專(zhuān)利名稱(chēng)：一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于太陽(yáng)能利用裝置領(lǐng)域，涉及一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，特別適用于中溫太陽(yáng)能熱利用。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)研發(fā)的適用于熱力、熱電工程的中高溫太陽(yáng)能集熱管裝置中，均采用聚光方式獲得中高溫?zé)崃?，其聚光方式大體有兩種，一種是外聚光式，一種是內(nèi)聚光式。外聚光式太陽(yáng)能集熱管裝置中，采用拋物面槽式反光鏡，在拋物面槽式反光鏡的焦線(xiàn)位置上安裝直通式金屬-玻璃真空集熱管，增大太陽(yáng)光照能量密度，提高金屬-玻璃真空集熱管的溫度。外聚光式太陽(yáng)能集熱管裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，聚光鏡采光面積大，聚光比高，能采集高溫大熱量，是當(dāng)前和今后一段時(shí)期太陽(yáng)能熱力發(fā)電和高溫?zé)崃こ痰闹髁髟O(shè)備，其不足之處在于，聚光鏡與真空集熱管分體，金屬-玻璃真空集熱管的制造技術(shù)比較復(fù)雜，制造設(shè)備投資大，生產(chǎn)成本比較高，集熱器整體裝置工程展開(kāi)面積大，而且拋物面槽式反光鏡還需配備自動(dòng)跟蹤日光轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，再者，由于聚光鏡的反光鏡面均裸露在野外，風(fēng)吹雨淋日曬，因此，抗風(fēng)防蝕性能要求高，反光鏡面的維護(hù)保養(yǎng)工作量較大、工作壽命較短，因此，其比較適用于集中式規(guī)?；療崃Πl(fā)電項(xiàng)目，不適用于用地偏緊的城市分布式公共熱力工程，尤其不適用于小型熱力工程。內(nèi)聚光式玻璃真空太陽(yáng)能集熱管，一種是在全玻璃真空管的真空腔中安裝金屬曲面反光板，形成反射鏡面，由其將陽(yáng)光聚焦到內(nèi)玻璃管的吸熱膜上，一種是在全玻璃真空管的罩玻璃管的軸向下半側(cè)管壁的內(nèi)表面上蒸鍍鋁膜，形成凹面反射鏡面，由其將陽(yáng)光聚焦到內(nèi)玻璃管的吸熱膜上，從而提高全玻璃真空管的吸熱溫度，以上兩種內(nèi)聚光式都能有效地提高全玻璃真空管的太陽(yáng)光能量密度，能采集到較高溫度的熱能；內(nèi)聚光式玻璃真空太陽(yáng)能集熱管屬于中溫集熱管，適于小型熱力工程，整體裝置占用空間小，反射鏡面不外暴露，易維護(hù)，其不足之處在于，前一種結(jié)構(gòu)中，金屬曲面反光板需耗用大量的鏡面不銹鋼板，使得產(chǎn)品生產(chǎn)成本高，另方面全玻璃真空管的真空腔中安裝金屬曲面反光板，會(huì)影響真空品質(zhì)的長(zhǎng)期保持，增大熱損，從而使全玻璃真空管的集熱性能加速衰退，后一種結(jié)構(gòu)中，蒸鍍鋁膜工藝難度大，需專(zhuān)用鍍膜設(shè)備和工裝，投資大，生產(chǎn)成本較高。
發(fā)明內(nèi)容解決的技術(shù)問(wèn)題:提供一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，屬于中溫集熱管，將聚光鏡與全玻璃真空管本體合二為一。利用玻璃本身的特點(diǎn)，通過(guò)改變?nèi)Ａд婵展艿恼植ＡЧ艿膸缀谓Y(jié)構(gòu)和/或表面結(jié)構(gòu)，使玻璃自體形成能聚光的聚光透鏡和/或反射鏡，同時(shí)加大全玻璃真空管的罩玻璃的直徑與內(nèi)玻璃管的直徑的比值，能克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，能較大地提高內(nèi)玻璃管上的吸熱膜的太陽(yáng)光照能量密度，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能中溫利用，并且易制作，生產(chǎn)成本低，便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)，系統(tǒng)相容性、擴(kuò)展性強(qiáng)，便于廣泛推廣應(yīng)用。