太陽(yáng)能集熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及太陽(yáng)能【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種太陽(yáng)能集熱器。本發(fā)明中，包括聚焦透鏡和真空集熱管，其中，真空集熱管上方表面鍍有選擇性吸收涂層，下方表面鍍有高反射率涂層。本發(fā)明的太陽(yáng)能集熱器具有較高的工作溫度、較高的太陽(yáng)光吸收率和較低的發(fā)射率，打破了現(xiàn)有太陽(yáng)能集熱器工作溫度低的局限，有效促進(jìn)太陽(yáng)能集熱器的高溫應(yīng)用。該太陽(yáng)能集熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】太陽(yáng)能集熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種太陽(yáng)能熱水器。
【背景技術(shù)】
[0002]在太陽(yáng)能的熱利用中，關(guān)鍵是將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。由于太陽(yáng)能比較分散，必須設(shè)法把它集中起來(lái)，所以，太陽(yáng)能集熱器是各種利用太陽(yáng)能裝置的關(guān)鍵部分。太陽(yáng)能集熱器是用來(lái)吸收太陽(yáng)輻射使之轉(zhuǎn)換為熱能并傳遞給熱介質(zhì)的裝置。太陽(yáng)能集熱器雖然不是直接面向消費(fèi)者的終端產(chǎn)品，但是太陽(yáng)能集熱器是組成各種太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。無(wú)論是太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)灶、主動(dòng)式太陽(yáng)房、太陽(yáng)能溫室還是太陽(yáng)能干燥、太陽(yáng)能工業(yè)加熱、太陽(yáng)能熱發(fā)電等都離不開太陽(yáng)能集熱器，都是以太陽(yáng)能集熱器作為系統(tǒng)的動(dòng)力或者核心部件的。常見(jiàn)的有平板型、真空管型和聚光型太陽(yáng)能集熱器。
[0003]真空管型太陽(yáng)能集熱器可細(xì)分為全玻璃真空管式、熱管真空管式、U型管真空管式。常用的為全玻璃真空管式，具有安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。目前的真空管型太陽(yáng)能集熱器一般應(yīng)用在20-80°C左右的低溫家用太陽(yáng)能熱水器場(chǎng)合，由于目前真空管型太陽(yáng)能集熱器的熱吸收效率低，發(fā)射率較高，因此，無(wú)法被應(yīng)用在需要150-400°C中高工作溫度的場(chǎng)合。
[0004]因此，本領(lǐng)域迫切需要研發(fā)一種高熱吸收效率、低熱發(fā)射率、高工作溫度的太陽(yáng)能集熱器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種太陽(yáng)能集熱器，解決現(xiàn)有太陽(yáng)能熱水器工作溫度較低的局限，促進(jìn)太陽(yáng)能集熱器的高溫應(yīng)用。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種太陽(yáng)能集熱器，包括聚焦透鏡和真空集熱管，其中，真空集熱管上方表面鍍有選擇性吸收涂層，下方表面鍍有高反射率涂層。
[0007]可選的，選擇性吸收涂層由半導(dǎo)體吸收-金屬反射串列、金屬-電介質(zhì)復(fù)合材料、電介質(zhì)-金屬干涉疊層、本征選擇性吸收表面或微不平表面構(gòu)成。
[0008]可選的，選擇性吸收涂層包括金屬反射層和形成在金屬反射層上的半導(dǎo)體吸收層。
[0009]可選的，在選擇性吸收涂層上涂覆I?3層增透膜。
[0010]可選的，半導(dǎo)體吸收層的材料為Ge，金屬反射層的材料為Al。
[0011]可選的，高反射率涂層為良金屬包括銀膜、金膜或鋁膜。
[0012]可選的，聚焦透鏡為菲涅爾透鏡。
[0013]可選的，菲涅爾透鏡上方設(shè)置一平面玻璃，平面玻璃上方涂覆增透膜。
[0014]可選的，菲涅爾透鏡設(shè)有太陽(yáng)跟蹤裝置。
