CN201539846U - 太阳能非相变管列式集热器 - Google Patents

太阳能非相变管列式集热器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种太阳能非相变管列式集热器，涉及太阳能技术，它包括有非相变传热管组成的两层板状管束，固定和支撑板状管束的上下管板，分别与管板外端各自连接相通的进出口联箱，联箱的进出口接管分别接于循环水路。两层板状管束，位于碟式太阳能镜聚光器的聚光面上。经碟式太阳镜汇聚的能量直接照射到前后两层板状管束上，非相变传热管将吸收的热量均匀、快速、高效地传递到其内套管的冷水中，使冷水快速升温，甚至沸腾。本实用新型的热交换方式可高效吸收太阳能，快速加热冷水；具有传递高热流密度、在较低温度下工作、安全可靠、坚固耐用、使用寿命长、耐压、环保等优点。

Description

太阳能非相变管列式集热器
技术领域
本实用新型涉及太阳能技术领域，是太阳能热利用的集热器，特别是一种将非相变传热管技术应用于碟式太阳能直接热利用的换热方法及其集热器。
背景技术
众所周知，碟式太阳能利用形式中的直接热转换的装置，如热水锅炉，存在体积大、质量大、热利用率低、容易损坏，维修成本高，寿命短等缺陷。导致这些缺陷的原因在于：经过碟式太阳能镜聚光的热能具有较高温度，甚至超过1200℃，和较高热流密度，甚至超过30.0W/cm2，而传统的换热设备很难直接将这些热能直接转换，从而出现热水锅炉底面温度非常高，热水锅炉仅能吸收一部分热能，热量经过热辐射散失严重。同时锅炉底面在太阳光照射时处于高温状态，夜间恢复常温，高低温交替变化导致高温蠕变现象严重。传统的热水锅炉由于质量大，换热效率低，加热速度慢，连续出蒸汽能力差等缺点，不适于在碟式太阳能光热转换中继续发展使用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种太阳能非相变管列式集热器，其热转换效率高、能够持续产生蒸汽，同时集热器能够在相对较低的温度下工作，确保很少的热量辐射散失，同时体积小、重量轻、安全可靠、坚固耐用、使用寿命长、耐压、环保。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方法是：
一种太阳能非相变管列式集热器，包括进出口联箱，用于支撑固定非相变传热管管束的固定管板，支撑侧板，进出口联箱的进出水口接管；其还包括多个非相变传热管，多个非相变传热管相互平行组成管束，管束至少设有两层；
两进出口联箱平行相对设置；
两进出口联箱的内侧以管束两端分别与两进出口联箱内侧壁密封固连；
两进出口联箱的外侧各接有接管，接管分别接于循环水路；
两进出口联箱的横向两端相互间分别以支撑侧板固定连接，多个非相变传热管相互平行组成的管束，位于两支撑侧板的内侧；
两层板状管束，位于碟式太阳能镜聚光器的聚光面上。
所述的太阳能非相变管列式集热器，其所述每个非相变传热管，包括上充装封头、外套管、内套管、下堵头、工作介质；其中，外套管的内径大于内套管的外径，内套管以共轴方式置于外套管内，以内套管两端平齐或伸出外套管两端口的状态设置；在每个非相变传热管的两端分别设上充装封头和下堵头，将外套管和内套管固定，并将外套管和内套管之间的间隙封闭，在外套管和内套管之间的间隙内充有工作介质。
所述的太阳能非相变管列式集热器，其所述两进出口联箱的内侧壁为管板，管板上开有多个通孔，通孔为阵列设置，其孔径与非相变传热管外径相适配，非相变传热管两端分别***通孔后密封固接，每个非相变传热管两端分别与两进出口联箱的内腔相通连。
所述的太阳能非相变管列式集热器，其所述非相变传热管两端分别***通孔后密封固接，是以套管两端外周壁与管板的通孔密封固接。
所述的太阳能非相变管列式集热器，其所述外套管的内径大于内套管的外径，内、外套管的中径比为1∶2.0～1∶4.0。
所述的太阳能非相变管列式集热器，其所述工作介质，为常温常压下的液态H2O工质，气态R134a工质。
所述的太阳能非相变管列式集热器，其所述非相变传热管，其表面涂有选择性吸收涂层，充分吸收太阳能聚光镜聚集的能量，减少太阳光的反射损失。
所述的太阳能非相变管列式集热器，其所述传热管，为普通热管。
鉴于碟式太阳能光热转换率低，本实用新型一种太阳能非相变管列式集热器的优点是：热转换效率高、能够持续产生蒸汽，同时实现该集热器能够在相对较低的温度下工作，例如传热管管束表面温度低于150℃，确保很少的热量经过热辐射再次散失到大气中。在满足上述要求的情况下，本高效太阳能非相变管列式集热器同时还具有体积小、重量轻、安全可靠、坚固耐用、使用寿命长、耐压、环保等优点。
附图说明：
图1是本实用新型的一种太阳能非相变管列式集热器结构示意图，其中，图1a为集热器主视图，图1b为集热器侧视图，图1c为集热器俯视图；
图2是本实用新型中非相变传热管的结构示意图，其中，图2a为传热管轴向剖视图，图2b为传热管径向剖视图；
图3是本实用新型中进出口联箱的管板结构示意图。
具体实施方式
本实用新型一种太阳能非相变管列式集热器，采用非相变传热管技术，与传统的热管，在结构形式安排，工作原理，以及加工制造等都存在不同，是一种完全新型的传热技术。
