CN101915465A - 太阳能储热集热器 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能利用技术领域的基于真空管-套管组合的太阳能储热集热器，包括：若干根玻璃真空管、传热套管、热导材料、弹性波纹肋板、保温塞和聚光板，其中的热导材料的组分及含量(体积百分比)为：50％的固固相变储热材料、20％的石墨粉以及30％的导热油，其中：固固相变储热材料是指：交联高密度聚乙烯、层状钙钛矿或多元醇。本发明结构简单，运行安全可靠，系统热效率高且稳定，其一体化设计可以大大节约成本和空间，由于其具有晴蓄阴放的调节功能，出口的空气或水蒸气工质温度可以稳定在120度到190℃之间的某一特定温度区间。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种太阳能利用技术领域的装置，具体涉及的是一种基于真空管-套管组合的太阳能储热集热器。
背景技术
近年来由于传统能源的局限性和对环境污染的日益严重，促使世界上许多国家加强了对新能源和可再生能源技术发展的开发，其中太阳能就是一种环保、高效和用之不竭的能源。目前，在太阳能热利用当中，太阳能热水器的技术已相对成熟，但是这些热水器大多都只能提供数十度左右温度的热水用于日常生活，还不能提供工业所需要的水温达到一百多度的高温空气或水蒸气。同时由于天空云层的影响造成了太阳光辐射强度往往随时间变化而变化，这就会导致太阳能集热器的能量输出呈现出不稳定性跳跃性，从而给实际生产生活中的应用推广造成了一定困难。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号：CN1407293，记载了一种中高温太阳能集热及综合利用系统，其特征在于太阳能集热器的工作介质向热交换器传递热能后返回，各用热器按工作温度分组，即工作温度大致相同的分在一组，试图通过热能的梯级利用，使热能得到充分合理分配。但是由于没有储热材料蓄热，其输出工质的温度会随着太阳光的强度变化而变化，所以无法保证恒定温度的输出。
进一步检索发现，中国专利文献号：CN1432768，记载了一种相变太阳能集热器，其特点是在平板太阳能集热器相变腔中注入中低温度的液汽相变材料，通过液体汽化吸收热量然后传导给工质，类似热管工作原理，缺点是相变温度低，热容量小，吸收的热量必须及时的传导出去，没有储热的功能。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种太阳能储热集热器，在太阳能集热管内同时实现高的传热效率和相当的储热能力，高的传热效率可以极大的降低传热热阻，提高太阳能热利用率，储热能力可实现随着天气变化而晴蓄阴放。通过选择不同的储热材料，工质出口温度可稳定持续在120℃到190℃之间的某一特定温度区间。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：若干根玻璃真空管、传热套管、热导材料、弹性波纹肋板、保温塞和聚光板，其中：玻璃真空管置于聚光板上，传热套管位于玻璃真空管的中心，弹性波纹肋板位于传热套管与玻璃真空管内壁之间，热导材料设置于传热套管与玻璃真空管内壁之间的空间。保温塞密封设置于玻璃真空管上端部和套管外壁。
所述的传热套管包括若干内外嵌套的铜管，该铜管内设有吸热工质；
所述的聚光板为复合抛物面聚光板(简称CPC)，具体为具有复合抛物结构型面的薄铁板表面铺设一层反光铝箔制成。
所述的热导材料的组分及含量(体积百分比)为：50％的固固相变储热材料、20％的石墨粉以及30％的导热油，其中：固固相变储热材料是指：交联高密度聚乙烯、层状钙钛矿或多元醇。
所述的多元醇具体是指：颗粒状的季戊四醇或TAM三羟甲基氨基甲烷，该多元醇直径大小分布中心为1mm。
所述的石墨粉的细度为1000目的石墨粉。
本发明工作过程如下，工质从入口管进入传热套管，经过对流换热后流出。太阳辐射能经真空管由吸收涂层吸收，通过热导材料传递给传热套管，从而对套管内的工质进行加热，加热后的工质经弯头和连接管进入下一个传热套管，进行进一步的加热，这样可通过增加集热管的数目来提高被加热工质的温度。实验发现，不使用储热材料时集热管内流动工质最大加热温度可超过200度。使用储热材料后，当集热管内流动工质温度达到储热材料的相变温度时，玻璃真空管吸收的太阳辐射能将不再传导给流动工质，而是由储热材料通过相变的形式储存了下来。这样在太阳辐射强度变弱的时候，储热材料中储存的能量将释放出来加热管内流动工质。所以此集热/储热一体化装置即使在天空阴晴频繁变化的情况下仍然具有较强的稳定输出功率能力。经过实验测量，当储热材料蓄热完毕后，单独一根集热管可以在失去太阳辐射的情况下保持3h以上的50W功率持续输出的状态。
