專利名稱：菲涅爾太陽(yáng)集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能集熱器，特別是指菲涅爾太陽(yáng)集熱器的接收器。背景技術(shù)：
菲涅爾太陽(yáng)集熱器主要包括一線性菲涅爾反射器(Linear FresnelReflector, LFR)系統(tǒng)及一接收器，該線性菲涅爾反射器系統(tǒng)包括一線性反射器場(chǎng)，該線性反射器場(chǎng)由多個(gè)并排平行設(shè)置的反射器組成，同時(shí)這些反射器可通過(guò)一跟蹤裝置驅(qū)動(dòng)以跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)。這些反射器反射的太陽(yáng)光被集中射向設(shè)置于這些反射器上方的接收器內(nèi)，通過(guò)該接收器將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能。通常一個(gè)接收器可設(shè)置在多個(gè)反射器之間，以便接收該多個(gè)反射器反射的太陽(yáng)光。此相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)可參閱公開(kāi)號(hào)為W02009/023063的PCT專利申請(qǐng)，該專利申請(qǐng)所揭示的菲涅爾太陽(yáng)集熱器的吸收器在中間設(shè)有多個(gè)與反射器的反射鏡平行的吸熱管，而在該吸收器的側(cè)面設(shè)置反射元件，如此一部分經(jīng)反射器反射的太陽(yáng)光會(huì)經(jīng)過(guò)該反射元件反射后再照射至吸熱管上，此種結(jié)構(gòu)的不足之處是因吸熱管貫穿整個(gè)接收器，部分吸熱管可能因?yàn)槭茌椛浼卸钇鋬?nèi)部的熱傳輸流體加熱充分，從而能夠吸收最大容量的熱能，而處于邊緣的吸熱管因受輻射較少而令其內(nèi)的熱傳輸流體加熱不充分，從而未能充分利用熱傳輸流體的吸熱性能，從而不利于提高吸熱效率。再者，由于部分吸熱管受輻射集中，溫度較高，相應(yīng)的熱變形較大，而邊緣的吸熱管則變形較小，如此需在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮此種狀況而做相應(yīng)的處理，從而增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。特別是如果吸熱管較長(zhǎng)時(shí)，此種熱變形不均的情況將更加嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種菲涅爾太陽(yáng)集熱器，用以克服現(xiàn)有菲涅爾太陽(yáng)集熱器的吸熱效率較低及吸熱管變形不均的缺陷。為實(shí)現(xiàn)上述目的，實(shí)施本發(fā)明的菲涅爾太陽(yáng)集熱器包括接收器與聚光模塊，其中該聚光模塊設(shè)有多個(gè)反射鏡，用以將太陽(yáng)光反射至接收器，而該接收器通過(guò)支架設(shè)于聚光模塊的上方，其中該接收器分為數(shù)段，每段之間通過(guò)一傳輸管連接，而接收器的每段均包括一系列相互平行延伸的吸熱管，這些吸熱管的兩端均與該段接收器兩端的傳輸管連接。依據(jù)上述主要特征，每段接收器的一系列相互平行延伸的吸熱管共同形成一腔體，并且該腔體面對(duì)聚光模塊的一端設(shè)有一開(kāi)口，從聚光模塊聚焦的太陽(yáng)光從開(kāi)口進(jìn)入腔體，并在腔體內(nèi)多次反射并被吸收。依據(jù)上述主要特征，該接收器在開(kāi)口外部覆蓋一透明蓋體。依據(jù)上述主要特征，該透明蓋體為平板狀。依據(jù)上述主要特征，該透明蓋體向背離開(kāi)口的方向凸出并呈曲面設(shè)置。依據(jù)上述主要特征，該透明蓋體由高透光率低反射率的材料制成。依據(jù)上述主要特征，該透明蓋體的材質(zhì)為硅氣凝膠。依據(jù)上述主要特征，該密封蓋體至開(kāi)口處均填充有硅氣凝膠，該吸熱管被包覆于硅氣凝膠中。依據(jù)上述主要特征，該接收器的腔體呈拱形或馬蹄形結(jié)構(gòu)。依據(jù)上述主要特征，該吸熱管表面依次鍍有半導(dǎo)體吸收層與氧化物保護(hù)層。 依據(jù)上述主要特征，該密封蓋體上設(shè)有單向空氣閥。