[0015]可選的，真空集熱管的外管為玻璃，內(nèi)管為金屬管或玻璃管。
[0016]可選的，金屬內(nèi)管一端設(shè)置波紋管。[0017]可選的，真空集熱管之間采用串聯(lián)或并聯(lián)連接，并通過(guò)泵驅(qū)動(dòng)真空集熱管內(nèi)流體。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于:選用菲涅爾透鏡作為聚焦透鏡，對(duì)太陽(yáng)能光譜進(jìn)行聚焦，能夠使太陽(yáng)光2倍左右聚焦射入真空集熱管，提高太陽(yáng)光的入射率；鍍?cè)谡婵占療峁苌戏降倪x擇性吸收涂層用于吸收太陽(yáng)光可見(jiàn)光，減小紅外輻射，提高對(duì)太陽(yáng)光的吸收效率，降低輻射效率，從而提高太陽(yáng)能集熱器的工作溫度；鍍?cè)谡婵占療峁芟路降母叻瓷渎释繉佑糜诒M量減小輻射損失，從而進(jìn)一步提高太陽(yáng)能集熱器的工作溫度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明太陽(yáng)能集熱器的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明太陽(yáng)能集熱器的集熱原理示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明太陽(yáng)能集熱器的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明太陽(yáng)能集熱器的工作流程圖；
[0023]圖5是本發(fā)明太陽(yáng)能集熱器吸收太陽(yáng)能量密度積分比的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；
[0024]圖6是本發(fā)明太陽(yáng)能集熱器輻射能量密度積分比的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；
[0025]圖7是本發(fā)明太陽(yáng)能集熱器與現(xiàn)有技術(shù)太陽(yáng)能集熱器的工作溫度及效率關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒(méi)有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。圖中相同或相似的構(gòu)件采用相同的附圖標(biāo)記表示。
[0028]圖1、圖2示出了本發(fā)明的太陽(yáng)能集熱器的第一實(shí)施例，圖3示出了本發(fā)明的太陽(yáng)能集熱器的第二實(shí)施例。圖1、圖3是該太陽(yáng)能集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖、圖2是該太陽(yáng)能集熱器的工作原理圖、圖4是該太陽(yáng)能集熱器的工作流程圖。
[0029]參見(jiàn)圖1、圖2和圖4，太陽(yáng)能集熱器3包括聚焦透鏡31和真空集熱管32，為了降低成本，聚焦透鏡可選擇價(jià)格較低廉的菲涅爾透鏡31，真空集熱管32上方表面鍍有選擇性吸收涂層33，下方表面鍍有高反射率涂層34。菲涅爾透鏡31與真空集熱管32通過(guò)支架35固定，真空集熱管32之間通過(guò)密封接頭36串聯(lián)連接，并通過(guò)泵2驅(qū)動(dòng)真空集熱管32內(nèi)流體。真空集熱管32的入口連接流體罐1，出口連接儲(chǔ)熱罐3。
[0030]選用菲涅爾透鏡31作為聚焦透鏡，對(duì)太陽(yáng)能光譜進(jìn)行聚焦，能夠使太陽(yáng)光2倍左右聚焦射入真空集熱管32，提高太陽(yáng)光的入射率；鍍?cè)谡婵占療峁?2上方的選擇性吸收涂層33用于吸收太陽(yáng)光可見(jiàn)光，減小紅外輻射，提高對(duì)太陽(yáng)光的吸收效率，降低輻射效率，從而提高太陽(yáng)能集熱器3的工作溫度；鍍?cè)谡婵占療峁?2下方的高反射率涂層34用于盡量減小輻射損失，從而進(jìn)一步提高太陽(yáng)能集熱器3的工作溫度。串聯(lián)連接的真空集熱管32流體經(jīng)過(guò)多個(gè)集熱管多次加熱，能夠達(dá)到更高的溫度，適用在工作溫度較高的場(chǎng)合。
