[發明專利]一種高效聚光及被動防護的真空管集熱器

有效

• 申請號: 201410012601.4
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103776178A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 劉艷峰;周曉駿;王登甲;王瑩瑩;劉加平
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: F24J2/24
• 分類號: F24J2/24;F24J2/10;F24J2/12;F24J2/52
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明屬于太陽能的熱利用技術領域，涉及對太陽能的高效利用及設備的防護問題，特別涉及一種高效聚光及被動防護的真空管集熱器。

背景技術

如今太陽能集熱器的使用越來越普遍，這很大程度上節約了化石能源等傳統能源的使用，充分利用太陽能熱能是一項符合我國可持續發展戰略的技術。

目前，在太陽能光熱領域大量應用的太陽能集熱器產品主要有平板式集熱器和真空管集熱器。平板式集熱器雖然容易實和建筑結合，可承壓運行，便于設計安裝，但因為保溫性能較差，熱損失大，所以一般應用于對供熱溫度要求較低的熱水系統中，在北方寒冷地區，冬季環境溫度較低時，其熱損失很大且面臨被凍壞的危險，所以平板集熱器不能全年運行，使其應用受到了很大的限制。而真空管集熱器采用高效選擇性吸收涂層和真空保溫技術，集熱性能好，結構簡單，成本低廉，易于規模化生產，所以占據了太陽能集熱工程大部分的市場份額。

但由于真空管集熱器由于自身結構的影響，同樣有著一些缺陷。比如真空管易破損漏水導致系統癱瘓；在夏季用戶的用熱量較小時，集熱器不需要全部運行，這就導致了部分真空管的空曬，產生過熱現象，繼而損壞集熱器或大大縮短其使用壽命和集熱效率；同時由于真空管集熱器相鄰管之間存在間隙，在接受太陽光照射時，有一部分太陽光透過縫隙，其熱量沒有被集熱器所收集。而平板太陽能集熱器是一個連續的平面，整個集熱器表面都可以接受太陽光。真空管集熱器的單位有效集熱面積低使其集熱效率受到一定的限制。

綜上所述，如何在克服真空管集熱器易破損、易過熱、單位有效集熱面積低的基礎上更好的利用太陽能，是本領域研究人員所共同關注的熱點。

發明內容

針對上述真空管集熱器自身構造的缺陷，本發明的目的在于，提供一種結構簡單、使用方便、具有聚光增效及防護、防過熱功能的真空管集熱器。

為實現上述任務，本發明所采用如下的技術解決方案：

一種高效聚光及被動防護的真空管集熱器，包括聯集管、多個真空管和尾托架，其特征在于，在每一個真空管兩端設置有環形導軌，該環形導軌固定于聯集管及尾托架上，在真空管外設置有聚光槽，該聚光槽兩端通過斜齒輪和轉輪分別與環形導軌相連接，使得聚光槽繞真空管軸心線轉動，在斜齒輪上還有相嚙合的螺桿。

根據本發明，所述的聚光槽的形狀為復合拋物面，即底部具有真空管漸開線形狀，側面具有拋物線形狀。

所述環形導軌上加設有滾珠軸承。

所述的聚光槽內表面覆蓋有高反射率材料。如鏡面鋁箔或鏡面不銹鋼箔；

所述的斜齒輪、轉輪及環形導軌的圓心與真空管中心軸線重合。

所述的環形導軌截面形狀為直角梯形，所述的斜齒輪和轉輪的一側也具有直角梯形的截面形狀，嵌套于環形導軌上，繞環形導軌旋轉。

所述的螺桿與多個斜齒輪相嚙合，轉動螺桿可控制多個聚光槽同時轉動。

本發明的高效聚光及被動防護的真空管集熱器，帶來的技術效果是：

入射陽光在復合拋物面的聚光槽中通過反射到達真空管，復合拋物面的聚光槽可對斜入射的太陽光進行有效收集，達到最大理論聚光比，性能非常接近于理想聚光器，且該裝置的運行不需要隨時跟蹤太陽位置，只需根據季節調節方位，結構簡單，操作控制方便；冬季熱負荷較大時，將聚光槽旋轉至真空管底部，由于復合拋物面的聚光特性，真空管間空隙漏過的太陽光被聚集并反射至真空管吸熱面，使真空管的集熱效率增加，且可以減少單位集熱面積所使用的真空管數量；夏季熱負荷較小時，將聚光槽旋轉至真空管頂部，遮擋投射到真空管上的太陽光，防止真空管由于過熱而爆裂，并保護真空管不受異物碰撞或跌落而損壞。

附圖說明

圖1為本發明的高效聚光及被動防護的真空管集熱器整體結構示意圖；

圖2為復合拋物面聚光槽剖面圖；

圖3為聚光槽一端（與尾托架連接）的局部結構示意圖；

圖4為聚光槽另一端（與聯集管連接）局部結構示意圖；

圖5為聚光槽處于聚光增效狀態下的示意圖；

圖6為聚光槽處于被動防護狀態下的示意圖；

圖7為復合拋物面聚光槽幾何參數示意圖；

圖中標號分別表示：1、聚光槽，2、真空管，3、斜齒輪，4、螺桿，5、聯集管，6、尾托架，7、環形導軌，8、轉輪。

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。

具體實施方式