申请/专利权人：天津大学

申请日：2018-09-30

公开（公告）日：2024-03-15

公开（公告）号：CN109357416B

主分类号：F24S10/50

分类号：F24S10/50;F24S10/40;F24S80/00;F24S70/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.15#授权;2019.03.15#实质审查的生效;2019.02.19#公开

摘要：本发明公开了一种在吸热器上开孔的太阳能集热管,该集热管包括吸热器，吸热器设置于玻璃套管中，吸热器为一端采用堵头封闭，另一端开启的金属管，在吸热器上布置有多个开孔，吸热器的外表面和内表面及孔壁均涂有选择性吸收涂层，换热介质从一侧流入，从开孔中流出,密封装置位于换热介质入口处，设置于吸热器与玻璃套管之间，玻璃套管外侧涂有选择性透过涂层。本发明可以有效促进吸热器与换热介质对流换热系数的提高，同时降低吸热器的热应力。

主权项：1.一种在吸热器上开孔的太阳能集热管，其特征在于，在每支玻璃套管内插入一根只有一端封闭且表面开孔的吸热器，该集热管包括吸热器1、玻璃套管2、吸热器的堵头7、吸热器与玻璃套管间的密封装置3；吸热器1为一端采用堵头7封闭，另一端开启的金属管，设置于玻璃套管2中；吸热器1的外表面和内表面以及孔壁面均涂有选择性吸收涂层6，用于吸收太阳光线；玻璃套管2的外表面涂有选择性透过涂层4，用于透过太阳辐射；所述吸热器1为换热介质5的第一流道，吸热器1与玻璃套管2之间形成的空隙为第二流道；吸热器1的开启端与玻璃套管2的开启端设置在异侧，换热介质5由吸热器1的开启端进入第一流道，随后从吸热器1上布置的开孔处流出流向第二流道，最后从玻璃套管2的开启端流出；玻璃套管2的密封装置3位于吸热器1的开启端，设置于吸热器1与玻璃套管2之间，是对第二流道进行约束；当集热管为平板式或真空管式集热器，则开孔位置在吸热器1的上半部分；当集热管为聚焦式的集热器，开孔位置在吸热器1的下半部分；太阳光不仅可以投射到吸热器的外表面上，还可以穿过吸热器上的开孔投射到吸热器的内表面上。