[0007]采用的技術(shù)方案:[0008]一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，包括全玻璃真空管的罩玻璃管、外表面上涂敷有耐高溫選擇性吸熱膜的內(nèi)玻璃管、真空腔、支架以及消氣劑，其特征在于:罩玻璃管的軸向上半側(cè)管壁呈具有聚光透鏡的結(jié)構(gòu)和/或罩玻璃管的軸向下半側(cè)管壁的外表面上涂敷有由金屬膜構(gòu)成的能聚光的凹面反射鏡面；聚光透鏡能將太陽(yáng)光透射聚焦，聚焦后的焦線(xiàn)投射在所述耐高溫選擇性吸熱膜上，凹面反射鏡面能將太陽(yáng)光反射聚焦，聚焦后的焦線(xiàn)投射在所述耐高溫選擇性吸熱膜上；[0009]所述聚光透鏡為一個(gè)罩玻璃管的內(nèi)壁周向?qū)ΨQ(chēng)內(nèi)凸，并且軸向延伸的雙凸透鏡，或者為一個(gè)周向?qū)ΨQ(chēng)，并且軸向延伸的管狀菲涅爾透鏡。[0010]有益效果:[0011]本發(fā)明的復(fù)合聚光型結(jié)構(gòu)中，當(dāng)罩玻璃管的軸向上半側(cè)管壁呈聚光透鏡結(jié)構(gòu)和罩玻璃管的軸向下半側(cè)管壁的外表面上涂敷有由金屬膜構(gòu)成的能聚光的凹面反射鏡面時(shí)，太陽(yáng)光透過(guò)聚光透鏡聚焦到內(nèi)玻璃管的上半側(cè)外表面上的耐高溫選擇性吸熱膜上，未被內(nèi)玻璃管截獲的太陽(yáng)光被金屬凹面反射鏡面聚焦到內(nèi)玻璃管的下半側(cè)外表面上的耐高溫選擇性吸熱膜上，又由于罩玻璃管的外徑遠(yuǎn)大于內(nèi)玻璃管的直徑，因此，雙重聚光作用能使耐高溫選擇性吸熱膜獲得成倍增加的光強(qiáng)；本發(fā)明中還有如下二種聚光型結(jié)構(gòu)，透鏡聚光型，即僅有罩玻璃管的軸向上半側(cè)管壁呈聚光透鏡結(jié)構(gòu)，或反射聚光型，即僅有罩玻璃管的軸向下半側(cè)管壁的外表面上涂敷有由金屬膜構(gòu)成的能聚光的凹面反射鏡面結(jié)構(gòu)，二者均分別將聚光焦線(xiàn)投射在所述耐高溫選擇性吸熱膜上，均分別能使耐高溫選擇性吸熱膜獲得大光強(qiáng)；所述三種聚光型結(jié)構(gòu)構(gòu)成的自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管均能較顯著地提高耐高溫選擇性吸熱膜的太陽(yáng)光照能量密度，導(dǎo)熱工質(zhì)溫升快、溫度高，能達(dá)到中溫集熱管范疇，由其組裝的太陽(yáng)能集熱裝置能產(chǎn)生中溫范疇的熱油或較高溫度的熱水、蒸汽、干熱空氣，可應(yīng)用于采暖、空調(diào)、蒸餾、干燥、海水淡化、紡織印染等諸多領(lǐng)域，占用空間小，反射鏡面不外暴露，易維護(hù)；聚光鏡與全玻璃真空管本體合二為一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易制作、生產(chǎn)成本低，具有較高性?xún)r(jià)比，產(chǎn)品系統(tǒng)相容性、擴(kuò)展性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)。


[0012]圖1、復(fù)合聚光型整體組成結(jié)構(gòu)示意圖；[0013]圖2、按圖1中所示的A-A剖面(一)圖；[0014]圖3、按圖1中所示的A-A剖面(二)圖；[0015]圖4、凸透鏡罩玻璃管式徑向截面圖；[0016]圖5、菲涅爾透鏡罩玻璃管式徑向截面圖；[0017]圖6、圓型凹面反射鏡面罩玻璃管式徑向截面圖；[0018]圖7、CPC復(fù)合拋物面型凹面反射鏡面罩玻管式徑向截面圖；[0019]圖8、對(duì)稱(chēng)拋物面型凹面反射鏡面罩玻管式徑向截面圖。
具體實(shí)施方式
