一種設(shè)置強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)的太陽能集熱器及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽能集熱器及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類對(duì)能源的需求量越來越大。然而煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源儲(chǔ)備量不斷減少、日益緊缺，造成價(jià)格的不斷上漲，同時(shí)常規(guī)化石燃料造成的環(huán)境污染問題也愈加嚴(yán)重，這些都大大限制著社會(huì)的發(fā)展和人類生活質(zhì)量的提高。能源問題已經(jīng)成為當(dāng)代世界的最突出的問題之一。因而尋求新的能源，特別是無污染的清潔能源已成為現(xiàn)在人們研宄的熱點(diǎn)。
[0003]太陽能在吸熱過程中，會(huì)產(chǎn)生局部過熱加熱不均勻的現(xiàn)象，造成局部過熱，在集熱管中過熱沸騰，影響太陽能的吸收，同時(shí)減少了集熱管的壽命，同時(shí)在吸熱過程中，因?yàn)榧療峁艿脑O(shè)置問題以及運(yùn)行中使用問題，造成焦點(diǎn)的偏移，造成一部分太陽能沒有充分利用，造成熱量損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種新的太陽能集熱器系統(tǒng)，從而有效的利用太陽能。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種太陽能集熱器，包括集熱管、反射鏡和集熱板，相鄰的兩個(gè)集熱管之間通過集熱板連接，從而使多個(gè)集熱管和相鄰的集熱板之間形成管板結(jié)構(gòu)；所述兩塊管板結(jié)構(gòu)之間形成一定的夾角，所述夾角方向與反射鏡的圓弧線結(jié)構(gòu)相對(duì)，反射鏡的焦點(diǎn)位于管板結(jié)構(gòu)形成的夾角之間，反射鏡的圓弧線結(jié)構(gòu)相對(duì)的管板結(jié)構(gòu)的壁面上設(shè)置用于強(qiáng)化傳熱的凸起，以加強(qiáng)對(duì)太陽能的吸收。
[0006]作為優(yōu)選，沿著兩塊管板結(jié)構(gòu)的連接位置向管板結(jié)構(gòu)兩側(cè)的最低端的方向上，管板結(jié)構(gòu)的下壁面的凸起高度越來越高。
[0007]作為優(yōu)選，反射鏡的焦點(diǎn)位于兩塊管板結(jié)構(gòu)最低端連線的中點(diǎn)上。
[0008]作為優(yōu)選，反射鏡的圓弧線半徑為R，每塊管板結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度為R1，集熱管的半徑為R2，同一管板結(jié)構(gòu)上相鄰集熱管的圓心的距離為L(zhǎng)，兩塊管板結(jié)構(gòu)之間的夾角為a，則滿足如下公式:
[0009]Rl/R = c*sin(a/2)b，
[0010]0.18〈R2/L〈0.34，
[0011]其中c，b 為系數(shù)，0.39〈c〈0.41，0.020〈b〈0.035 ；
[0012]0.38〈R1/R〈0.41，80°〈 = A〈 = 150°，450mm〈Rl〈750mm, 1100mm〈R〈1800mm，
[0013]90mm〈L〈150mm，20mm〈 = R2〈50mmo
[0014]作為優(yōu)選，c= 0.4002，b = 0.0275。
[0015]作為優(yōu)選，隨著夾角A的增加，C、b的系數(shù)逐漸變大。
[0016]一種太陽能集熱器系統(tǒng)，所述集熱器為前面所提到的集熱器。
[0017]一種太陽能集熱器系統(tǒng)，包括集熱管、反射鏡和集熱板，相鄰的兩個(gè)集熱管之間通過集熱板連接，從而使多個(gè)集熱管和相鄰的集熱板之間形成管板結(jié)構(gòu)；管板結(jié)構(gòu)的壁面上設(shè)置用于強(qiáng)化傳熱的凸起，管板結(jié)構(gòu)表面涂敷吸熱層，所述吸熱層從管板結(jié)構(gòu)內(nèi)向外依次包括過渡層、紅外反射涂層、吸熱涂層、減反射涂層和保護(hù)層，其中過渡層、紅外反射涂層、吸熱涂層、減反射涂層和保護(hù)層的厚度的分別是0.03um、0.23um、0.77um、0.15um、0.12um ；所述過渡層是通過中頻反應(yīng)磁控濺射方法沉積金屬Al、Si與N形成的化合物的過渡層；所述紅外反射涂層從內(nèi)向外為W、Cr、Ag三層，三層的厚度比例為9:4:7 ;吸熱涂層從內(nèi)向外依次包括Cr、Nb、Zr、NbN、Cr2O3五層，五層的厚度比例為9:7:4:4:5 ;減反射涂層從內(nèi)向外依次是AlN、Ti02、Nb205、Al2O3JP Si3N4五層，其中五層的厚度比例為3:6:8:9:2 ;保護(hù)層的成分與過渡層相同。
