太阳能集热器及包括该太阳能集热器的热水生成系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102844627 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 4 6 2 7 A *CN102844627A* (21)申请号 201080052668.0 (22)申请日 2010.10.06 0957054 2009.10.09 FR F24J 2/05(2006.01) F24J 2/32(2006.01) F24J 2/34(2006.01) F24J 2/48(2006.01) (71)申请人苏菲亚安蒂波利斯能源发展公司 地址法国瓦尔博讷 (72)发明人米歇尔路易斯沃莱尔 克里斯蒂安勒诺特 (74)专利代理机构北京康信知识产权。

2、代理有限 责任公司 11240 代理人李丙林 张英 (54) 发明名称 太阳能集热器及包括该太阳能集热器的热水 生成系统 (57) 摘要 本发明涉及一种太阳能集热器（26），包括： 由外管（54）和内管（56）限定的封闭空间（52），所 述内管设置在外管（54）内，所述封闭空间（52）包 括适用于减少热对流和热传导的绝热装置，设置 于内管（56）上的太阳辐射（R s ）吸收层（58），以及 适用于将通过所述吸收层（58）接收到的太阳辐 射（R s ）的热量传输至载热流体（10）的导热装置 （60）。吸收层（58）仅在内管（56）的一部分圆周 上延伸。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入。

3、国家阶段日 2012.05.21 (86)PCT申请的申请数据 PCT/FR2010/052100 2010.10.06 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/042657 FR 2011.04.14 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种太阳能集热器（26），包括： 由外管（54）和内管（56）限定的封闭空间（52），所述内管设置在所述外管（54）内，所述 封闭空间（52）包括能够减少热对流和热传导的绝热装置， 设置于所述内管（56。

4、）上的太阳辐射（R s ）吸收层（58），及 适用于将通过所述吸收层（58）接收到的太阳辐射（R s ）的热量传输至载热流体（10）的 导热装置（60）， 其特征在于，所述吸收层仅在所述内管的一部分圆周上延伸，所述导热装置（60）包括 加热管（64），所述加热管包括设置在所述外管（54）内的热部（66）、设置在所述外管（54） 外的冷部（68）以及包含双相流体加热管（72）并在热部（66）及冷部（68）上延伸的贮液器 （70）。 2.根据权利要求1所述的太阳能集热器（26），其中所述吸收层（58）的横截面在角度 （A）值为140至220，优选为160至200，更优选为约180的角度上延伸。 3。

5、.根据权利要求1或2所述的太阳能集热器（26），其中所述内管（56）包括内表面 （62B）及朝向所述外管（54）的外表面（62A），其中所述吸收层（58）设置在所述外表面（62A） 上。 4.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能集热器（26），其中所述外管（54）和/或所 述内管（56）的横截面是环形的。 5.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能集热器（26），其中所述贮液器（70）至少 局部设置在所述内管（56）的内表面上（62B）。 6.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能集热器（26），其中所述导热装置（60）包 括设置在所述吸收层（58）与所述加热管的热部（66）之间的导热接口（74）。

6、。 7.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能集热器（26），其中所述加热管的热部 （66）为半圆柱形。 8.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能集热器（26），其中所述热部（66）的横截 面大致面对所述吸收层（58）的横截面。 9.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能集热器（26），其中所述热部（66）的横截 面在角度（B）值为180至220，优选为约200的角度上延伸。 10.一种利用太阳能的热水生成系统，包括： 能够基于太阳能加热载热流体（10）的多个太阳能集热器（26），及 在所述太阳能集热器（26）与热水用户（80）之间传输载热流体（10）的回路（14）， 其特征在于，所述太阳能集热器。

7、（26）为根据上述权利要求中任一项所述的太阳能集热 器。 权 利 要 求 书CN 102844627 A 1/5页 3 太阳能集热器及包括该太阳能集热器的热水生成系统 技术领域 0001 本发明涉及一种太阳能集热器（capteur solaire），包括： 0002 -由内管和外管限定的封闭空间，所述内管设置在外管的内部，所述封闭空间包括 适用于减少热对流和热传导的绝热装置， 0003 -布置于内管上的太阳辐射吸收层，及 0004 -可将通过吸收层从太阳辐射接收的热量传输至载热流体的导热装置。 0005 本发明还涉及一种通过太阳能产生热水的系统，包括: 0006 -多个适用于基于太阳能加热载热。