[0020]結(jié)合附圖進(jìn)一步詳加說(shuō)明:[0021]如圖1 3所示，復(fù)合聚光型自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，包括全玻璃真空管的罩玻璃管1、外表面上涂敷有耐高溫選擇性吸熱膜3的內(nèi)玻璃管2、真空腔4、支架5以及消氣劑6 ;罩玻璃管I的軸向上半側(cè)管壁呈具有聚光透鏡7的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，罩玻璃管I的軸向下半側(cè)管壁的外表面上涂敷由金屬膜構(gòu)成的能聚光的凹面反射鏡面8 ;聚光透鏡7能將太陽(yáng)光透射聚焦，聚焦后的焦線(xiàn)投射在所述耐高溫選擇性吸熱膜3上，凹面反射鏡面8能將太陽(yáng)光反射聚焦，聚焦后的焦線(xiàn)投射在所述耐高溫選擇性吸熱膜3上；所述聚光透鏡7為一個(gè)罩玻璃管I的內(nèi)壁周向?qū)ΨQ(chēng)內(nèi)凸，并且軸向延伸的雙凸透鏡9，所述內(nèi)壁周向?qū)ΨQ(chēng)內(nèi)凸是在制作罩玻璃管I的毛坯管時(shí)拉制而成，或者預(yù)先拉制一個(gè)雙凸玻璃棱鏡后，再無(wú)間隙地融接在罩玻璃管I的軸向的一側(cè)，所述雙凸透鏡9的外曲面(曲率半徑R1)即構(gòu)成罩玻璃管I的軸向上半側(cè)管壁的外表面(曲率半徑1且R1 = R)，所述雙凸透鏡9朝向內(nèi)玻璃管2的內(nèi)曲面的曲率半徑為R2，且R2彡R，設(shè)定R2及雙凸透鏡9的厚度，即能確定雙凸透鏡9的焦點(diǎn)、焦距，選擇內(nèi)曲面的曲率半徑R2和雙凸透鏡9的厚度，即可使經(jīng)其聚焦后的太陽(yáng)光投射在所述耐高溫選擇性吸熱膜3上；或者所述聚光透鏡7為一個(gè)周向?qū)ΨQ(chēng)，并且軸向延伸的管狀菲涅爾透鏡10，所述管狀菲涅爾透鏡10是基于常規(guī)平面型菲涅爾聚光鏡的原理，將罩玻璃管I的軸向上半側(cè)管內(nèi)壁表面在制毛坯管時(shí)作成鋸齒狀且周向?qū)ΨQ(chēng)分布的偶數(shù)個(gè)軸向條紋(或稱(chēng)偶數(shù)個(gè)棱柱凸透鏡)的組合，并且使經(jīng)其聚焦·后的太陽(yáng)光投射在所述耐高溫選擇性吸熱膜3上；所述由金屬膜構(gòu)成的能聚光的凹面反射鏡面8，是在罩玻璃管I的軸向下半側(cè)管壁的外表面上，采用磁控濺射法涂敷鋁膜，或鋁-三氧化二鋁復(fù)合膜，或鋁-不銹鋼復(fù)合膜而構(gòu)成；凹面反射鏡面8的外表面上涂敷有不透光的耐候性保護(hù)層11，所述耐候性保護(hù)層11為白色乳膠，或涂敷丙稀酸樹(shù)脂，或涂油漆，以保護(hù)凹面反射鏡面8安全無(wú)損。如圖1、4所示，僅有聚光透鏡7結(jié)構(gòu)，并且聚光透鏡7為雙凸透鏡9型自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，此時(shí)罩玻璃管I的軸向下半側(cè)管壁的外表面上因沒(méi)有凹面反射鏡面8，故對(duì)太陽(yáng)光沒(méi)有反射聚焦作用，此種結(jié)構(gòu)為透鏡聚光型。如圖1、5所示，僅有聚光透鏡7結(jié)構(gòu)，并且聚光透鏡7為管狀菲涅爾透鏡10型自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，此時(shí)罩玻璃管I的軸向下半側(cè)管壁的外表面上因沒(méi)有凹面反射鏡面8，故對(duì)太陽(yáng)光也沒(méi)有反射聚焦作用，此種結(jié)構(gòu)也為透鏡聚光型。如圖1、6、7、8所示，僅有由金屬膜構(gòu)成的能聚光的凹面反射鏡面8結(jié)構(gòu)構(gòu)成自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，并且凹面反射鏡面8所依附的罩玻璃管I的軸向下半側(cè)管壁為圓弧面形(如圖6所示)，或者為CPC復(fù)合拋物面形(如圖7所示)，或者為對(duì)稱(chēng)拋物面形(如圖8所示)；此類(lèi)結(jié)構(gòu)中，罩玻璃管I的軸向上半側(cè)管壁不呈聚光透鏡7的結(jié)構(gòu)，故對(duì)太陽(yáng)光沒(méi)有透射聚焦作用；此類(lèi)結(jié)構(gòu)均為反射聚光型。