[0018]一種太陽能集熱器系統(tǒng)，包括集熱管、反射鏡和集熱板，相鄰的兩個(gè)集熱管之間通過集熱板連接，從而使多個(gè)集熱管和相鄰的集熱板之間形成管板結(jié)構(gòu)；管板結(jié)構(gòu)的壁面上設(shè)置用于強(qiáng)化傳熱的凸起，集熱器的集熱管的材料為銅鋁合金，所述銅鋁合金的組分的質(zhì)量百分比如下:3.9% Cr, 3.6% Ag, 2.6% Mn, 3.25% Zr, 2.3% Ce，1.5% Ti, 2.36% Si，其余為 Cu, Al, Cu, Al 的比例為 3.23:2.18。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0020]I)通過凸起的高度設(shè)置，使得太陽能集熱板吸熱均勻，避免局部過熱。
[0021]2)避免了因?yàn)榻裹c(diǎn)偏移造成的太陽能熱量損失，加大了太陽能的吸收力度，提高了吸收率；
[0022]3)本發(fā)明通過多次試驗(yàn)，得到一個(gè)最優(yōu)的太陽能集熱器優(yōu)化結(jié)果，并且通過試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，從而證明了結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0023]4)本發(fā)明對(duì)吸熱層的材料和厚度進(jìn)行精心的選擇和實(shí)驗(yàn)，已達(dá)到最好的吸熱的技術(shù)效果。
【附圖說明】
[0024]圖1是太陽能集熱器系統(tǒng)的截面示意圖
[0025]圖2是太陽能集熱管的截面結(jié)構(gòu)示意圖
[0026]圖3是太陽能集熱器系統(tǒng)的截面示意圖
[0027]圖4是集熱管的頂部示意圖
[0028]附圖標(biāo)記如下:
[0029]I反射鏡，2集熱管，3集熱板，4集箱，5集箱，6集熱器入水管，7集熱器出口管
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0031]如圖1所示，一種太陽能集熱器系統(tǒng)，包括集熱管2、反射鏡I和集熱板3，相鄰的兩個(gè)集熱管2之間通過集熱板3連接，從而使多個(gè)集熱管2和相鄰的集熱板3之間形成管板結(jié)構(gòu)；所述太陽能集熱器系統(tǒng)包括兩塊管板結(jié)構(gòu)，所述兩塊管板結(jié)構(gòu)之間形成一定的夾角a，如圖2所示，所述夾角方向與反射鏡的圓弧線結(jié)構(gòu)彎曲的方向相對(duì)，反射鏡I的焦點(diǎn)D位于管板結(jié)構(gòu)形成的夾角a之間。
[0032]傳統(tǒng)的集熱器都是將集熱管直接設(shè)置在焦點(diǎn)上，一旦位置發(fā)生偏移，則熱量就不會(huì)集熱到集熱管中，通過上述結(jié)構(gòu)，太陽光照射在反射鏡1，通過反射鏡I反射到管板結(jié)構(gòu)，將熱量集熱到管板結(jié)構(gòu)中的集熱管2中。通過這種結(jié)構(gòu)，即使因?yàn)榘惭b或者運(yùn)行問題導(dǎo)致管板結(jié)構(gòu)位置發(fā)生改變，則太陽能依然會(huì)集熱到集熱管2中，從而避免熱量損失；同時(shí)因?yàn)閭鹘y(tǒng)的集熱器都是將集熱管直接設(shè)置在焦點(diǎn)上，造成集熱管局部過熱，造成集熱管局部損失過大，壽命過短，甚至造成集熱管內(nèi)部過熱，產(chǎn)生過熱蒸汽，充滿整個(gè)集熱管，造成集熱管內(nèi)部壓力過大，損壞集熱管，而采取本申請(qǐng)的結(jié)構(gòu)，既可以將熱量充分的吸收，又可以將熱量相對(duì)的分散，避免熱量過于集中，使得整體集熱管吸熱均勻，延長(zhǎng)集熱管的使用壽命。
[0033]作為一個(gè)優(yōu)選，反射鏡I的焦點(diǎn)D位于兩塊管板結(jié)構(gòu)最低端連線的中點(diǎn)上。通過上述設(shè)置，可以保證最大程度上吸收太陽能，避免太陽能因?yàn)榻裹c(diǎn)偏移而損失，同時(shí)還能保證板狀結(jié)構(gòu)盡量可能減少遮擋的照射在反射鏡I上的陽光。通過實(shí)驗(yàn)證明，采用上述結(jié)構(gòu)，太陽能吸收的效果最好。
