表面涂有高吸光的光熱轉(zhuǎn)換材料，如炭黑。圖1E中，在集熱管40的兩端各設(shè)有一根導(dǎo)管41，集熱管40通過該導(dǎo)管與條狀體相連接，導(dǎo)管41則與集光室30的端蓋20密封固定，用于將熱量引出。所述集熱管40與集光室30具有間隙。
如圖2、圖3所示，條狀體10的透光面13與斜面11和透光面14與斜面12間的夾角α1須滿足其中n為條狀體透明材料相對于空氣的折射率，α2為透光面(13、14)和與其相對的連接兩端線間所形成的平面間的夾角。本例中，條狀體由n≥1.55的玻璃制成，α1＝18°，α2＝9°。
須指出的是，條狀體10的透光面13、14和與其相對的連接兩端線間所形成的平面與端面的交線A安裝使用時最好與太陽光線垂直，使該太陽能聚光集熱片無需跟蹤太陽光線方向的變化，同時能捕獲最多的太陽光。
本發(fā)明的工作原理可以結(jié)合圖2加以說明，按照的條件，當(dāng)光線垂直于與透光面13、14相對的連接兩端線間所形成的平面時，光線與透光面13、14呈一定角度進入透光面13、14，經(jīng)折射到達反射面11、12，經(jīng)偏轉(zhuǎn)角度反射至透光面13、14，此時入射角在透光面發(fā)生全反射，這樣光在兩個面之間來回反射向集光室30運動，最后在空腔15邊界上滿足

并透射到集熱管40、集熱片42而被吸收轉(zhuǎn)換成熱能。由此可知，經(jīng)透光面13、14進入條狀體10的光線是經(jīng)折射和多次反射、全反射而聚集到集光室30的，它使得本太陽能聚光集熱片的體積可以做得很小。
若光線傾斜于與透光面13、14相對的連接兩端線間所形成的平面射入時，光線經(jīng)反射面11、12反射回透光面13、14時的入射角更大，形成全反射，光線成空間折線向光室集中，因此本太陽能聚光集熱片不需要跟蹤太陽變化。另外，結(jié)合圖2，并經(jīng)計算可知，本發(fā)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轉(zhuǎn)換成熱能。
此外，本發(fā)明的太陽能聚光集熱片的寬度與高度之比取決于材料的折射率，根據(jù)普通玻璃及有機玻璃的折射率經(jīng)計算可知，其寬度可以是高度的5～8倍，因而近似于薄片狀。
很顯然，本發(fā)明的太陽能聚光集熱片可組合使用，多片太陽能聚光集熱片100可組合成大面積陣列的太陽能光熱轉(zhuǎn)換裝置。
盡管通過以上實施例對本發(fā)明進行了揭示，但是本發(fā)明的范圍并不局限于此，在不偏離本發(fā)明構(gòu)思的條件下，以上各構(gòu)件可用所屬技術(shù)領(lǐng)域人員了解的相似或等同元件來替換。
權(quán)利要求
1、一種太陽能聚光集熱片，其特征在于，它有一個透明材料制成的橫截面為V形的條狀體(10)，該條狀體由兩個對稱的向下傾斜的透光面(13、14)和兩個位于透光面(13、14)下部的兩個對稱的斜面(11、12)構(gòu)成，所述斜面(11、12)鍍?yōu)榉瓷溏R面，在該條狀體(10)內(nèi)部沿長度方向設(shè)有一個從條狀體一端貫通至另一端的空腔(15)，空腔(15)的兩端設(shè)有密封端蓋(20)，空腔(15)與其兩端的端蓋(20)圍成一個內(nèi)部中空的密閉的集光室(30)，在集光室內(nèi)沿長度方向設(shè)有一根集熱管(40)，集熱管(40)的兩端設(shè)有與端蓋(20)密封固定并將熱量引出的導(dǎo)管(41)。
2、如權(quán)利要求1所述的太陽能聚光集熱片，其特征在于，所述透光面(13)與斜面(11)和透光面(14)與斜面(12)間的夾角α1須滿足其中n為條狀體透明材料相對于空氣的折射率，α2為透光面(13、14)和與其相對的連接兩端線間所形成的平面間的夾角。
3、如權(quán)利要求1所述的太陽能聚光集熱片，其特征在于，所述空腔(15)邊界應(yīng)滿足到達邊界上的光線的入射角
4、如權(quán)利要求1所述的太陽能聚光集熱片，其特征在于，所述集熱管(40)上由高導(dǎo)熱金屬材料制成，其外表面涂有高吸光的光熱轉(zhuǎn)換材料。
5、如權(quán)利要求1所述的太陽能聚光集熱片，其特征在于，所述集熱管(40)與集光室(30)之間具有間隙。
6、如權(quán)利要求1所述的太陽能聚光集熱片，其特征在于，所述條狀體(10)的斜面(11)與斜面(12)之間由一曲面或平面(16)過渡，該曲面或平面(16)鍍?yōu)榉瓷溏R面；所述透光面(13)與透光面(14)之間由一透光的曲面或平面(17)過渡。
7、如權(quán)利要求1所述的太陽能聚光集熱片，其特征在于，所述條狀體(10)的長度方向的兩端面鍍?yōu)榉瓷溏R面。
8、如權(quán)利要求1所述的太陽能聚光集熱片，其特征在于，經(jīng)透光面(13、14)進入條狀體(10)的光線經(jīng)折射和多次反射、全反射聚集到集光室(30)。
9、如權(quán)利要求1所述的太陽能聚光集熱片，其特征在于，多片太陽能聚光集熱片(100)可組合成大面積陣列。
全文摘要
一種太陽能聚光集熱片，該太陽能聚光集熱片有一個透明材料制成的橫截面為V形的條狀體，該條狀體由對稱或基本對稱的兩個向下傾斜的透光面和兩個位于透光面下部的對稱或基本對稱的兩個斜面構(gòu)成，所述斜面鍍?yōu)榉瓷溏R面，在該條狀體內(nèi)部沿長度方向設(shè)有一個從條狀體一端貫通至另一端的空腔，空腔的兩端設(shè)有密封端蓋，空腔與其兩端的端蓋圍成一個內(nèi)部中空的密閉的集光室，在集光室內(nèi)沿長度方向設(shè)有一根集熱管，集熱管的兩端設(shè)有與端蓋密封固定和將熱量引出的導(dǎo)管。本發(fā)明充分利用光的鏡面反射、全反射原理而高密度聚集光線，因此光熱轉(zhuǎn)換效率高，成本低，安裝使用及維護方便。
文檔編號F24J2/10GK101338946SQ20081021020
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者肖立峰 申請人:肖立峰