對(duì)于整體呈圓形的所述罩玻璃管I而言，無(wú)論是透鏡聚光型、反射聚光型，或者是透鏡聚光型與反射聚光型兼有的復(fù)合聚光型，其罩玻璃管I的外徑(選用58mm、70mm或102mm)超常規(guī)的大于所述內(nèi)玻璃管2的外徑(選用20mm)，一般后者為前者的1/3-1/5 (常規(guī)-即普通低溫太陽(yáng)能真空集熱管中，后者只比前者小10 15mm)，從而得以加大太陽(yáng)能真空集熱管的采光面積，減小其吸熱面積，較小的內(nèi)玻璃管2的吸熱面積，一是能增大所述耐高溫選擇性吸熱膜3接受的太陽(yáng)光照能量密度，使內(nèi)玻璃管2內(nèi)的導(dǎo)熱工質(zhì)溫升快、溫度高，二是能減少所述耐高溫選擇性吸熱膜3的能量發(fā)射總量，從而降低真空集熱管的熱損失。[0028]復(fù)合聚光型自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的實(shí)施例如下:[0029]玻璃管材質(zhì)為棚硅玻璃3.3，罩玻璃管I的外徑58mm，厚度不均一，長(zhǎng)度1500mm，內(nèi)玻璃管2的外徑20mm，長(zhǎng)度1450mm ;罩玻璃管I的軸向上半側(cè)管壁為雙凸玻璃棱鏡式雙凸透鏡9，其外曲面的曲率半徑R1與罩玻璃管I的外曲率半徑R相同，R1 = R = 29mm，雙凸透鏡9朝向內(nèi)玻璃管2的內(nèi)曲面的曲率半徑R2 = R1 = 29mm;雙凸透鏡9的厚度(沿著光軸外、內(nèi)兩曲面間的距離)為10mm，雙凸透鏡9的焦點(diǎn)在其光軸上，聚焦后的焦線(xiàn)投射在內(nèi)玻璃管2的耐高溫選擇性吸熱膜3上；聚光比為2.9 ；[0030]罩玻璃管I的軸向下半側(cè)管壁的外表面上用磁控濺射法涂敷鋁-三氧化二鋁復(fù)合膜，構(gòu)成凹面反射鏡面8，其曲率半徑為29mm，焦距為15mm，聚焦后的焦線(xiàn)投射在內(nèi)玻璃管2的耐高溫選擇性吸熱膜3上；凹面反射鏡面8的外表面上涂敷白色底漆及丙烯酸樹(shù)脂作為耐候保護(hù)層11 ;聚光比為2.9。[0031]實(shí)驗(yàn)表明:本實(shí)施例中，復(fù)合聚光型自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的空曬溫度高于350°C，內(nèi)玻璃管2中的導(dǎo)熱油工質(zhì)溫度高于250°C ;由插入內(nèi)玻璃管2中的輸熱金屬管或金屬熱管12 (如圖1 3中所示)的自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管組裝的太陽(yáng)能熱水器，能對(duì)熱水系統(tǒng)帶來(lái)很多便利，比如能有效地提高熱虹吸循環(huán)功能，集熱器與儲(chǔ)熱水箱位差5m，無(wú)需安裝水泵，即可實(shí)現(xiàn)熱力自動(dòng)循環(huán)，導(dǎo)熱工質(zhì)承壓運(yùn)行。[0032]對(duì)于所述反射聚光型自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管而言，其所述內(nèi)玻璃管2均置于偏離所述罩玻璃管I的軸線(xiàn)的正下方位置上，以獲取最佳集熱效果。
權(quán)利要求1.一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，包括全玻璃真空管的罩玻璃管、外表面上涂敷有耐高溫選擇性吸熱膜的內(nèi)玻璃管、真空腔、支架以及消氣劑，其特征在于:罩玻璃管的軸向上半側(cè)管壁呈具有聚光透鏡的結(jié)構(gòu)和/或罩玻璃管的軸向下半側(cè)管壁的外表面上涂敷有由金屬膜構(gòu)成的能聚光的凹面反射鏡面；聚光透鏡能將太陽(yáng)光透射聚焦，聚焦后的焦線(xiàn)投射在所述耐高溫選擇性吸熱膜上，凹面反射鏡面能將太陽(yáng)光反射聚焦，聚焦后的焦線(xiàn)投射在所述耐高溫選擇性吸熱膜上； 