[0034]在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，集熱管2的管徑不能過大，如果管徑過大，則集熱管2中的水不能進(jìn)行充分的加熱，導(dǎo)致加熱效果很差，反之管徑過小，則集熱管中的水會(huì)過熱，同理，對(duì)于集熱管2之間的距離也滿足要求，如果集熱管2之間的距離過大，則集熱管2中的水的體積過小，會(huì)導(dǎo)致水過熱，同樣，如果集熱管2之間的距離過小，則集熱管分布太密，造成集熱管2內(nèi)的水無法達(dá)到預(yù)定的問題，或者必須需要更多的額外的輔助加熱工具；對(duì)于管板結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，也滿足一定要求，如果管板結(jié)構(gòu)太長(zhǎng)，則會(huì)遮擋住過多的照射到反射鏡I的陽光，造成集熱器吸收陽光的熱量減少，造成達(dá)到理想的加熱情況，如果管板結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度過小，則造成過多的太陽能集熱到小面積的集熱管上，造成集熱管受熱集中，而且還會(huì)造成一部分集熱的太陽能直接沒有集熱到集熱管中，而是直接反射到外部；對(duì)于夾角a，同樣的原理，如果夾角過大，則在反射鏡上部展開對(duì)面積過大，則會(huì)遮擋住過多的照射到反射鏡I的陽光，如果夾角面積過小，則會(huì)出現(xiàn)一部分集熱的太陽能直接沒有集熱到集熱管中，而是直接反射到外部，造成熱量的損失。因此對(duì)于管板結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度、集熱管內(nèi)徑、集熱管之間的距離、管板結(jié)構(gòu)之間的夾角、圓弧線半徑滿足如下關(guān)系:
[0035]反射鏡的圓弧線半徑為R，每塊管板結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度為R1，集熱管的半徑為R2，同一管板結(jié)構(gòu)上相鄰集熱管的圓心的距離為L(zhǎng)，兩塊管板之間的夾角為a，則滿足如下公式:
[0036]Rl/R = c*sin (a/2)b，
[0037]0.18〈R2/L〈0.34，
[0038]其中c，b 為系數(shù)，0.39〈c〈0.41，0.020〈b〈0.035 ；
[0039]0.38〈R1/R〈0.41，80°〈 = A〈 = 150°，450mm〈Rl〈750mm, 1100mm〈R〈1800mm，
[0040]90mm〈L〈150mm，20mm< = R2〈50mmo
[0041]作為優(yōu)選，c= 0.4002，b = 0.0275。
[0042]作為優(yōu)選，隨著夾角a的增加，c、b的系數(shù)逐漸變大。這樣更加滿足實(shí)際工作的需要。
[0043]作為優(yōu)選，管板結(jié)構(gòu)的下壁面(與反射鏡I相對(duì)的面)上設(shè)置用于強(qiáng)化傳熱的凸起，以加強(qiáng)對(duì)太陽能的吸收。沿著管板結(jié)構(gòu)的中部(即最高位置)向兩邊最低位置(即圖1集熱管A向B、C方向)延伸方向上，集熱管的下壁面的凸起高度越來越高。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，從中部向兩側(cè)延伸，吸熱量逐漸升高，通過分析主要原因是因?yàn)橛泄馨褰Y(jié)構(gòu)的阻擋，導(dǎo)致中部受熱最少，而從中部向兩邊延伸，吸收熱量逐漸升高。通過凸起高度的不斷的升高，可以使得整個(gè)集熱管中水的受熱均勻，避免兩側(cè)溫度過高而中間溫度過低。這樣也可以避免中間的集熱管的材料長(zhǎng)期在高溫下容易損壞，可以保持整個(gè)集熱管的溫度均勻，延長(zhǎng)使用壽命O
[0044]作為優(yōu)選，沿著兩塊管板結(jié)構(gòu)的連接位置(即管板結(jié)構(gòu)的中部)向兩邊(即圖1集熱管A向B、C方向)延伸，集熱管的下壁面的凸起密度越來越高。主要原因是中部受熱最少，而從中部向兩邊延伸，吸收熱量逐漸升高。通過凸起密度的不斷的升高，可以使得整個(gè)集熱管中水的受熱均勻，避免中間溫度過低而兩側(cè)溫度過高。這樣也可以避免中間的集熱管的材料長(zhǎng)期在高溫下容易損壞，可以保持整個(gè)集熱管的溫度均勻，延長(zhǎng)使用壽命。
[0045]作為優(yōu)選，集熱管2的內(nèi)壁可以設(shè)置翅片，例如可以設(shè)置直翅片或者螺旋翅片，不同集熱管的內(nèi)的翅片高度不同，沿著兩塊管板結(jié)構(gòu)的連接位置(即管板結(jié)構(gòu)的中部)向兩邊(即圖1集熱管A向B、C方向)延伸，翅片的高度逐漸減少。主要原因是與前面設(shè)置凸起的原因相同。
[0046]管板結(jié)構(gòu)表面涂敷吸熱層，所述吸熱層從管板結(jié)構(gòu)內(nèi)向外依次包括過渡層、紅外反射涂層、吸熱涂層、減反射涂層和保護(hù)層，其中