CN102242978A - 一种太阳能热发电太阳能集热系统及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的就是提供一种高温太阳能采集系统及制造方法，特别是用于太阳能热发电的集热采集系统，本发明采用设置的主腔体以及多个子腔体组成的采集系统，实现太阳能的高温采集利用，主腔体与子腔体采用采用焊接、螺纹连接、法兰连接的至少一种方式连接，改变了现有的直接插入不能承压的缺陷，同时采用多层的保温材料，采用耐温度高于80摄氏度的高温保温以及耐温度低于80摄氏度低温保温实现对腔体的保温，同时由于现有的腔体采用厚度0.4-0.6毫米的金属板材，不能承压，因而将金属提高为大于0.8毫米的金属材料，这样实现了高温与高压的太阳能集热。

Description

一种太阳能热发电太阳能集热系统及制造方法

技术领域

本发明涉及太阳能的利用，特别是太阳能的采集以及太阳能热发电利用以及其他热利用。

背景技术

太阳能的低温热利用已经非常成熟，特别是直接采用真空玻璃管技术进行太阳能的采集并加以利用，这种技术方法是将水直接的通过玻璃管的内部进行加热，但是这种技术存在的问题是不能在寒冷的区域使用，而且是非承压型，为了解决寒冷区域使用问题，采用了“U”型管以及热管形式，但是“U”型管增加了泵的耗电以及结垢问题，也增加了成本；采用热管技术的主要问题是采用铜材的热管外加翅片，这样增加了很大的成本，而且普通的热管技术生产制造成本高，可靠性差，这都障碍了热管技术在太阳能的应用，同时即使采用了热管技术仍无法实现高效能的传热；也有在冬季通过电加热的方式来解决冬季冻裂的问题，这样增加了耗电，使热水的成本增加。

现有的太阳能低温热利用基本上停留在热水的应用，按照国标太阳能热水器的温度是不超过60摄氏度的热能利用，其应用的功能仅限于热水的应用。

太阳了低温热发电的应用，基本是在60-400摄氏度的应用，由于温度升高，压力增大，现有的太阳能集热采集部分不能直接应用于太阳能热发电，特别是在温度超过100摄氏度后，太阳能采集内部的压力增大，现有的产品都无法承受大的压力，同时由于温度升高，现有的保温材料采用聚氨酯将出现软化，无法适用于高温的保温，因而必须改进现有的产品，以便于应用于太阳能高温应用。

发明内容

本发明的目的就是提供一种高温太阳能采集系统，特别是用于太阳能热发电的集热采集系统，本发明采用设置的主腔体以及多个子腔体组成的采集系统，实现太阳能的高温采集利用，主腔体与子腔体采用采用焊接、螺纹连接、法兰连接的至少一种方式连接，改变了现有的直接插入不能承压的缺陷，同时采用多层的保温材料，采用耐温度高于80摄氏度的高温保温以及耐温度低于80摄氏度低温保温实现对腔体的保温，同时由于现有的腔体采用厚度0.4-0.6毫米的金属板材，不能承压，因而将金属提高为大于0.8毫米的金属材料，这样实现了高温与高压的太阳能集热。

具体发明内容如下：一种太阳能热发电太阳能集热系统，真空集热管、真空玻璃管、热管、金属腔体、保温材料等组成，其特征是：设置有一个主腔体与多个平行并列的子腔体相互连接，其连接方式采用焊接、螺纹连接、法兰连接中的至少一种方式；在主腔体的外部设置有保温材料，所述的保温材料至少由高温保温材料与低温保温组成，其高温保温材料设置在主腔体的外部，低温保温材料设置在高温保温材料的外部；所述子腔体的结构为下列一种：A、在每个子腔体的外部或子腔体外部加工上的翅片上设置有太阳能选择涂层，将太阳能转换为热能，并且在所有的子腔体外部设置有一个共同的透光保温腔体；B、所述的子腔体由热管组成，在热管的外部套有真空集热管；C、其子腔体为一个盲管或U形管，在每个子腔体的外部或子腔体外部加工上的翅片上设置有太阳能选择涂层，将太阳能转换为热能，在每一个子腔体的外部设置有真空玻璃管。