全文数据：一种在吸热器上开孔的太阳能集热管技术领域本发明涉及太阳能集热领域，具体涉及一种在吸热器上开孔的太阳能集热管。背景技术随着社会经济的发展，化石能源的利用给环境造成的压力日趋严重。为了缓解化石能源的短缺问题和化石能源燃烧带来的环境问题，可再生能源的开发和利用越来越广泛。太阳能资源取之不尽，用之不竭，是目前最受人类欢迎的可再生能源。太阳能的有效利用程度取决于太阳能的集热方式和吸热器的材质、结构等因素。为了提高吸热器的集热量和换热量，吸热器一般采用导热性较好的金属材质且其外表面一般都涂有选择性吸收涂层。太阳能吸热器目前存在以下几个问题：1.吸热器的热应力分布不均。由于太阳光的特性，吸热器表面只能有一部分接收到太阳辐射，这直接导致了吸热器表面不同位置受热的不均匀性，从而增加了吸热器的热应力，降低了吸热器的使用年限。2.吸热器与换热介质之间的换热效率不高。由于吸热器内的流场特性和换热介质的固有特性，目前多为传热介质对吸热器直接冲刷，传热系数并不高。虽然有一些改进措施，如：加肋片或扰流器，但也会增加很多阻力，总体效果改善并不明显。发明内容为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种在吸热器上开孔的太阳能集热管，解决现有技术中吸热器的热应力分布不均、吸热器与换热介质之间的换热效率不高的问题。本发明的技术方案是：一种在吸热器上开孔的太阳能集热管,该集热管包括吸热器，吸热器设置于玻璃套管中，吸热器为一端采用堵头封闭，另一端开启的金属管，在吸热器上布置有多个开孔，吸热器的外表面和内表面及孔壁均涂有选择性吸收涂层，换热介质从一侧流入，从开孔中流出,密封装置位于换热介质入口处，设置于吸热器与玻璃套管之间，玻璃套管外侧涂有选择性透过涂层。当集热管为平板式或真空管式集热器，则开孔位置在吸热器的上半部分；真空管式太阳能集热器时需要在集热管外部再套一层玻璃管，外层玻璃管与内层玻璃管之间抽真空。当集热管为聚焦式的集热器，开孔位置在吸热器的下半部分。所述吸热器开孔的形状为圆形、椭圆形、三角形、矩形或菱形。所述吸热器上开孔的个数为复数个，开孔的排数为单排孔，双排孔或多排孔。所述吸热器上孔与孔之间的间距为等间距的或者不等间距的。所述吸热器上每个孔尺寸是相等的或者不等的。所述密封装置为密封圈、密封条或密封垫片。所述换热介质为可透光的换热介质。所述换热介质为水、盐水溶液或醇溶液。本发明的有益效果是：1本发明的吸热器上开有多个孔洞，换热介质从吸热器的一端流入，从吸热器的各个孔洞中流出。换热介质不仅可以与吸热器的内表面进行换热，还可以通过吸热器的各个孔洞与吸热器进行换热，流到吸热器外表面后，换热介质还可以与吸热器的外表面再进行一次换热。此方案增加了换热介质与吸热器的换热系数和换热面积，提高了换热介质与吸热器的换热效率。2本发明的吸热器的内表面和外表面以及各个孔洞内侧均涂有选择性吸收涂层,太阳光不仅可以投射到吸热器的外表面上，还可以穿过吸热器上的开孔投射到吸热器的内表面上。吸热器的吸热面积并不会减少，吸热器内表面可以通过吸收穿过开孔的太阳光的热量，可以有效提高吸热器沿径向方向温度分布的均匀性，进而可以降低吸热器的热应力，提高吸热器的使用寿命。3当吸热器沿管长方向的开孔大小不均匀时，可以有效防止流体的短路和回流现象。4本发明可以在接收太阳辐照多的地方多开孔，增强此处的对流换热，进一步改善热应力分布不均的问题。5本装置不仅可以应用于平板式太阳能集热器和真空管式太阳能集热器，还可以应用于槽式太阳能集热器等聚焦型集热器。6在吸热器上进行开孔的操作工艺简单，成本低廉，便于大批量加工制造。本发明所述的吸热器具有集热面积大，换热效率高，使用寿命长，应用范围广，制造加工简单等优点。附图说明图1是本发明采用开孔吸热器的集热装置的结构示意图；图2是采用不同开孔形式的部分吸热器结构示意图；a均匀大小的单排开孔，b不均匀大小的单排开孔，c均匀大小的多排开孔；图3是本发明应用于槽式太阳能集热器时的结构示意图；图4是本发明应用于真空管式太阳能集热器时的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。如图1所示，吸热器1外表面、内表面及各个孔壁上均涂有选择性吸收涂层6,选择性吸收涂层6可以有效吸收投射到吸热器1上的太阳光。太阳光不仅能照射到吸热器的外表面,还可以穿过各个开孔照射到吸热器的内表面，同时也可以照射到孔壁上，增大了吸热器的吸热面积。吸热器的一端开启，另一端采用堵头7封闭。玻璃套管2与吸热器之间的夹层一端开启，另一端采用密封装置3，可以是密封圈或者密封胶垫进行封闭，可以有效防止换热介质5的回流和泄漏。换热介质5从吸热器开启的一端进入吸热器1并与吸热器1内壁进行热交换，从各个开孔之间流出，流出的换热介质5在孔壁与吸热器1外表面再次进行热交换，在玻璃套管2与吸热器外壁之间的夹层中流动换热，最后从玻璃套管2开启的一端流出。提高了对流传热系数和吸热器1各处温度分布的均匀性。玻璃套管2外侧涂有选择性透过涂层4,选择性透过涂层4可以有效透过太阳光线，且发射率较低，进一步减少了集热管的热损失。所述吸热器1的开孔可以为均匀大小的开孔图2a，也可以为不均匀大小的开孔图2b，吸热器1上开孔的形状可以为圆形、三角形、矩形、菱形等。孔与孔的间距可以为等间距的，也可以为不等间距的。开孔排数可以为单排图2a，也可以为多排图2c。当采用不均匀大小的开孔时，各个孔口流出的流量基本相等，可以避免换热介质5在流动过程中发生短路现象，也避免了换热介质5仅从前几个孔口中流出。同时可以保证换热介质5与吸热器进行充分的热量交换。所述集热管可以应用于槽式太阳能集热器图3。换热介质5采用耐高温不汽化的透明液体，吸热器开孔位置选择在吸热器接收聚光器8光线的下半圆周面。槽式太阳能集热器的集热温度较高，传统吸热器沿圆周方向温度分布很不均匀。在吸热器下半圆周面开孔可以使吸热器上半圆周面的内壁接收到太阳光线，提高了吸热器各处温度分布的均匀性和太阳能集热器的集热效率，延长了吸热器的使用寿命。所述集热管可以应用于真空管式太阳能集热器图4。应用于真空管式太阳能集热器时需要在集热管外部再套一层玻璃管9，吸热器开孔位置在吸热器接收太阳辐射的上半圆周面。外层玻璃管9与内层玻璃管2之间抽真空，换热介质5在吸热器内部进行首次换热，从孔口流出来之后在内层玻璃管2和吸热器外壁的夹层中进行流动换热。外层玻璃管9与内层玻璃管2之间的真空夹层可以有效防止热量的散失，提高换热介质5的吸热量。所述集热管可以应用于平板式太阳能集热器。平板式太阳能集热器外侧需要盖上透明玻璃盖板，集热管置于透明玻璃盖板下方。透明玻璃盖板可以起到透光和减小热损失的作用。换热介质5采用透明溶液，吸热器的开孔位置在太阳光线入射到吸热器的上半圆周面,可以有效保证太阳光在穿过孔洞和换热介质5后投射到吸热器内壁上，提高了吸热器各处温度分布的均匀性，增大了换热介质5的换热效率。以上所述仅为本发明的优选实施方式，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的若干改进或变形，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，也应视为在本发明的专利保护范围内。