[0031]選擇性吸收涂層33可選用半導(dǎo)體吸收-金屬反射串列表面、金屬-電介質(zhì)復(fù)合材料、電介質(zhì)-金屬干涉疊層表面、本征選擇性吸收表面或微不平表面等材料結(jié)構(gòu)構(gòu)成。半導(dǎo)體吸收-金屬反射串列表面可選用Si/Ge/-Al/Au/Cu/Al/Pt/W/Ni等材料。金屬-電介質(zhì)復(fù)合材料可選用 Pt-Al203、N1-SiO2, Ni/Co/Mo/Au/ff/Pt-Al2O3^ Al-AlN ；Μο-Μο02 或 W-W02 等材料。電介質(zhì)-金屬干涉疊層表面可選用ZrB2、Mo/Co/Cr_Cr203、Mo-AlN或Au_Ti02/Mg0等材料。本征吸收選擇性吸收表面W、HfC或Cu2S等材料。微不平表面可選用Cu、N1、SS、Re或W等材料。本實(shí)施例中，選擇性吸收涂層33由金屬反射層與形成在金屬反射層上的半導(dǎo)體吸收層構(gòu)成。金屬反射層材料為Ge，半導(dǎo)體吸收層的材料為Al。
[0032]菲涅爾透鏡31的上方可以設(shè)置一平面玻璃36，玻璃表面36涂覆增透膜，增透膜可以增加光線的通過(guò)率，從而增加選擇性吸收涂層33的吸收率。此外，在本發(fā)明的某些其他實(shí)施方式中也可以不具備該平面玻璃36及增透膜。
[0033]高反射率涂層34選用良金屬，如銀膜、金膜或鋁膜。本實(shí)施例中，高反射率34涂層選用銀膜。由于真空集熱管32的下方表面無(wú)需吸收太陽(yáng)光，鍍上高反射率的良金屬，可以盡量減小輻射損失。該集熱器通過(guò)選擇性吸收涂層與高反射率涂層相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，能夠更好的減少輻射損失，從而進(jìn)一步提高太陽(yáng)能集熱器的工作溫度。
[0034]菲涅爾透鏡31上設(shè)有太陽(yáng)跟蹤裝置(未圖示)，根據(jù)太陽(yáng)光的位置調(diào)整透鏡的角度，改善太陽(yáng)光的吸收效率，此外，在本發(fā)明的某些其他實(shí)施方式中，也可以不具備跟蹤裝置。
[0035]真空集熱管32的外管為玻璃，內(nèi)管可根據(jù)所需的工作流體，選用金屬管或玻璃管。若選用金屬作為內(nèi)管，則金屬內(nèi)管一端可以設(shè)置波紋管。波紋管能夠承受吸收熱膨脹，減少金屬熱脹冷縮對(duì)太陽(yáng)能集熱器3的影響。
[0036]參見(jiàn)圖2，示出了本發(fā)明太陽(yáng)能集熱器的工作原理圖。太陽(yáng)光37通過(guò)平面玻璃36和菲涅爾透鏡31產(chǎn)生折射，聚焦到真空集熱管32的圓心，該菲涅爾透鏡的聚焦倍數(shù)為兩倍，太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)經(jīng)位于真空集熱管32上表面的選擇性吸收涂層37，選擇性吸收涂層37吸收太陽(yáng)光37，將光能量轉(zhuǎn)換為熱能量，加熱從流體罐I流經(jīng)真空集熱管32的工作流體，經(jīng)太陽(yáng)能集熱器3加熱后的工作流體輸出到儲(chǔ)熱罐4。
[0037]圖3示出了本發(fā)明太陽(yáng)能集熱器的第二實(shí)施例。圖3是該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，各真空集熱管32之間采用并聯(lián)接頭38并聯(lián)連接。
[0038]參見(jiàn)圖1和圖4，圖4為本發(fā)明的太陽(yáng)能集熱器工作流程圖。導(dǎo)熱流體通過(guò)泵2從流體罐I進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器3的真空集熱管32的入口，經(jīng)太陽(yáng)能集熱器3加熱后，到達(dá)真空集熱管32的出口，已加熱的導(dǎo)熱流體進(jìn)入儲(chǔ)熱罐4，經(jīng)儲(chǔ)熱罐4儲(chǔ)存的熱量經(jīng)用戶5使用后冷卻，冷卻的導(dǎo)熱流體循環(huán)回到流體罐I。