当所述的子腔体为热管时，在子腔体的外部可以设置套管，热管或热管外部设置的套管采用焊接、螺纹连接、法兰连接的至少一种方式与主腔体连接，优选为采用锥形螺纹连接，子腔体上的套管的至少一段外径与真空玻璃管的外径相同。

主腔体、子腔体的材质可以选择铜、铝、不锈钢、碳钢、铁中的一种。

热管的材质如果采用铜，铜在金属材料中的性能是相对是高的，但是，铜的材料的价格是逐年增长，如果采用碳钢，其价格将由10倍的降低，通过产品测试表明，普通钢的热管与铜热管具有基本相同的性能，因而，从制造成本上，优先选用普通钢、不锈钢材料制作热管，这样可以降低成本。

主腔体、子腔体的断面形状为下列之一：圆形、矩形、多边形、椭圆形、菱形、方形。

子腔体的轴线形状是至少下列形状之一：弯曲的、蛇形、波浪形、包含有至少一个闭环回路。

热管的截面和轴线可以没有限制，但在制造上，优选低成本的通常轴线和截面的产品，如圆形，方形；其轴线为含有至少一个闭环的回路，构成回路传热管结构，其闭环回路还可以构成循环自振荡热管，这都是目前主要的热管结构技术，热管领域的普通技术人员都可设计和制造；主腔体、子腔体的厚度大于0.8毫米。

为了增加腔体的耐压性能，需要增加腔体的金属厚度，由于现有的产品的厚度仅为0.4-0.6MM，甚至有些厂家为了降低成本，将采用0.2-0.4MM的材料，这种材料难以实现承压，因而需要增加材料的厚度。通常主腔体的厚度采用2MM，，子腔体的厚度采用1MM。

热管(1)内部充装的工作介质(4)为至少下列一种或其混合物：氨，氟利昂(卤代烃)，碳氢化合物(烃类)，乙醇，甲醇，丙酮，二氧化碳，水，丁烷。

热管的工作介质需要在冬季能够运行，其启动的工作温度应该选用比较低温工作的工作介质，因而优选低温启动的氟利昂(卤代烃)，碳氢化合物(烃类)为工作介质，这样可以保证热管在冬季可以在低温区快速的启动，同时，这类工作介质，在低温下不会相变为冰，使得产品在冬季不会冻裂，保证了热管可以在冬季正常的应用。

在热管(1)的至少一端设置有灌装部位，通过灌装部位实现对热管内部工作介质(4)的充装和/或真空度的实现。

在灌装口部位设置有单向阀，通过单向阀门实现对热管工作介质的充装；高温保温材料选择下列一种：膨胀珍珠岩、矿物棉、玻璃棉、耐火纤维、硅酸钙、岩棉、硅酸铝、石英砂、蛭石；低温保温材料选自下列至少一种：聚氨酯、橡塑海绵、聚乙烯、聚苯乙烯。