权利要求：1.一种在吸热器上开孔的太阳能集热管,其特征在于，该集热管包括吸热器1，吸热器1设置于玻璃套管2中，吸热器1为一端采用堵头7封闭，另一端开启的金属管，在吸热器1上布置有多个开孔，吸热器1的外表面和内表面及孔壁均涂有选择性吸收涂层6，换热介质5从一侧流入，从开孔中流出,密封装置3位于换热介质5入口处，设置于吸热器1与玻璃套管2之间，玻璃套管2外侧涂有选择性透过涂层4。2.根据权利要求1所述在吸热器上开孔的太阳能集热管,其特征在于，当集热管为平板式或真空管式集热器，则开孔位置在吸热器1的上半部分；真空管式太阳能集热器时需要在集热管外部再套一层玻璃管9，外层玻璃管9与内层玻璃管2之间抽真空。3.根据权利要求1所述在吸热器上开孔的太阳能集热管,其特征在于，当集热管为聚焦式的集热器，开孔位置在吸热器1的下半部分。4.根据权利要求1所述在吸热器上开孔的太阳能集热管,其特征在于，所述吸热器1开孔的形状为圆形、椭圆形、三角形、矩形或菱形。5.根据权利要求1所述在吸热器上开孔的太阳能集热管,其特征在于，所述吸热器1上开孔的个数为复数个，开孔的排数为单排孔，双排孔或多排孔。6.根据权利要求1所述在吸热器上开孔的太阳能集热管,其特征在于，所述吸热器1上孔与孔之间的间距为等间距的或者不等间距的。7.根据权利要求1所述在吸热器上开孔的太阳能集热管,其特征在于，所述吸热器1上每个孔尺寸是相等的或者不等的。8.根据权利要求1所述在吸热器上开孔的太阳能集热管,其特征在于，所述密封装置3为密封圈、密封条或密封垫片。9.根据权利要求1所述在吸热器上开孔的太阳能集热管,其特征在于，所述换热介质5为可透光的换热介质。10.根据权利要求9所述在吸热器上开孔的太阳能集热管,其特征在于，所述换热介质5为水、盐水溶液或醇溶液。

百度查询： 天津大学 一种在吸热器上开孔的太阳能集热管

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD