一种带有螺旋式真空管的两级CPC集热器的制作方法

本实用新型涉及一种太阳能集热装置，特别是一种多方位可调的两级cpc集热器装置，属于太阳能利用技术领域。

背景技术：

太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，其开发和利用被认为是世界能源战略的重要组成部分。太阳能热水器已经成功的商业化，如何更有效的利用太阳能，成为了各国科学家致力研究的内容。

复合抛物面聚光器(compoundparabolicconcentrator，简称为cpc)是根据边缘光学原理设计的非成像聚光器。在理论上，接收角范围内的入射光直接或经反射都最终到达接收器上，对于给定的接受角范围它可以实现最大的聚光比，因而被应用在太阳能光热、光伏系统中，非跟踪、跟踪(二级反射器)系统中。cpc集热器具有最小的散热面积，无需跟踪装置而降低了成本，可以实现中高温集热的需求。

目前cpc太阳能中低温集热器已经得到了一定的推广应用，相对于普通的太阳能低温集热器，可以在一定范围内提高集热温度和集热效率，但目前的cpc集热器由于光学特性限制，设计的聚光比较低，无法实现较高的集热温度或者在较高的集热温度下运行太阳能集热效率很低；若设计较高的聚光比，则集热器的太阳光接收角度会很小，需要跟踪才能保证太阳光的接收，失去了cpc集热器的价值和意义，同时需要较大的反光板。这种情况导致了cpc集热器相对于非聚光器在性能和成本上没有明显的优势，限制了cpc集热器的推广应用和普及；目前的内置cpc集热管，采用的是一维直线型cpc反光板，只能采集一定开口角度内的太阳光，不适合作为二级反光板；目前的cpc支架可调性差，不好调整集热管和反光板的位置，并且通用性较差，或者结构复杂成本高，这些因素影响了cpc太阳能集热器的进一步推广应用和太阳能的最优化利用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有相关cpc集热装置的缺陷，提供了一种两级聚光，集热温度和集热效率高，同时可调节性能好，适用于不同类型的cpc集热器固定，便于进行集热管和cpc反光板的位置、高度、朝向和形状等方面进行无级调节的cpc集热装置。

为解决上述技术问题，本专利提供的技术方案为：采用带有螺旋式真空管的两级cpc集热器，包括螺旋式cpc真空集热管、外cpc反光板、可调式支撑架；螺旋式cpc真空集热管在外cpc反光板的凹槽内，并位于外cpc反光板的聚光处；螺旋式cpc真空集热管和外cpc反光板的两端连接可调式支撑架，并由可调式支撑架支撑；螺旋式cpc真空集热管和外cpc反光板可以在可调式支撑架上转动，可以通过调节可调式支撑架改变cpc真空集热管、外cpc反光板、可调式支撑架三者之间的相对位置。

作为本实用新型的一种改进，所述的螺旋式cpc真空集热管包括螺旋式集热管、螺旋式cpc反光体、螺旋式cpc反光体固定杆、集热管端盖、膨胀节、过渡金属环、玻璃管；螺旋式集热管为螺旋状的管状结构，螺旋式cpc反光体是以cpc曲线沿着螺旋式集热管螺旋而形成的结构，螺旋式集热管位于螺旋式cpc反光体的聚光处；玻璃管的两端连接过渡金属环，过渡金属环的另一端连接膨胀节，膨胀节的另一端连接集热管端盖，集热管端盖、膨胀节、过渡金属环、玻璃管形成的封闭空间为真空层，螺旋式集热管和螺旋式cpc反光体位于所述真空层内；螺旋式cpc反光体的两端通过螺旋式cpc反光体固定杆固定连接到集热管端盖上，螺旋式集热管的两端穿过集热管端盖。

作为本实用新型的一种改进，所述的可调式支撑架包括y型支撑架、三角形支撑架、外cpc反光板支撑杆、螺旋式集热管固定卡扣、转动固定杆；所述y型支撑架为由三条支杆形成的y型支架，三条支杆上设有调节用条形孔，y型支撑架的中心设有转轴；三角形支撑架为由三条直杆构成的三角形支架，三角形支撑架的上端设有圆形的转轴孔，转轴孔的下方设有调节用扇形孔；外cpc反光板支撑杆为两端设有螺纹杆的直杆，螺旋式集热管固定卡扣为侧面设有螺纹杆的u型卡扣，转动固定杆为端部设有防脱环的螺纹杆，外cpc反光板支撑杆和螺旋式集热管固定卡扣上的螺纹杆穿过调节用条形孔并由螺母紧固，转动固定杆穿过调节用扇形孔和调节用条形孔并由螺母紧固。

作为本实用新型的一种改进，所述的螺旋式集热管上覆有太阳能选择性吸收涂层，螺旋式cpc反光体的表面覆有反光层，过渡金属环的材料为可伐合金。

相对于现有技术，本实用新型的优点如下：1）该装置设计了螺旋式cpc真空集热管，可以环形cpc聚光，接收来自360度的太阳光采集；采用的两级聚光，将外反光板聚光的太阳光进一步进行聚光，可以提高聚光比，以实现较高的集热温度及集热效率；采用的细螺旋管设计，相对于粗直管，可以在相同采光量的情况下减少散热面积，提高集热效率；采用了真空结构、膨胀节、过渡金属环来保证集热管可以在高温状态下高效、稳定的运行。

2）采用的可调式支撑架设计，可以简单方便进行螺旋式cpc真空集热管、外cpc反光板的位置调节，可以适应不同型号尺寸的cpc真空集热管和cpc反光板，并且可以调节cpc真空集热管和外cpc反光板的相对位置以达到最佳的聚光效果，该设计可以实现无级连续调节。