8、流体的太阳能集热器，及 0007 -可在太阳能集热器与热水用户之间的传输载热流体的回路。 背景技术 0008 目前已知真空管太阳能集热器包括内管和外管，所述内管和外管呈同心圆柱状。 每一管在其端部之一封闭，并且内管和外管在它们端部的另一端相互密封。所述太阳能集 热器包括太阳辐射吸收层，所述吸收层朝外管设置在内管外表面的整个外围。所述太阳能 集热器还包括多个将来自太阳辐射的热量传递至载热流体的装置。所述载热流体在一个将 热水用户与太阳能集热场连接的输送回路中进行循环。 0009 由于黑体辐射管的热损耗较大，因此所述载热流体的热效率并不理想。 发明内容 0010 本发明旨在通过降低辐射的热损耗提高。

9、载热流体的热效率。 0011 为此，本发明涉及一种上述类型的太阳能集热器，其特征在于，所述吸收层仅延伸 至内管圆周的一部分上。 0012 根据其他实施例，所述太阳能集热器包括以下特征中的一项或多项，以单独地或 技术上可行的所有组合的形式： 0013 -吸收层横截面在角度值为140至220，优选为160至200，更优选为约为 180的角度上延伸； 0014 -内管包括内表面及朝向外管的外表面，所述吸收层设置（disposer，涂覆）于所述 外表面上； 0015 -外管和/或内管的横截面为环形； 0016 -导热装置包括一个加热管及一个贮液器，所述加热管具有设置在外管内部的热 部以及设置在外管外部。

10、的冷部，所述贮液器具有双相流体加热管，并延伸至所述热部及冷 部上； 0017 -所述贮液器至少局部设置在所述内管的内表面上； 0018 -导热装置包括设置在吸收层与所述加热管的热部之间的导热接口； 0019 -所述加热管的热部为半圆柱形； 0020 -所述热部的横截面大致面对（en regard de）所述吸收层的横截面； 说 明 书CN 102844627 A 2/5页 4 0021 -所述热部的横截面角度上地延伸（s tendre angulairement），其角度值为 180至220、优选为约200。 0022 本发明还涉及一种上述类型的热水生成系统，其特征在于，太阳能集热器如上所 述。

11、。 附图说明 0023 通过阅读了以下的结合附图并示例性给出的说明，本发明及其优点变得更加清 楚，其中： 0024 图1是根据本发明的热水生成系统的示意图； 0025 图2是与图1所示的热水生成系统的载热流体传输回路连接的太阳能集热器的侧 面示意图； 0026 图3是图2沿平面III的剖面图。 具体实施方式 0027 如图1所示，热水生成系统2包括加热装置8、热能存储装置12及用于将载热流体 10传输至热水用户15的闭合回路14，所述加热装置8通过载热流体10中的太阳能进行加 热。所述回路14将加热装置8、存储装置12及热水用户15连接在一起。 0028 所述热水生成系统2包括用于从传输回路1。

12、4卸载（dlester）载热流体10的储 箱（de stockage,）16。 0029 所述热水生成系统2包括控制环路18，所述控制环路18包括混合器20以及第一 泵22。设备还包括用于远程控制所述环路18的装置24。 0030 加热装置8包括多个太阳能集热器26，下文将结合图2及图3对所述太阳能集热 器进行进一步说明。 0031 载热流体10例如是在最高温度为150，最大压力为6巴下使用的水。 0032 回路14包括多个阀门28、（冷热水）混合器20、第一泵22及第二泵30。流体10 通过两个泵22和30在回路14中进行循环。 0033 存储装置12及回路14通过绝热材料绝热，图中未示出。。

13、 0034 热水用户15包括用于利用由载热流体10传输的热量的蛇形交换器40。 0035 如图2所示，所述回路14包括用于传输载热流体10的导管48以及设置在所述导 管48外周的隔热护套50。导管48为圆柱形，其轴线朝向大致水平的平面H。 0036 太阳能集热器26包括封闭空间52及太阳辐射R s 吸收层58，其中所述封闭空间由 外管54和设置在外管内部的内管56限定，所述太阳辐射R s 吸收层58设置（或涂覆）于内 管56上。太阳能集热器26还包括导热装置60，导热装置60可将通过所述吸收层58从太 阳辐射R s 中获得的热能传输至载热流体10。 0037 封闭空间52包括适用于减少热对流及。