所述聚光透鏡為一個(gè)罩玻璃管的內(nèi)壁周向?qū)ΨQ(chēng)內(nèi)凸，并且軸向延伸的雙凸透鏡，或者為一個(gè)周向?qū)ΨQ(chēng)，并且軸向延伸的管狀菲涅爾透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:所述由金屬膜構(gòu)成的能聚光的凹面反射鏡面(8)，是在罩玻璃管(I)的軸向下半側(cè)管壁的外表面上，采用磁控濺射法涂敷鋁膜，或鋁-三氧化二鋁復(fù)合膜，或鋁-不銹鋼復(fù)合膜而構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:所述凹面反射鏡面(8)外表面上具有耐候性保護(hù)層(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:所述凹面反射鏡面(8)所依附的罩玻璃管(I)的軸向下半側(cè)管壁為圓弧面形，或者為CPC復(fù)合拋物面形，或者為對(duì)稱(chēng)拋物面形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:所述凹面反射鏡面(8)其所依附的罩玻璃管(I)的軸向下半側(cè)管壁為圓弧面形，或者為CPC復(fù)合拋物面形，或者為對(duì)稱(chēng)拋物面形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:對(duì)于整體呈圓形的所述罩玻璃管(I)而言，其外徑超常規(guī)的大于所述內(nèi)玻璃管(2)的外徑，所述內(nèi)玻璃管⑵的外徑為所述罩玻璃管⑴的外徑的1/3 1/5。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:對(duì)于整體呈圓形的所述罩玻璃管(I)而言，其外徑超常規(guī)的大于所述內(nèi)玻璃管(2)的外徑，所述內(nèi)玻璃管(2)的外徑為所述罩玻璃管(I)的外徑的1/3 1/5。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:對(duì)于整體呈圓形的所述罩玻璃管(I)而言，其外徑超常規(guī)的大于所述內(nèi)玻璃管(2)的外徑，所述內(nèi)玻璃管(2)的外徑為所述罩玻璃管(I)的外徑的1/3 1/5。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自聚光全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:對(duì)于整體呈圓形的所述罩玻璃管(I)而言，其外徑超常規(guī)的大于所述內(nèi)玻璃管(2)的外徑，所述內(nèi)玻璃管(2)的外徑為所述罩玻璃管(I)的外徑的1/3 1/5。
專(zhuān)利摘要一種自聚光全玻璃真空太陽(yáng)能集熱管屬于太陽(yáng)能利用裝置領(lǐng)域，具有太陽(yáng)能集熱管的基本組成，特征在于罩玻璃管(1)的上半側(cè)管壁呈聚光透鏡(7)的結(jié)構(gòu)和/或下半側(cè)管壁的外表面上涂敷有由金屬膜構(gòu)成并能聚光的凹面反射鏡面(8)，聚光焦線(xiàn)均投射在內(nèi)玻璃管(2)的耐高溫選擇性吸熱膜(3)上；聚光透鏡(7)為雙凸透鏡(9)或管狀菲涅爾透鏡(10)，同時(shí)罩玻璃管(1)的外徑超常規(guī)的大于內(nèi)玻璃管(2)的外徑；光照能量密度高，工質(zhì)溫升快、溫度高，能達(dá)中溫范疇，能廣泛用于多領(lǐng)域，聚光鏡與全玻璃真空管本體合二為一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易制作，占用空間小，反射鏡面不外暴露，易維護(hù)、成本低，相容性、擴(kuò)展性強(qiáng)，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)F24J2/46GK202973614SQ20122062489
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者程翠英, 羅贊繼, 于學(xué)德, 李峰 申請(qǐng)人:程翠英, 羅贊繼, 于學(xué)德, 李峰