高温保温材料的使用温度为80-500摄氏度，低温保温材料的使用温度低于为80摄氏度。

在子腔体的外部设置有翅片，在翅片上设置有太阳能选择涂层，将太阳能转换为热能。

为了增加太阳能采集的温度及效率，在子腔体的外部设置有反射板或透射板。

反射板或透射板选自下列一种：菲涅尔透镜或反射镜、金属反射镜、玻璃反射或透射镜。

本发明的采集系统可以实现高温太阳能采集，不仅可以应用于高温的太阳能发电系统，而且可以应用于高温蒸汽、太阳能晒盐、太阳能海水淡化等多种太阳能高温热利用领域。

一种制造权利要求1所述的太阳能热发电太阳能集热系统的制造方法，其制造步骤如下：(1)、选择一定长度的金属管为主腔体(不锈钢、铁管)；(2)、在金属管上打孔，每个孔之间保持相同的间距以及其轴线在一个平面上，同时将主腔体的通过封闭焊接上两个带有进口和出口的端头；(3)、将螺母或者法兰焊接在主腔体管道的孔上；(4)、将高温保温层加工到内胆外部；(5)、将外联箱的外壳体加工在内胆上，可以采用专业的焊接设备，外壳体可以采用金属板、装饰板，通过焊接将外壳体加工完毕；(6)、在每一个开工部位填充上模具，将每一个孔填充上；(7)、利用一个孔或者箱体的一侧将聚氨酯加入到内腔体内进行发泡；(8)、在温度处于20-30度的房间内进行保温24小时处理，使得聚氨酯可以正常冷却。

(9)、选择金属管件按照一定长度进行裁剪为多个子腔体，所述子腔体为热管；(10)、将热管壳体的一端进行焊接密闭，同时将螺杆、法兰焊接在套管上，再将套管焊接在热管壳体上；(11)、将液体工作介质灌入到热管中；(12)、在热管上安装阀门及阀芯，并通过阀门灌装气体工作介质，通过阀芯进行排气，或通过对热管进行加热后排气；(13)、将多个子腔体平行并列的与主腔体采用螺杆、法兰进行连接。

此种结构的太阳能应用的优点为：1、本发明实现了将现有的太阳能采集系统高温化的目的，实现了将现有的产品进行升级换代，特别是高温的利用；2、采用螺纹、焊接、法兰连接，可以承受5-50公斤的压力，在特殊要求下，还可以实现超过50公斤的压力，只需要增加腔体的厚度，因而完全可以满足压力的要求；3、采用多层保温，可以实现不同温度的保温要求，从现有的60度以下，到60-300度的中温度区间以及更高的温度，都可以利于多层保温实现保温；4、采用热管传热，实现了高效的传热，减少了热损，特别是采用锥形螺纹连接，实现了承压的快速连接；5、本发明的产品，可以广泛的应用于不同的领域，除了可以应用与太阳能发电之外，还可以应用于其他高温蒸汽、太阳能晒盐、太阳能海水淡化等应用。

附图说明

图1：平板型焊接采集系统；图2：真空管热管锥形螺纹连接采集系统。

图中的数字标号的具体含义如下：1：主腔体，2：子腔体，3：高温保温层，4：低温保温层，5：真空玻璃管，6：热管套管；7：平板型采集系统透光保温箱体。

具体实施方式

图1：平板型焊接采集系统如图1所示，主腔体为普通无缝钢管(1)，厚度3MM，在其下面并行焊接有四个无缝钢管为子腔体(2)，壁厚为1MM，主腔体的保温保温层(3)为石棉，厚度为10mm，第二保温层为聚氨酯(4)，厚度为15MM，在子腔体的管外部壳体上设置有太阳能选择涂层，其二腔体采用一个封闭腔体(7)进行密闭，封闭腔体的一侧采用真空透光玻璃，其余部分为保温材料制成的保温箱体。

图2：真空管热管锥形螺纹连接采集系统如图2所示，主腔体为不锈钢管(1)，厚度2MM，在其下面并行采用锥形螺纹连接的四个不锈钢热管为子腔体(2)，在主腔体上焊接有四个螺母，在子腔体热管的套管上焊接有螺杆，四个热管通过锥形螺纹与主腔体实现承压连接，热管的壁厚1MM，主腔体的保温保温层(3)为玻璃纤维棉，厚度为15mm，第二保温层为聚氨酯(4)，厚度为10MM，在子腔体热管的外部设置有真空玻璃管(5)。

Claims (10)