14、热传导的隔热装置。主要的热损耗是由热 辐射引起的。封闭空间52例如为真空。 0038 在图2及图3所示的实施例中，管54、56大致为圆柱形，与轴线I同心，且具有环 形横截面。外管及内管54、56在它们端部之一呈半球形封闭，在它们的另一端内外管彼此 密封。内管56包括内表面62B及朝向外管54的外表面62A。 说 明 书CN 102844627 A 3/5页 5 0039 所述太阳能集热器26还包括嵌在内管56的开放端内的隔热帽（bouchon）63。 0040 如图3中所示，吸收层58仅在内管56的一部分圆周上延伸吸收层58的横截面在 角度A为140至220，优选为160至200，更优选为约1。

15、80的角度上延伸（展开）。 所述太阳能集热器26还包括内管56的圆周上吸收层58未延伸的部分。该内管56圆周部 分在角度值为（360 -A）的角度上延伸。换而言之，所述太阳能集热器26包括，例如，仅 由通过空间52中的真空分离开的内管56及外管54构成的余角部分（portion angulaire complmentaire）。该余角部分在角度值等于（360 -A）的角度上延伸（展开）。在余角部 分中，管54、56几乎为透明的，并且适合于允许可见光通过。 0041 例如，所述吸收层58可沿太阳辐射R s 的方向朝向天空，而内管56圆周上吸收层 58未延伸的部分朝向地面。 0042 例如，所述吸。

16、收层58大致呈半圆柱形，且设置于所述内管的外表面62A上。吸收 层58的横截面则为角度为A的圆弧形。 0043 吸收层58包括选择性吸收太阳辐射的材料，即吸收电磁频谱波长大致在0.25m 至2.5m之间的辐射。该选择性吸收层58是，例如，由多层亚硝酸铝在铝或不锈钢或铜基 质上复合而成。可选地，所述吸收层58由设置在金属基质上的多层氮化铜或氮化铁或氮化 铬复合而成。 0044 例如，吸收层58是通过阴极溅射将选择性层材料附着于内管56上，不需要吸收层 58延伸（涂覆）的部分在溅射时应遮盖或避开。 0045 例如，导热装置60包括加热管64，所述加热管64由金属箔构成，该加热管的扭曲 面（surf。

17、ace gauche）一部分与内管56的形状贴合，另一部分与传输导管48贴合，如图2 所示。加热管64包括设置在内管56中的热部66以及设置在管54、56外部的冷部68。加 热管64还包括贮液器70，所述贮液器70由一组管道71组成，所述管道通过赋予加热管金 属箔结构的金属薄层彼此连接。所述贮液器70包括双相流体加热管72，并在热部（partie chaude，热部分）66及冷部（partie froid，冷部分）68上延伸。对于加热管的热部66，贮液 器70至少局部地设置在所述内管内表面62B上。 0046 导热装置60还包括导热接口74，如图3所示，导热接口设置在加热管的热部66以 及管5。

18、4、56之间。更确切地说，导热接口74设置在内管内表面62B与加热管的热部66之 间。 0047 加热管64包括,相对于热部66和冷部68的主要部分（la partie courante）的 范围,在其热部66和冷部68之间圆周范围内（tendue）的一个狭窄部，未在图中示出。狭 窄部在热部66和冷部68之间形成一个连接铰链。 0048 加热管64由两个金属箔76A、76B形成，如图3所示，两个金属箔76A、76B彼此固 定在一起。加热管的金属箔76A、76B可为，例如，在限定管道71的区域外熔接在一起的金 属箔。金属箔76A、76B可为，例如，铝箔。 0049 加热管的热部66是以I为轴线的。

19、半圆柱形，如图3所示。热部66的横截面呈弧 形，夹角B为180至220，优选为约200。热部66的横截面与吸收层58的横截面基本 相对。 0050 在图3的实施例中，吸收层58的横截面设置于内管56上，仅与热部66的横截面 相对。吸收层58的横截面和热部66的横截面都在太阳辐射R s 的方向朝向天空。仅由通 说 明 书CN 102844627 A 4/5页 6 过空间52的真空分离开的内管56和外管组成的54太阳能集热器的余角部分（la portion angulaire complmentaire，互补的角部分）朝向地面。 0051 加热管的热部66，特别是包含在热部内的贮液器70的部分，紧。

