本发明专利技术公开了一种用于固定式反光板线聚焦集热器的集热管，其包括同轴套设在一起的吸热管和玻璃管，其中玻璃管套设在吸热管的外侧，玻璃管的两端分别经膨胀节密封地连接在吸热管上，吸热管与玻璃管之间形成为真空腔，在真空腔内设置有四块吸热板，每块吸热板的一端均固定连接在吸热管的外表面上，吸热板的另一端沿吸热管的径向朝远离吸热管的方向延伸，吸热板与玻璃管的内表面之间具有间隙。本申请中的集热管具有小管径、低热损、高换热、低成本的优势。优势。优势。
【技术实现步骤摘要】
用于固定式反光板线聚焦集热器的集热管
[0001]本专利技术涉及一种用于固定式反光板线聚焦集热器的集热管。
技术介绍
[0002]为了将太阳能转化为更高品位的热能，需要通过聚光方式来获得更高温度的工质，现有聚光方式主要包括线聚焦和点聚焦两种方式，其中线聚焦包括槽式和线性菲涅尔式，点聚焦包括塔式和蝶式，由于线聚焦方式的成本低、适用范围广，得到更多的推广应用。
[0003]中国专利“反射固定式线聚焦集热单元及反射固定式线聚焦集热装置(专利号2021100520754)”和“采用转杆式调节接收器的反光板固定式聚光集热装置(专利号2021100520769)”提出了反光板固定放置的太阳能线聚焦集热器，相对于槽式和线性菲涅尔式等结构的集热装置，降低了建造成本和运行成本，同时具有较高的单位占地面积太阳能利用率。
[0004]由于这种聚光方式所形成的聚光光斑要较槽式的聚光光斑大，采用现有结构的集热管存在以下主要不足：
①
采用传统的真空集热管，其吸热管和玻璃管的管径较槽式的会显著增加，一方面增加了集热管的重量和成本，另一方面由于介质通道的增加造成单位流量换热量和单位长度温升值的下降。
②
采用CPC集热器通过二次聚光可以减少集热管的管径，但这种方式一方面增加了设备和成本，另一方面造成了部分光学损失，仅适用于高聚光比的情况。
③
采用一字形吸热板的真空集热管，可以减少吸热管的管径，但用于定反光板线聚焦方式时，由于运行中集热管的朝向相对反光板的位置发生转动，需要有较宽的吸热板才能接收到反射的全部太阳光，这一方面进一步增加了玻璃管的直径，另一方面由于这种结构的肋效率较低而影响了换热效率。
技术实现思路
[0005]为克服现有集热管所存在的上述问题中的至少一个，本专利技术提出了一种用于固定式反光板线聚焦集热器的集热管，其包括同轴套设在一起的吸热管和玻璃管，其中玻璃管套设在吸热管的外侧，玻璃管的两端分别经膨胀节密封地连接在吸热管上，吸热管与玻璃管之间形成为真空腔，在真空腔内设置有四块吸热板，每块吸热板的一端均固定连接在吸热管的外表面上，吸热板的另一端沿吸热管的径向朝远离吸热管的方向延伸，吸热板与玻璃管的内表面之间具有间隙。
[0006]具体地，对应于每根集热管，该固定式反光板线聚焦集热器均具有一反光板，该反光板的上表面向下凹陷并形成为反光面，该反光面呈沿第一轴线方向延伸的槽状，该反光面的径向截面为一抛物线的一部分；
[0007]该集热管采用如下步骤确定：
[0008](1)使反光面的径向截面的两个端点的连线水平设置，确定太阳光相对于竖直方向在反光面上的最大入射角和最小入射角；
[0009](2)在最大入射角与最小入射角之间取n个特征入射角，n≥3；
[0010](3)对每个特征入射角均进行光线追迹模拟，在反射光束的最窄处绘制特征截光线段，并取特征截光线段的中心点为特征点；反射光束由反光板的反光面所反射出的所有反射光汇聚而成；
[0011](4)采用最小二乘法将各特征点拟合为一拟合圆，确定该轨迹圆的圆心和半径；
[0012](5)将各特征截光线段绕拟合圆的圆心转动，使各特征截光线段在拟合圆的同一点上汇集、并形成为一个外形呈两端宽中间窄的线束组；
[0013](6)沿着该线束组的边缘绘制两个三角形；以两个三角形远离特征点的四个顶点作为顶点、绘制一个四边形；
[0014](7)确定吸热管的外径；
[0015](8)以四边形的形心作为吸热管的圆心，绘制吸热管的外壁所在的圆，将外壁所在的圆称为外形圆；
[0016](9)分别以该外形圆与两个三角形的四个交点为起点，以四边形的四个顶点为终点绘制四条线段，四条线段的位置和长度作为吸热板的位置和宽度；吸热板的宽度是指吸热板在吸热管径向方向上的尺寸；
[0017](10)以吸热管的圆心为圆心确定玻璃管的内径，宽度最大的吸热板与玻璃管的内表面之间的距离为3
‑
20mm。具体地，100≥n≥3。
[0018]本申请中的集热管具有小管径、低热损、高换热、低成本的优势。本申请中的集热管能够直接作为接收器使用，无需现有技术中的CPC反光板，能够在满足吸热要求的情况下，降低固定式反光板线聚焦集热器的制造成本和重量，并由此能够降低固定式反光板线聚焦集热器的运行成本，同时提高了集热器的光学效率。