依據(jù)上述主要特征，每段接收器兩端設(shè)有固定法蘭，固定法蘭之間設(shè)有分流槽，該分流槽一端與傳輸管連接，而另一端與所有吸熱管端口連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明通過(guò)將接收器分為數(shù)段，每段之間通過(guò)一傳輸管連接， 而接收器的每段均包括一系列相互平行延伸的吸熱管，這些吸熱管的兩端均與該段接收器兩端的傳輸管連接，通過(guò)如此設(shè)置，從每段接收器的吸熱管流出的熱傳輸流體流入傳輸管中進(jìn)行混合，交換熱量，之后再流入下一段接收器中吸收熱量，如此可克服現(xiàn)有接收器吸熱管中熱傳輸流體受熱不均的缺陷，從而更利于提高吸熱效率，同時(shí)也可克服吸熱管受熱變形不均的缺陷。

圖1為實(shí)施本發(fā)明的菲涅爾太陽(yáng)集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示的菲涅爾太陽(yáng)集熱器的接收器的示意圖。圖3為圖2所示的接收器的一段的立體示意圖。圖4為圖3所示的一段接收器的透視圖。圖5為圖3所示的一段接收器的端面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參閱圖1所示，為實(shí)施本發(fā)明的菲涅爾太陽(yáng)集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖，該菲涅爾太陽(yáng)集熱器1包括聚光模塊10與接收器11。其中該聚光模塊10設(shè)有多個(gè)條狀反射鏡100， 并且該聚光模塊10還設(shè)有太陽(yáng)跟蹤結(jié)構(gòu)(未圖示)，該太陽(yáng)跟蹤結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡100以跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)從而維持聚焦，此太陽(yáng)跟蹤結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有技術(shù)中多有描述，此處不再詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖2所示，接收器11分為數(shù)段，每段吸收器之間通過(guò)傳輸管120連接。請(qǐng)結(jié)合圖3所示，以下僅針對(duì)一段接收器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，其他段的接收器結(jié)構(gòu)均與此相同，該接收器11包括一密封蓋體110，在具體實(shí)施時(shí)，該密封蓋體110外表面呈流線形(如半圓形或橢圓形)，從而減少空氣阻力，并且該密封蓋體110內(nèi)部設(shè)有一系列相互平行延伸的吸熱管113，該些吸熱管113共同形成一腔體111，并且該腔體111面對(duì)聚光模塊10的一端設(shè)有一開(kāi)口 112，該腔體111 一端至開(kāi)口 112—端的截面的橫向尺寸依次增大， 如此形成上部較小而底部較大的呈拱形結(jié)構(gòu)，以減少黑體輻射所造成的熱損失，或者腔體 111也可呈馬蹄形，通過(guò)如此設(shè)置，聚光模塊10所聚集的太陽(yáng)光12從開(kāi)口 112射入該腔體 111內(nèi)部，并在腔體內(nèi)多次反射從而實(shí)現(xiàn)高效率的吸收。請(qǐng)參閱圖3與圖4所示，該密封蓋體110內(nèi)設(shè)有一些管支架117，該吸熱管113通過(guò)這些管支架117而支撐在密封蓋體110內(nèi)，在實(shí)施時(shí)，這些管支架117為絕熱性較佳的材料制成，從而防止吸熱管113通過(guò)管支架117向外部傳導(dǎo)熱能。同時(shí)為防止接收器11內(nèi)的熱量因空氣對(duì)流而散發(fā)，該接收器11還可在開(kāi)口 112外部覆蓋一透明蓋體114，在本實(shí)施例中，該透明蓋體114呈平板狀。當(dāng)然，該透明蓋體114也可設(shè)置呈曲面，即可設(shè)置為向背離開(kāi)口 112的方向凸出，如此經(jīng)聚光模塊10集中的太陽(yáng)光以垂直于該曲面的方向從該透明蓋體114透射至該腔體111內(nèi)，如此可減少反射，從而最大效率的利用被集中的太陽(yáng)光。較佳的，該透明蓋體114可由硅氣凝膠材料制成，因?yàn)楣铓饽z纖細(xì)的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可有效地限制局域熱激發(fā)的傳播，其固態(tài)熱導(dǎo)率比相應(yīng)的玻璃態(tài)材料低2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)，硅氣凝膠的折射率接近1，而且對(duì)紅外線的湮滅系數(shù)之比達(dá)100以上，能有效地透過(guò)太陽(yáng)光，并阻止環(huán)境溫度的紅外，成為一種理想的透明隔熱材料，并且可通過(guò)摻雜的手段，可進(jìn)一步降低硅氣凝膠的輻射熱傳導(dǎo) ，常溫常壓下?lián)教細(xì)饽z的熱導(dǎo)率可低達(dá)0. 013ff/m · K，是目前熱導(dǎo)率最低的固態(tài)材料，而摻入二氧化鈦可使硅氣凝膠成為新型高溫隔熱材料，800K時(shí)的熱導(dǎo)率僅為6. 03w/m · K。由于硅氣凝膠材料具有較佳的絕熱效果，因此可在密封蓋體110至開(kāi)口 112之間均可填充上硅氣凝膠材料，以達(dá)到防止對(duì)流熱損失的目的。另外，為防止吸熱管通過(guò)空氣為媒介傳輸熱能，可在密封蓋體110與透明蓋體114之間的空間抽為真空形成一真空室118，在具體實(shí)施時(shí)，可在密封蓋體110上設(shè)置一單向空氣閥116，利用抽氣裝置(未圖示)通過(guò)此單向空氣閥116而將密封蓋體110與透明蓋體114之間的空間抽為真空。再者，該接收器11兩端設(shè)有固定法蘭119，固定法蘭119之間設(shè)有分流槽121，該分流槽121 一端與傳輸管120連接，而另一端與所有吸熱管113—端連接。再者，由于達(dá)45%的太陽(yáng)輻射能量主要集中于波長(zhǎng)為(0.3_0.7μπι)的可見(jiàn)光的光譜范圍內(nèi)，因此可以在吸熱管113表面依次涂覆有半導(dǎo)體涂層與氧化物保護(hù)層，該半導(dǎo)體涂層是作為選擇性吸收涂層，在太陽(yáng)能利用領(lǐng)域，理想的選擇性吸收材料是對(duì)太陽(yáng)光的可見(jiàn)光部分完全吸收，即對(duì)可見(jiàn)光波段的光線吸收率高，而對(duì)紅外波段具有很高的反射率， 同時(shí)也利用基底金屬材料(金屬吸熱管)的低紅外發(fā)射率而提高整個(gè)吸熱管的紅外反射率，即盡可能降低紅外區(qū)域的發(fā)射率，以減小接收器的黑體輻射。由于半導(dǎo)體材料中存在禁帶寬度Eg，它只能吸收能量大于Eg的波長(zhǎng)，所以存在一個(gè)截止波長(zhǎng)XcUc(Pm) = 1.24/ Eg(eV))，即只有波長(zhǎng)λ < λ c的可見(jiàn)、紫外光等，才能使半導(dǎo)體中電子發(fā)生躍遷進(jìn)入導(dǎo)帶， 引起電子與晶格中質(zhì)點(diǎn)碰撞，將光能轉(zhuǎn)化為熱能；而對(duì)于波長(zhǎng)λ > λ c的紅外光因?yàn)槟芰康筒槐晃斩高^(guò)此半導(dǎo)體涂層，并利用金屬吸熱管(通常為銅或鐵)的高反射特性反射出來(lái)，從而構(gòu)成了半導(dǎo)體涂層的光譜選擇性吸收作用。通常Ge、Si、GaAs的禁帶寬度在室溫下分別為0. 66eV、l. 12eV、1.42eV，即其對(duì)應(yīng)的截止波長(zhǎng)λ c ( μ m)相應(yīng)為1.88,1. 11、0· 87， 因此波長(zhǎng)為(0.3-0.7μπι)的可見(jiàn)光均可很好的被上述半導(dǎo)體材料的涂層吸收。而該氧化物保護(hù)層主要是消光系數(shù)很小的電介質(zhì)，如Al2O3，SiO2等，厚度通常是四分之一可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，可以起到增透可見(jiàn)光的作用，同時(shí)該氧化物保護(hù)層具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力和熱穩(wěn)定性，從而也可保護(hù)半導(dǎo)體涂層與金屬吸熱管，防止氧化及腐蝕。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明通過(guò)將接收器分為數(shù)段，每段之間通過(guò)一傳輸管連接， 而接收器的每段均包括一系列相互平行延伸的吸熱管，這些吸熱管的兩端均與該段接收器兩端的傳輸管連接，通過(guò)如此設(shè)置，從每段接收器的吸熱管流出的熱傳輸流體流入傳輸管中進(jìn)行混合，交換熱量，之后再流入下一段接收器中吸收熱量，如此可以充分利用熱交換流體的吸熱性能，并克服現(xiàn)有接收器吸熱管中熱傳輸流體受熱不均的缺陷，從而更利于提高吸熱與傳熱效率，同時(shí)也可克服吸熱管受熱變形不均的缺陷。同時(shí)將透明蓋體與密封蓋體之間設(shè)為真空，從而可以有效的減少對(duì)流熱損失，提高接收器的吸熱效率，并且通過(guò)在吸熱管表面設(shè)置半導(dǎo)體涂層與氧化物保護(hù)層，可也以更好的吸收太陽(yáng)光，并且不對(duì)外輻射紅外光，從而令該接收器腔體的熱平衡溫度較小，以降低接收器的黑體輻射及提高提高光能-熱能轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)利用氧化物保護(hù)層可以令半導(dǎo)體涂層與金屬吸熱管與空氣隔離， 從而避免半導(dǎo)體涂層與金屬吸熱管氧化，從而增加接收器的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種菲涅爾太陽(yáng)集熱器，包括接收器與聚光模塊，其中該聚光模塊設(shè)有多個(gè)反射鏡， 用以將太陽(yáng)光反射至接收器，而該接收器通過(guò)支架設(shè)于聚光模塊的上方，其特征在于該接 收器分為數(shù)段，每段之間通過(guò)一傳輸管連接，而接收器的每段均包括一系列相互平行延伸 的吸熱管，這些吸熱管的兩端均與該段接收器兩端的傳輸管連接。
2.如權(quán)利要求1所述的菲涅爾太陽(yáng)集熱器裝置，其特征在于每段接收器的一系列相 互平行延伸的吸熱管共同形成一腔體，并且該腔體面對(duì)聚光模塊的一端設(shè)有一開(kāi)口，從聚 光模塊聚焦的太陽(yáng)光從開(kāi)口進(jìn)入腔體，并在腔體內(nèi)多次反射并被吸收。
3.如權(quán)利要求2所述的菲涅爾太陽(yáng)集熱器，其特征在于該接收器在開(kāi)口外部覆蓋一 透明蓋體。
4.如權(quán)利要求3所述的菲涅爾太陽(yáng)集熱器，其特征在于該透明蓋體為平板狀。
5.如權(quán)利要求3所述的菲涅爾太陽(yáng)集熱器，其特征在于該透明蓋體向背離開(kāi)口的方 向凸出并呈曲面設(shè)置。
6.如權(quán)利要求4或5所述的菲涅爾太陽(yáng)集熱器，其特征在于該透明蓋體由高透光率 低反射率的材料制成。
7.如權(quán)利要求6所述的菲涅爾太陽(yáng)集熱器，其特征在于該透明蓋體的材質(zhì)為硅氣凝膠。
8.如權(quán)利要求7所述的菲涅爾太陽(yáng)集熱器，其特征在于該密封蓋體至開(kāi)口處均填充 有硅氣凝膠，該吸熱管被包覆于硅氣凝膠中。
9.如權(quán)利要求1所述的菲涅爾太陽(yáng)集熱器，其特征在于該接收器的腔體呈拱形或馬 蹄形結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的菲涅爾太陽(yáng)集熱器，其特征在于該吸熱管表面依次鍍有半導(dǎo) 體吸收層與氧化物保護(hù)層。
11.如權(quán)利要求1所述的菲涅爾太陽(yáng)集熱器，其特征在于該密封蓋體上設(shè)有單向空氣閥。
12.如權(quán)利要求1所述的菲涅爾太陽(yáng)集熱器，其特征在于每段接收器兩端設(shè)有固定法 蘭，固定法蘭之間設(shè)有分流槽，該分流槽一端與傳輸管連接，而另一端與所有吸熱管端口連 接。
全文摘要
一種菲涅爾太陽(yáng)集熱器，包括接收器與聚光模塊，其中該聚光模塊設(shè)有多個(gè)反射鏡，用以將太陽(yáng)光反射至接收器，而該接收器通過(guò)支架設(shè)于聚光模塊的上方，并且該接收器分為數(shù)段，每段之間通過(guò)一傳輸管連接，而接收器的每段均包括一系列相互平行延伸的吸熱管，這些吸熱管的兩端均與該段接收器兩端的傳輸管連接，通過(guò)如此設(shè)置，從每段接收器的吸熱管流出的熱傳輸流體流入傳輸管中進(jìn)行混合，交換熱量，之后再流入下一段接收器中吸收熱量，如此可克服現(xiàn)有接收器吸熱管中熱傳輸流體受熱不均的缺陷，從而更利于提高吸熱效率。
文檔編號(hào)F24J2/10GK101846402SQ20101018813
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者任松林 申請(qǐng)人:益科博能源科技(上海)有限公司