20、贴内管内表面62B。 0052 加热管的冷部68是以X为轴的半圆柱体，设置在导管48和隔热护套50之间，环 绕在导管48周围，如图2所示。 0053 轴I相对水平面H倾斜，与水平面H形成倾斜角C。倾斜角C值大于5，优选大 于30。 0054 贮液器70包括，例如，加热管72内流体循环流动用的三个管道71。三个循环管道 71相互连接，与其在冷部68中的延伸部分形成用于加热管72流体的封闭回路。 0055 贮液器的每个管道71由金属箔76A、78B间的缝隙形成。 0056 例如，加热管72的双相流体可为水、甲醇、乙醇、庚烷、制冷剂HFC、或者制冷剂 HCFC。 0057 每个太阳能集热器26均通过。

21、一个紧固件76固定到导管48上，如图2所示。该紧 固件76包含圆柱形的第一部分76A和扁平形的第二部分76B。第一部分76A和第二部分 76B通过弯管接头76C连接在一起。紧固件76为热导体，可由例如铝制成。第一部分76A 与导管48接触，设置在导管48和隔热护套50之间，以便相对于导管48与热部68径向相 对。第二部分76B与加热管64接触设置。第一紧固装置76D和第二紧固装置76E通过紧 固件76和加热管64各自的孔口延伸出去，将紧固件76连接到加热管64上。 0058 具有真空管的太阳能集热器（或称真空管太阳能集热器）26的使用温度为80 C 至150C。 0059 以下说明热水生成系统。

22、的运作，特别是太阳能集热器的运作。 0060 加热装置6的太阳能集热器26在白天接收（吸收）太阳辐射R s ，然后将与太阳辐射 R s 相关的热能传递到载热流体10。 0061 更明确地说，通过每个集热器的吸收层58选择性材料吸收太阳辐射R s ，然后通过 外管54传输太阳辐射能R s 。与太阳辐射吸收有关的热能通过内管56和导热接口74传递 到加热管64中。封闭空间52中的真空确保关于热对流和热传导的隔离，外管确保隔热保 温。 0062 转移到加热管的热部66的热能使加热管72内的流体相逐步从液相变成气相。双 相流体加热管则通过贮液器的不同管道71将气态向加热管的冷部68传输。贮液器70在 。

23、加热管的热部66中至少局部与吸收层58接触，提高了吸收层58和加热管72内流体的热 传导，进一步降低了辐射的热损失。 0063 热量由加热管72的流体从热部66传输到冷部68，然后通过冷部68中的管道71 和回路的导管48之间的热传导转移到载热流体10。该热传导使得载热流体10的温度提 高，加热管72的流体温度降低。 0064 随着加热管72的流体温度的降低，加热管72的流体再次逐步发生变化，从气相变 成液相。加热管流体呈液相后，由于重力作用下降，流体以倾斜角C从冷部68流向热部66， 以便再次运输太阳辐射的热能。 0065 存储装置12则作为加热装置的太阳能集热器26收集（产生）的热能和热水。

24、用户 15消耗的热能之间的缓冲。因此，通过加热装置12可不依赖太阳能独立实现热量生成。 说 明 书CN 102844627 A 5/5页 7 0066 通过利用多个阀门28、冷热水混合器20和多个泵22、30，本热水生成系统2还可 采用多种操作形式：只存储热能，直接产生热能，存储和产生热能，排出热能和直接产生热 能以及只排出热能。 0067 控制环路18可适应由热水生成系统2产生的大量热能。 0068 根据本发明，将吸收层58只在内管56的一部分圆周上延伸可减少热能的损失。事 实上，吸收层58类似于一个黑体，在太阳能集热板吸收太阳辐射R2时辐射（rayonne）。该黑 体辐射会使发射的红外波在。

25、管54、管56的封闭空间52里反射，并且部分地从隔热保温处泄 露。吸收层未延伸到与其接触的内管56的部分圆周产生较少的黑体辐射。因此，与传统的 管式太阳能集热器相比，根据本发明的太阳能集热器26能减少黑体辐射和相关的热损失。 0069 此外，通过吸收层58仅在内管56的一部分圆周上延伸，根据本发明的太阳能集热 器26还能降低成本。 0070 因此，根据本发明的太阳能集热器能确保从外管到载热流体获得更高的热效率， 降低辐射引起的热损失。 说 明 书CN 102844627 A 1/3页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102844627 A 2/3页 9 图2 说 明 书 附 图CN 102844627 A 3/3页 10 图3 说 明 书 附 图CN 102844627 A 10 。