1.一种太阳能热发电太阳能集热系统，由真空集热管、真空玻璃管、热管、金属腔体、保温材料等组成，其特征是：设置有一个主腔体与多个平行并列的子腔体相互连接，其连接方式采用焊接、螺纹连接、法兰连接中的至少一种方式；在主腔体的外部设置有保温材料，所述的保温材料至少由高温保温材料与低温保温组成，其高温保温材料设置在主腔体的外部，低温保温材料设置在高温保温材料的外部；所述子腔体的结构为下列一种：

A、在每个子腔体的外部或子腔体外部加工上的翅片上设置有太阳能选择涂层，将太阳能转换为热能，并且在所有的子腔体外部设置有一个共同的透光保温腔体；

B、所述的子腔体由热管组成，在热管的外部套有真空集热管；

C、其子腔体为一个盲管或U形管，在每个子腔体的外部或子腔体外部加工上的翅片上设置有太阳能选择涂层，将太阳能转换为热能，在每一个子腔体的外部设置有真空玻璃管。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能热发电太阳能集热系统，其特征是：当子腔体为热管时，在子腔体的外部还设置有套管，子腔体与主腔体之间通过套管进行连接，其子腔体上的套管的至少一段外径与真空玻璃管的外径相同。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能热发电太阳能集热系统，其特征是：主腔体与子腔体的厚度大于0.8毫米。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能热发电太阳能集热系统，其特征是：所述主腔体与子腔体的材质为铜、铝、不锈钢、碳钢、铁中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能热发电太阳能集热系统，其特征是：主腔体与子腔体的断面形状为下列之一：圆形、矩形、多边形、椭圆形、菱形、方形；

子腔体的轴线形状是至少下列形状之一：弯曲的、蛇形、波浪形、包含有至少一个闭环回路。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能热发电太阳能集热系统，其特征是：高温保温材料选择下列一种：膨胀珍珠岩、矿物棉、玻璃棉、耐火纤维、硅酸钙、岩棉、硅酸铝、石英砂、蛭石；

低温保温材料选自下列至少一种：聚氨酯、橡塑海绵、聚乙烯、聚苯乙烯。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能热发电太阳能集热系统，其特征是：在热管的壳体外部设置有翅片，在翅片上设置有太阳能选择涂层，将太阳能转换为热能。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能热发电太阳能集热系统，其特征是：为了增加太阳能采集的温度及效率，在子腔体的外部设置有反射板或透射板。

9.根据权利要求8所述的一种太阳能热发电太阳能集热系统，其特征是：反射板或透射板选自下列一种：菲涅尔透镜或反射镜、金属反射镜、玻璃反射或透射镜。

10.一种制造权利要求1所述的太阳能热发电太阳能集热系统的制造方法，其制造步骤如下：

(1)、选择一定长度的金属管为主腔体；

(2)、在金属管上打孔，每个孔之间保持相同的间距以及其轴线在一个平面上，同时将主腔体的通过封闭焊接上两个带有进口和出口的端头；

(3)、将螺母或者法兰焊接在主腔体管道的孔上；

(4)、将高温保温层加工到内胆外部；

(5)、将外联箱的外壳体加工在内胆上，可以采用专业的焊接设备，外壳体可以采用金属板、装饰板，通过焊接将外壳体加工完毕；

(6)、在每一个开工部位填充上模具，将每一个孔填充上；

(7)、利用一个孔或者箱体的一侧将聚氨酯加入到内腔体内进行发泡；

(8)、在温度处于20-30度的房间内进行保温24小时处理，使得聚氨酯可以正常冷却；

(9)、选择金属管件按照一定长度进行裁剪为多个子腔体，所述子腔体为热管；

(10)、将热管壳体的一端进行焊接密闭，同时将螺杆、法兰焊接在套管上，再将套管焊接在热管壳体上；

(11)、将液体工作介质灌入到热管中；

(12)、在热管上安装阀门及阀芯，并通过阀门灌装气体工作介质，通过阀芯进行排气，或通过对热管进行加热后排气；

(13)、将多个子腔体平行并列的与主腔体采用螺杆、法兰进行连接。

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