与现有技术相比，本发明对工质进行加热/储热的组件包括玻璃真空管、热导材料，传热套管3个主要部分，结构简单、环保。由于玻璃真空管在集热的同时本身也具有储热的功能，因此不必另外设置储热器，这样可以大大节约装置成本和安装空间。通过实验确定了以蓄热材料季戊四醇，石墨，导热油三种材料混合而成的集热/储热一体化材料的最优配比，保证了较好的导热率和储热性能。
附图说明
图1是集热管的结构示意正视图。
图2为集热管的结构示意图的B-B面剖视图。
图3是集热/储热装置整体实施例应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1至图3所示，本实施例包括：若干根玻璃真空管1、传热套管2、热导材料3、弹性波纹肋板4、保温塞5和聚光板6，其中：玻璃真空管1置于聚光板6上，传热套管2位于玻璃真空管1的中心，弹性波纹肋板4位于传热套管2内外管之间，热导材料3设置于传热套管2与玻璃真空管1内壁之间的空间。保温塞5密封设置于玻璃真空管1上端部和套管外壁。
所述的传热套管2包括若干内外嵌套的铜管7，该铜管7内设有吸热工质8；
所述的聚光板6为复合抛物面聚光板6(简称CPC)，具体为具有复合抛物结构型面的薄铁板表面铺设一层反光铝箔制成。
所述的热导材料3的组分及含量(体积百分比)为：50％的固固相变储热材料、20％的石墨粉以及30％的导热油，其中：固固相变储热材料是指：交联高密度聚乙烯、层状钙钛矿或多元醇。
所述的多元醇具体是指：颗粒状的季戊四醇或TAM三羟甲基氨基甲烷，该多元醇直径大小分布中心为1mm。
如下表所示，为实施例采用的热导材料及其对应导热系数。
表1：
表2：
表3：
所述的石墨粉的细度为1000目的石墨粉。
本实施例中的太阳能储热集热器，可提供用于太阳能热发电、太阳能空凋和工业蒸汽等各种工业用途的高温高压水或水蒸气。安全环保，太阳能热利用率高，系统稳定且能耐压，集热管数目可变，通过采用不同的储热材料能将工质出口温度稳定的保持在120℃到190℃之间的某一特定温度区间。本发明综合考虑了导热性能，储热性能，成本等因素，通过实验确定了以蓄热材料季戊四醇，石墨，导热油三种材料混合而成的集热/储热一体化材料的最优配比，大大节省了空间和金钱。实验表明单纯使用导热介质的集热管内流动工质的正午温度峰值可达260℃左右但维持时间较短，使用集热/储热一体化材料后，温度峰值大约在180℃左右，维持时间多出近一倍。
Claims (6)
1.一种太阳能储热集热器，包括：若干根玻璃真空管、传热套管、热导材料、弹性波纹肋板、保温塞和聚光板，其中：玻璃真空管置于聚光板上，传热套管位于玻璃真空管的中心，弹性波纹肋板位于传热套管与玻璃真空管内壁之间，热导材料设置于传热套管与玻璃真空管内壁之间的空间。保温塞密封设置于玻璃真空管上端部和套管外壁，其特征在于：
所述的热导材料的组分及其体积比含量为：50％的固固相变储热材料、20％的石墨粉以及30％的导热油，其中：固固相变储热材料是指：交联高密度聚乙烯、层状钙钛矿或多元醇。
2.根据权利要求1所述的太阳能储热集热器，其特征是，所述的传热套管包括若干内外嵌套的铜管，该铜管内设有吸热工质。
3.根据权利要求1所述的太阳能储热集热器，其特征是，所述的聚光板为复合抛物面聚光板。
4.根据权利要求1或3所述的太阳能储热集热器，其特征是，所述的聚光板为具有复合抛物结构型面的薄铁板表面铺设一层反光铝箔制成。
5.根据权利要求1所述的太阳能储热集热器，其特征是，所述的多元醇具体是指：颗粒状的季戊四醇或TAM三羟甲基氨基甲烷，该多元醇直径大小分布中心为1mm。
6.根据权利要求1所述的太阳能储热集热器，其特征是，所述的石墨粉的细度为1000目的石墨粉。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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