專利名稱：太陽能儲熱集熱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種太陽能利用技術領域的裝置，具體涉及的是一種基于真空 管-套管組合的太陽能儲熱集熱器。
背景技術：
近年來由于傳統(tǒng)能源的局限性和對環(huán)境污染的日益嚴重，促使世界上許多國家加 強了對新能源和可再生能源技術發(fā)展的開發(fā)，其中太陽能就是一種環(huán)保、高效和用之不竭 的能源。目前，在太陽能熱利用當中，太陽能熱水器的技術已相對成熟，但是這些熱水器大 多都只能提供數(shù)十度左右溫度的熱水用于日常生活，還不能提供工業(yè)所需要的水溫達到 一百多度的高溫空氣或水蒸氣。同時由于天空云層的影響造成了太陽光輻射強度往往隨時 間變化而變化，這就會導致太陽能集熱器的能量輸出呈現(xiàn)出不穩(wěn)定性跳躍性，從而給實際 生產(chǎn)生活中的應用推廣造成了一定困難。經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN1407293，記載了一種中高溫太 陽能集熱及綜合利用系統(tǒng)，其特征在于太陽能集熱器的工作介質向熱交換器傳遞熱能后返 回，各用熱器按工作溫度分組，即工作溫度大致相同的分在一組，試圖通過熱能的梯級利 用，使熱能得到充分合理分配。但是由于沒有儲熱材料蓄熱，其輸出工質的溫度會隨著太陽 光的強度變化而變化，所以無法保證恒定溫度的輸出。進一步檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN1432768，記載了一種相變太陽能集熱器，其 特點是在平板太陽能集熱器相變腔中注入中低溫度的液汽相變材料，通過液體汽化吸收熱 量然后傳導給工質，類似熱管工作原理，缺點是相變溫度低，熱容量小，吸收的熱量必須及 時的傳導出去，沒有儲熱的功能。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種太陽能儲熱集熱器，在太陽能集熱管內同 時實現(xiàn)高的傳熱效率和相當?shù)膬崮芰Γ叩膫鳠嵝士梢詷O大的降低傳熱熱阻，提高太 陽能熱利用率，儲熱能力可實現(xiàn)隨著天氣變化而晴蓄陰放。通過選擇不同的儲熱材料，工質 出口溫度可穩(wěn)定持續(xù)在120°C到190°C之間的某一特定溫度區(qū)間。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括若干根玻璃真空管、傳熱套管、 熱導材料、彈性波紋肋板、保溫塞和聚光板，其中玻璃真空管置于聚光板上，傳熱套管位于 玻璃真空管的中心，彈性波紋肋板位于傳熱套管與玻璃真空管內壁之間，熱導材料設置于 傳熱套管與玻璃真空管內壁之間的空間。保溫塞密封設置于玻璃真空管上端部和套管外 壁。所述的傳熱套管包括若干內外嵌套的銅管，該銅管內設有吸熱工質；所述的聚光板為復合拋物面聚光板(簡稱CPC)，具體為具有復合拋物結構型面的 薄鐵板表面鋪設一層反光鋁箔制成。所述的熱導材料的組分及含量(體積百分比)為50%的固固相變儲熱材料、20%的石墨粉以及30%的導熱油，其中固固相變儲熱材料是指交聯(lián)高密度聚乙烯、層狀鈣鈦 礦或多元醇。所述的多元醇具體是指顆粒狀的季戊四醇或TAM三羥甲基氨基甲烷，該多元醇 直徑大小分布中心為1mm。所述的石墨粉的細度為1000目的石墨粉。本發(fā)明工作過程如下，工質從入口管進入傳熱套管，經(jīng)過對流換熱后流出。太陽輻 射能經(jīng)真空管由吸收涂層吸收，通過熱導材料傳遞給傳熱套管，從而對套管內的工質進行 加熱，加熱后的工質經(jīng)彎頭和連接管進入下一個傳熱套管，進行進一步的加熱，這樣可通過 增加集熱管的數(shù)目來提高被加熱工質的溫度。實驗發(fā)現(xiàn)，不使用儲熱材料時集熱管內流動 工質最大加熱溫度可超過200度。使用儲熱材料后，當集熱管內流動工質溫度達到儲熱材 料的相變溫度時，玻璃真空管吸收的太陽輻射能將不再傳導給流動工質，而是由儲熱材料 通過相變的形式儲存了下來。這樣在太陽輻射強度變弱的時候，儲熱材料中儲存的能量將 釋放出來加熱管內流動工質。所以此集熱/儲熱一體化裝置即使在天空陰晴頻繁變化的情 況下仍然具有較強的穩(wěn)定輸出功率能力。經(jīng)過實驗測量，當儲熱材料蓄熱完畢后，單獨一根 集熱管可以在失去太陽輻射的情況下保持3h以上的50W功率持續(xù)輸出的狀態(tài)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明對工質進行加熱/儲熱的組件包括玻璃真空管、熱導材 料，傳熱套管3個主要部分，結構簡單、環(huán)保。由于玻璃真空管在集熱的同時本身也具有儲 熱的功能，因此不必另外設置儲熱器，這樣可以大大節(jié)約裝置成本和安裝空間。通過實驗確 定了以蓄熱材料季戊四醇，石墨，導熱油三種材料混合而成的集熱/儲熱一體化材料的最 優(yōu)配比，保證了較好的導熱率和儲熱性能。


圖1是集熱管的結構示意正視圖。圖2為集熱管的結構示意圖的B-B面剖視圖。圖3是集熱/儲熱裝置整體實施例應用示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的實施例做詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案為前 提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。如圖1至圖3所示，本實施例包括若干根玻璃真空管1、傳熱套管2、熱導材料3、 彈性波紋肋板4、保溫塞5和聚光板6，其中玻璃真空管1置于聚光板6上，傳熱套管2位 于玻璃真空管1的中心，彈性波紋肋板4位于傳熱套管2內外管之間，熱導材料3設置于傳 熱套管2與玻璃真空管1內壁之間的空間。保溫塞5密封設置于玻璃真空管1上端部和套 管外壁。所述的傳熱套管2包括若干內外嵌套的銅管7，該銅管7內設有吸熱工質8 ；所述的聚光板6為復合拋物面聚光板6 (簡稱CPC)，具體為具有復合拋物結構型面 的薄鐵板表面鋪設一層反光鋁箔制成。所述的熱導材料3的組分及含量(體積百分比)為50%的固固相變儲熱材料、 20%的石墨粉以及30%的導熱油，其中固固相變儲熱材料是指交聯(lián)高密度聚乙烯、層狀鈣鈦礦或多元醇。所述的多元醇具體是指顆粒狀的季戊四醇或TAM三羥甲基氨基甲烷，該多元醇 直徑大小分布中心為1mm。如下表所示，為實施例采用的熱導材料及其對應導熱系數(shù)。表1 表2 表3 所述的石墨粉的細度為1000目的石墨粉。本實施例中的太陽能儲熱集熱器，可提供用于太陽能熱發(fā)電、太陽能空凋和工業(yè) 蒸汽等各種工業(yè)用途的高溫高壓水或水蒸氣。安全環(huán)保，太陽能熱利用率高，系統(tǒng)穩(wěn)定且能 耐壓，集熱管數(shù)目可變，通過采用不同的儲熱材料能將工質出口溫度穩(wěn)定的保持在120°C到 190°C之間的某一特定溫度區(qū)間。本發(fā)明綜合考慮了導熱性能，儲熱性能，成本等因素，通過 實驗確定了以蓄熱材料季戊四醇，石墨，導熱油三種材料混合而成的集熱/儲熱一體化材 料的最優(yōu)配比，大大節(jié)省了空間和金錢。實驗表明單純使用導熱介質的集熱管內流動工質 的正午溫度峰值可達260°C左右但維持時間較短，使用集熱/儲熱一體化材料后，溫度峰值 大約在180°C左右，維持時間多出近一倍。
權利要求
一種太陽能儲熱集熱器，包括若干根玻璃真空管、傳熱套管、熱導材料、彈性波紋肋板、保溫塞和聚光板，其中玻璃真空管置于聚光板上，傳熱套管位于玻璃真空管的中心，彈性波紋肋板位于傳熱套管與玻璃真空管內壁之間，熱導材料設置于傳熱套管與玻璃真空管內壁之間的空間。保溫塞密封設置于玻璃真空管上端部和套管外壁，其特征在于所述的熱導材料的組分及其體積比含量為50％的固固相變儲熱材料、20％的石墨粉以及30％的導熱油，其中固固相變儲熱材料是指交聯(lián)高密度聚乙烯、層狀鈣鈦礦或多元醇。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能儲熱集熱器，其特征是，所述的傳熱套管包括若干內 外嵌套的銅管，該銅管內設有吸熱工質。
3.根據(jù)權利要求1所述的太陽能儲熱集熱器，其特征是，所述的聚光板為復合拋物面 聚光板。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的太陽能儲熱集熱器，其特征是，所述的聚光板為具有復合 拋物結構型面的薄鐵板表面鋪設一層反光鋁箔制成。
5.根據(jù)權利要求1所述的太陽能儲熱集熱器，其特征是，所述的多元醇具體是指顆粒 狀的季戊四醇或TAM三羥甲基氨基甲燒，該多元醇直徑大小分布中心為1mm。
6.根據(jù)權利要求1所述的太陽能儲熱集熱器，其特征是，所述的石墨粉的細度為1000 目的石墨粉。
全文摘要
一種太陽能利用技術領域的基于真空管-套管組合的太陽能儲熱集熱器，包括若干根玻璃真空管、傳熱套管、熱導材料、彈性波紋肋板、保溫塞和聚光板，其中的熱導材料的組分及含量(體積百分比)為50％的固固相變儲熱材料、20％的石墨粉以及30％的導熱油，其中固固相變儲熱材料是指交聯(lián)高密度聚乙烯、層狀鈣鈦礦或多元醇。本發(fā)明結構簡單，運行安全可靠，系統(tǒng)熱效率高且穩(wěn)定，其一體化設計可以大大節(jié)約成本和空間，由于其具有晴蓄陰放的調節(jié)功能，出口的空氣或水蒸氣工質溫度可以穩(wěn)定在120度到190℃之間的某一特定溫度區(qū)間。
文檔編號F24J2/05GK101915465SQ20101026682
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權日2010年8月30日
發(fā)明者劉振華, 宋斌, 肖紅升, 趙峰 申請人:上海交通大學;江蘇桑夏太陽能產(chǎn)業(yè)有限公司