[0019]本申请中的集热管还具体优势如下：
[0020](1)相对于其它集热管，由于能够根据不同地区阳光的照射角度，具有针对性地设计相应的集热管，使得在满足接收运行时间段内全部阳光的情况下，最大限度地减小玻璃管的直径。
[0021](2)能够根据需要对集热管的吸热管和玻璃管进行匹配，以适用于各种管径大小的吸热管，用于满足介质流量、单位流量换热量、单位长度温升值、单位长度换热量等参数要求。
[0022](3)相对于其它带有吸热板的集热管，本申请能够在满足采光要求的情况下，尽可能减少吸热板的尺寸和重量、以及辐射换热系数和热损，并具有较高的肋效率和传热系数。
[0023](4)本集热管的结构形式简单，涉及的工艺成熟，易推广应用。
[0024]本申请中设置了四块吸热板，具体地，吸热管的外径为10
‑
100mm，且吸热管的外径不大于四边形两条对角线中较短的对角线的长度的60％。该设计能够在保证降低吸热管的外径的情况下，最大限度地吸收太阳能。相对于两片式，可以在满足接收全部太阳光的情况下，减少外玻璃管的直径20
‑
40％，提升换热的肋效率15
‑
30％。相对于无翅片式，能够降低吸热管的流通面积50
‑
90％，显著降低吸热管的重量，提高介质的单位体积换热量30
‑
60％。
[0025]进一步，各特征截光线段的交叉点与两个三角形的一个顶点重合，由于部分特征点不在拟合圆上，使得交叉点偏离四边形的形心，从而造成吸热板的位置偏离吸热管的径向，造成集热管的加工困难，为克服这一问题，步骤(6)中，在将各特征截光线段汇集为线束组时，采用如下方法：首先在拟合圆上确定一个汇集点，然后将一根起点为拟合圆的圆心并
经过该汇集点的射线作为汇集线，再将各特征截光线段绕拟合圆的圆心转动，使各特征截光线段的特征点位于该汇集线上，最后将各特征截光线段沿汇集线平移到汇集点上，形成线束组。
[0026]采用该设计，能够使得各特征截光线段的特征点完全重合，所获得的四边形为一平行四边形，两个三角形均有一个顶点位于四边形的形心上，所获得的吸热板能够沿吸热管的径向延伸，有利于降低集热管的加工难度。
[0027]具体地，该反光板的反光面的径向截面为一抛物线的一部分，该抛物线的公式为：其中，x为横坐标，y为纵坐标，p为焦距，该抛物线的焦点为F，该反光板的反光面相对于该抛物线的对称轴非对称；
[0028]反光板的反光面的径向截面形状采用如下步骤确定：
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于固定式反光板线聚焦集热器的集热管，其特征在于，包括同轴套设在一起的吸热管和玻璃管，其中玻璃管套设在吸热管的外侧，玻璃管的两端分别经膨胀节密封地连接在吸热管上，吸热管与玻璃管之间形成为真空腔，在真空腔内设置有四块吸热板，每块吸热板的一端均固定连接在吸热管的外表面上，吸热板的另一端沿吸热管的径向朝远离吸热管的方向延伸，吸热板与玻璃管的内表面之间具有间隙。2.根据权利要求1所述的集热管，其特征在于，对应于每根集热管，该固定式反光板线聚焦集热器均具有一反光板，该反光板的上表面向下凹陷并形成为反光面，该反光面呈沿第一轴线方向延伸的槽状，该反光面的径向截面为一抛物线的一部分；该集热管采用如下步骤确定：(1)使反光面的径向截面的两个端点的连线水平设置，确定太阳光相对于竖直方向在反光面上的最大入射角和最小入射角；(2)在最大入射角与最小入射角之间取n个特征入射角，n≥3；(3)对每个特征入射角均进行光线追迹模拟，在反射光束的最窄处绘制特征截光线段，并取特征截光线段的中心点为特征点；(4)采用最小二乘法将各特征点拟合为一拟合圆，确定该轨迹圆的圆心和半径；(5)将各特征截光线段绕拟合圆的圆心转动，使各特征截光线段在拟合圆的同一点上汇集、并形成为一个外形呈两端宽中间窄的线束组；(6)沿着该线束组的边缘绘制两个三角形；以两个三角形远离特征点的四个顶点作为顶点、绘制一个四边形；(7)确定吸热管的外径；(8)以四边形的形心作为吸热管的圆心，绘制吸热管的外壁所在的圆，将外壁所在的圆称为外形圆；(9)分别以该外形圆与两个三角形的四个交点为起点，以四边形的四个顶点为终点绘制四条线段，四条线段的位置...
【专利技术属性】
技术研发人员：余雷，杨嵩，王军，
申请(专利权)人：南京索乐优节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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