3）采用的可调式支撑架设计，可以简单方便进行螺旋式cpc真空集热管、外cpc反光板的角度调节，可以根据时间和季节选择最佳的集热器朝向以提高集热效率，不用电动装置，可以更好的配合螺旋式cpc真空集热管达到理想的聚光效果。

4）该装置采用了外cpc聚光+内360度cpc聚光的设计，集热温度和集热效率高、同时可调节性能好，便于进行cpc集热管和反光板的位置、高度、cpc朝向和形状等方面进行无级调节，保证cpc集热器的高太阳能利用率和环境适应性，同时结构简单、便于进行拼装和拆卸，可重复使用，成本低，样式美观，具有较好的推广潜力。

附图说明

图1是带有螺旋式真空管的两级cpc集热器的结构示意图；

图2是螺旋式cpc真空集热管的结构示意图；

图3是螺旋式cpc真空集热管的剖面图；

图4是可调式支撑架的结构示意图；

其中：1是螺旋式cpc真空集热管、2是外cpc反光板、3是可调式支撑架、4是螺旋式集热管、5是螺旋式cpc反光体、6是螺旋式cpc反光体固定杆、7是集热管端盖、8是膨胀节、9是过渡金属环、10是玻璃管、11是真空层、12是y型支撑架、13是调节用条形孔、14是转轴、15是三角形支撑架、16是转轴孔、17是调节用扇形孔、18是外cpc反光板支撑杆、19是螺旋式集热管固定卡扣、20是转动固定杆、21是螺母。

具体实施方式

为了加强对本实用新型的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做出进一步的说明和介绍。

实施例1

参见图1，采用带有螺旋式真空管的两级cpc集热器，包括螺旋式cpc真空集热管1、外cpc反光板2、可调式支撑架3；螺旋式cpc真空集热管1在外cpc反光板2的凹槽内，并位于外cpc反光板2的聚光处；螺旋式cpc真空集热管1和外cpc反光板2的两端连接可调式支撑架3，并由可调式支撑架3支撑；螺旋式cpc真空集热管1和外cpc反光板2可以在可调式支撑架3上转动，可以通过调节可调式支撑架3改变cpc真空集热管1、外cpc反光板2、可调式支撑架3三者之间的相对位置。

实施例2

参见图2、图3，作为本实用新型的一种改进，所述的螺旋式cpc真空集热管1包括螺旋式集热管4、螺旋式cpc反光体5、螺旋式cpc反光体固定杆6、集热管端盖7、膨胀节8、过渡金属环9、玻璃管10；螺旋式集热管4为螺旋状的管状结构，螺旋式cpc反光体5是以cpc曲线沿着螺旋式集热管4螺旋而形成的结构，螺旋式集热管4位于螺旋式cpc反光体5的聚光处；玻璃管10的两端连接过渡金属环9，过渡金属环9的另一端连接膨胀节8，膨胀节8的另一端连接集热管端盖7，集热管端盖7、膨胀节8、过渡金属环9、玻璃管10形成的封闭空间为真空层11，螺旋式集热管4和螺旋式cpc反光体5位于所述真空层11内；螺旋式cpc反光体5的两端通过螺旋式cpc反光体固定杆6固定连接到集热管端盖7上，螺旋式集热管4的两端穿过集热管端盖7。

实施例3

参见图4，作为本实用新型的一种改进，所述的可调式支撑架3包括y型支撑架12、三角形支撑架15、外cpc反光板支撑杆18、螺旋式集热管固定卡扣19、转动固定杆20；所述y型支撑架12为由三条支杆形成的y型支架，三条支杆上设有调节用条形孔13，y型支撑架12的中心设有转轴14；三角形支撑架15为由三条直杆构成的三角形支架，三角形支撑架15的上端设有圆形的转轴孔16，转轴孔16的下方设有调节用扇形孔17；外cpc反光板支撑杆18为两端设有螺纹杆的直杆，螺旋式集热管固定卡扣19为侧面设有螺纹杆的u型卡扣，转动固定杆20为端部设有防脱环的螺纹杆，外cpc反光板支撑杆18和螺旋式集热管固定卡扣19上的螺纹杆穿过调节用条形孔13并由螺母21紧固，转动固定杆20穿过调节用扇形孔17和调节用条形孔13并由螺母21紧固。

实施例4

参见图3，作为本实用新型的一种改进，所述的螺旋式集热管4上覆有太阳能选择性吸收涂层，螺旋式cpc反光体5的表面覆有反光层，过渡金属环9的材料为可伐合金。

工作原理和过程：

参见图1-图4，太阳光一部分直接照射到螺旋式cpc真空集热管1上，一部分经过外cpc反光板2反射后照射到螺旋式cpc真空集热管1上；照射到螺旋式cpc真空集热管1上的太阳光，一部分直接照射到螺旋式集热管4上，一部分经过螺旋式cpc反光体5反射后照射到螺旋式集热管4上；照射到螺旋式集热管4上的太阳光被太阳能选择性吸收涂层吸收后转化成热能，加热螺旋式集热管4内的介质。

膨胀节8和过渡金属环9是为了消除螺旋式cpc真空集热管1内高温所产生的应力。

通过改变外cpc反光板支撑杆18在调节用条形孔13上的固定位置，可以调整外cpc反光板2的位置和适应不同尺寸和型号的外cpc反光板2；通过改变螺旋式集热管固定卡扣19在调节用条形孔13上的固定位置，可以调整螺旋式cpc真空集热管1的位置和适应不同尺寸和型号的螺旋式cpc真空集热管1；通过改变转动固定杆20在调节用扇形孔17上的固定位置，可以调整y型支撑架12的角度。

本实用新型还可以将实施例2、3、4所述技术特征中的至少一个与实施例1组合，形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例仅仅是本实用新型的较佳实施例，并没有用来限定本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。