[实用新型]一种直通式太阳能集热管及其集热器

说明书

一种直通式太阳能集热管及其集热器，包括直通式太阳能集热管和聚光器，直通式太阳能集热管位于聚光器的焦线上。直通式太阳能集热管的玻璃外管同轴套装在金属内管外面，在玻璃外管和金属内管之间形成环形真空封闭空间。玻璃排气封接口位于玻璃外管上的非太阳聚光侧，为了保证该集热器具有高聚光比，防止聚光溢出，金属内管为椭圆形管，其长轴与短轴之比范围为1.1倍—5倍之间，且金属内管的长轴方向指向玻璃排气封接口方向，与聚光器的开口平面垂直，从而显著降低了聚光器聚光的溢光损失，提高了系统聚光比。同时椭圆形金属内管增加了金属内管抗弯强度，提高了直通式太阳能集热管的安全性。

技术领域

本实用新型涉及一种直通式太阳能集热管及集热器。

背景技术

线性聚光太阳能集热系统是目前国际上商业应用最广、成本较低的太阳能热利用设备，其采用抛物面槽式聚光器或线性菲涅尔聚光器将太阳光反射聚焦到位于其焦线的直通式太阳能集热管上加热管内流体，实现太阳能与热能的转化。直通式太阳能集热管是线性聚光太阳能集热系统中，从光到热能转化的最为关键部件，而决定光热转化效率的关键因素为聚光比，聚光比为线性聚光器的开口宽度与直通式太阳能集热管的金属内管周长之比，对于直通式太阳能集热管来说，其光热转化效率随聚光比提高而提高。

为了提高线性聚光太阳能集热系统光热转化效率和降低成本，采用更大开口的线性聚光器成为了当前线性聚光太阳能集热系统的发展趋势。由于线性聚光器开口宽度提高后，若不增加直通式太阳能集热管的金属内管直径，导致部分聚光光斑超出金属内管直径宽度，浪费太阳聚光辐射能量。而若增加直通式太阳能集热管的金属内管直径，其聚光比反而会下降，同时热损失也随金属内管直径增加而增加。同时，传统的直通式太阳能集热管在运行时，由于线性聚光器的反射聚光大多位于金属内管的底部，金属内管受热不均产生较大的弯曲变形，造成直通式太阳能集热管的玻璃外管大量损坏。因此，开发出更安全、适用于高聚光比集热器的直通式太阳能集热管及其集热器对提高线性聚光太阳能集热系统的光热转化效率和经济性具有重要的意义。

中国专利201611107912.4公开了一种“槽式太阳能高温真空集热管”，其采用复合曲面的异性管作为内吸收管，内吸收管上下表面为平面，两侧为圆弧面。该种内吸热管由于采用上下为平面的结构，减少了内吸热管辐射面积，降低热损失，但该结构容易造成内吸热管上下部分漏光，浪费了太阳聚光辐射能量，难以增加聚光比，也不能增加金属内管的抗弯曲强度。另一中国专利201110175100.4公开了“椭圆型太阳能集热管及其制造方法”，其采用椭圆型玻璃外管，一端与椭圆型端盖连接，另一端与吸热和换热件连接，尾管位于椭圆型玻璃的另一端口。该专利目的是减少玻璃外管的材料，排列时可以更紧凑，但该结构难以增加聚光比和金属内管抗弯强度，由于仅一端具有出口，也难以应用与线性聚光器上。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种更安全、适用于高聚光比集热器的直通式太阳能集热管及其集热器。

本实用新型根据线性聚光器聚光光斑在焦点分布为上下宽左右窄的特点，采用椭圆形金属内管的方法，显著降低了线性聚光器聚光溢光损失，提高了线性聚光太阳能集热系统的聚光比。同时，由于椭圆形金属内管长轴方向始终指向太阳方向，可显著降低金属内管由于温度分布不均造成的向下弯曲的趋势，增加了金属内管抗弯强度，提高了直通式太阳能集热管的安全性。

经过光学计算，采用本实用新型的直通式太阳能集热管，对于6.77m开口宽度的抛物面槽式太阳能聚光器，在相同聚光比96倍情况下，椭圆形金属内管比圆形金属内管可增加吸收约15％的聚光，减少了聚光器的溢光损失。同时，由于长轴指向太阳方向，椭圆在此方向难以发生弯曲，相比圆形金属内管易于发生弯曲变形，椭圆结构明显降低了金属内管弯曲变形的发生。本实用新型结构简单，稍微改变传统的直通式太阳能集热管的生产设备即可生产，非常适用于更高温、更大聚光比的线性聚光太阳能集热系统，可显著提高系统光热转化效率和运行的安全性。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：