[0039]參見(jiàn)圖5和圖6，分別示出了本發(fā)明的太陽(yáng)能集熱器的太陽(yáng)能量密度積分比、輻射能量密度積分比。由圖5可見(jiàn)，該結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能集熱器對(duì)太陽(yáng)光譜的吸收系數(shù)達(dá)到0.96，光譜能量積分效率達(dá)到了 96%。克服了傳統(tǒng)太陽(yáng)能集熱器對(duì)太陽(yáng)光譜吸收率低的缺陷。由圖6可見(jiàn)，該結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能集熱器的發(fā)射系數(shù)為0.04，經(jīng)過(guò)公式計(jì)算，新型的太陽(yáng)能集熱器的聚焦比達(dá)到24倍左右，乘以菲涅爾透鏡的兩倍左右的焦比，本發(fā)明的太陽(yáng)能集熱器的總聚焦比達(dá)到48倍左右，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前傳統(tǒng)的太陽(yáng)能集熱器。
[0040]參見(jiàn)圖7，示出了本發(fā)明的太陽(yáng)能集熱器作為太陽(yáng)能熱水器的集熱裝置時(shí)，新型太陽(yáng)能熱水器與傳統(tǒng)熱水器的工作溫度與效率的關(guān)系。由圖可見(jiàn)，當(dāng)輻射損失占總損失的60%，熱水器的工作效率為0.6時(shí)，無(wú)選擇性涂層的太陽(yáng)能熱水器的工作溫度能夠達(dá)到35°C左右，具有選擇性涂層的太陽(yáng)能熱水器的工作溫度能夠達(dá)到100°C左右，而采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的新型選擇性太陽(yáng)能熱水器能夠達(dá)到280°C的工作溫度。新型的太陽(yáng)能集熱器打破了現(xiàn)有太陽(yáng)能集熱器工作溫度低的局限，解決了太陽(yáng)能集熱器在高溫領(lǐng)域應(yīng)用的難題。
[0041]雖然通過(guò)參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽(yáng)能集熱器，包括聚焦裝置和真空集熱管，其特征在于，所述真空集熱管上方表面鍍有選擇性吸收涂層，下方表面鍍有高反射率涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能集熱器，其特征在于，所述的選擇性吸收涂層由半導(dǎo)體吸收-金屬反射串列、金屬-電介質(zhì)復(fù)合材料、電介質(zhì)-金屬干涉疊層、本征選擇性吸收表面或微不平表面構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能集熱器，其特征在于，所述選擇性吸收涂層包括金屬反射層和形成在金屬反射層上的半導(dǎo)體吸收層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能集熱器，其特征在于，在所述選擇性吸收涂層上涂覆I~3層增透膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能集熱器，其特征在于，所述半導(dǎo)體吸收層的材料為Ge，金屬反射層的材料為Al。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 太陽(yáng)能集熱器，其特征在于，所述高反射率涂層為良金屬，包括銀膜、金膜或鋁膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能集熱器，其特征在于，所述聚焦透鏡為菲涅爾透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能集熱器，其特征在于，所述菲涅爾透鏡上方設(shè)置一平面玻璃，所述平面玻璃上方涂覆增透膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能集熱器，其特征在于，所述菲涅爾透鏡設(shè)有太陽(yáng)跟蹤>j-U ρ?α裝直。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能集熱器，其特征在于，所述真空集熱管之間采用串聯(lián)或并聯(lián)連接，并通過(guò)泵驅(qū)動(dòng)真空集熱管內(nèi)流體。
【文檔編號(hào)】F24J2/05GK103574921SQ201210279641
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月7日
【發(fā)明者】項(xiàng)曉東 申請(qǐng)人:益科博能源科技（上海）有限公司