本实用新型采用多根传热管垂直穿管于上、下两个管板上组成非相变管束，将辐射到非相变传热管上的太阳能高效传递到管中的流体工质中，实现其连续产热水或沸腾吸热产生持续的蒸汽。选用太阳能选择性吸收涂层涂膜到传热管上，进一步减少太阳光的反射损失，同时减少太阳光谱中热能以热辐射性的形式散失到空气中，最大限度地利用碟式太阳能聚光镜获得的热能。同时采用保温材料、发泡材料构成外部保温箱，将非相变管列式集热器设置在保温箱内。
本实用新型一种太阳能非相变管列式集热器：
a)非相变管列式集热器的主体部分为两排相互平行的非相变传热管管束组成，每排管束均由多根相互平行的传热管构成。非相变传热管的上、下两端分别与上、下管板固定连接，使它们连成一体，固定管板外端分别与各自的连箱连接，使它们并接为一体，两个连箱引出壳体分别与***的液体进、出口相连。
b)非相变传热管束可以是整体的竖直安置，也可是整体的任意角度的斜向安置，只要保证太阳光聚光面能完全照在非相变传热管管束上，非相变传热管集热器装置即可高效工作。
c)各非相变传热管结构相同，它由内、外套管，下堵头，上充装封头，封装销组成。非相变传热管内充装一定量的工作介质。
d)非相变传热管表面涂上选择性涂层，充分吸收太阳能聚光镜聚集的能量，减少太阳光的反射损失。
能够将碟式太阳能聚光板吸收的50％以上的热量直接转换成其他工质能量的增加。
内外套管的直径选择上，以符合传热匹配为基准，通常采用内、外套管的中径比为1∶2.0～1∶4.0。如采用外管φ19×3，内管φ8×2。其它比值根据应用条件可以改变。
见图1，为本实用新型的一种太阳能非相变管列式集热器，其中，非相变传热管1，进出口联箱2，用于支撑固定非相变传热管管束的固定管板3，支撑侧板4；进、出口联箱的进、出水口接管5。
两进出口联箱2平行相对设置。多个非相变传热管1相互平行组成板状管束，板状管束设有两层。
两进出口联箱2的内侧以多个非相变传热管1组成的管束两端分别与两进出口联箱2内侧壁密封固连，两进出口联箱2的内侧壁为管板11，管板11的结构如图2所示。管板11上开有多个通孔12，通孔12为两排设置，其孔径与非相变传热管1外径相适配，非相变传热管1两端分别***通孔12后密封焊接，每个非相变传热管1两端分别与两进出口联箱2的内腔相通连。
两进出口联箱2的外侧各接有一接管5，接管5分别接于循环水路。两进出口联箱2的横向两端相互间分别以支撑侧板4固定连接，多个非相变传热管1相互平行组成的管束，位于两支撑侧板4的内侧。
多个非相变传热管1组成的两层板状管束，位于碟式太阳能镜聚光器的聚光面上。
见图3所示，为本实用新型中非相变传热管的结构示意图，其中，非相变传热管的上充装封头6；非相变传热管的外套管7；传热管的内套管8；非相变传热管的下堵头9；非相变传热管的充装工作介质10。
每个非相变传热管1由两根管组成，一外套管7、一内套管8。外套管7的内径大于内套管8的外径，内套管8的长度大于外套管7的长度，内套管8以共轴方式置于外套管7内，以内套管8两端伸出外套管7两端口的状态设置。在每个非相变传热管1的两端分别设上充装封头6和下堵头9，将外套管7和内套管8固定，并将外套管7和内套管8之间的间隙封闭，在外套管7和内套管8之间的间隙内充有工作介质10。以外套管7两端外周壁与管板11的通孔12密封固接。
工作介质10可以是任意工质，如常温常压下的液态H2O工质，气态R134a工质等。工作介质10的充装量以符合传热要求为基准。
非相变传热管1，也可以用普通热管替代。
本实用新型的工作原理如下(以竖直安置管束为例)：
本实用新型使用时，***的给水***将冷水从非相变管列式集热器的进、出口联箱2的进水口接管5送入输送到进口联箱2的箱体中，在箱体内，流体工质按照流体力学基本规律均匀分散到非相变传热管管束的各根非相变传热管1的内套管8中，从各个非相变传热管1的内套管8中由下而上流动，流动过程中充分吸收从非相变传热管1外套管7吸收并经非相变传热管工作介质10传递给内套管8的热量，形成热水或高温水蒸汽，热水或高温水蒸汽从各非相变传热管1内套管8上端口流出后，汇集于出口联箱2的封密箱体中后，再由上端出水口接管5输出，送至相关***，使太阳能量得以吸收利用。
图1-图3中，仅对本实用新型相关的部分示意说明，其他如储水箱，非相变传热管集热器装置的固定支架，如吊耳等，连接管路，以及非相变管列式集热器的外层保温等是众所周知的，在此省略。
本实用新型的主体部分在于非相变传热管的利用，对于非相变传热管***的改进，如：1.非相变传热管内套管中的强化传热方式，如静态扰流、翅片扰流等；2.本高效太阳能非相变管列式集热器在其他高传热温差、气液传热、高效换热场合的应用，如余热回收场合中的气液热交换过程等的应用。这样的改进形式也应归为本实用新型权利要求书的保护范围。
最合理的管束排布是两排非相变传热管管束排列，但在多排管束排列中，如果两排管束之外的部分不能有效接触太阳能聚光斑传过来的热量，这样的布置形式也应归为本实用新型权利要求书的保护范围。
本实用新型不局限于上述实施方式，不论在其材料、形状或结构上作任何改变，凡是热交换器采用非相变传热管束穿管于固定管板进行太阳能热利用的装置，均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳能非相变管列式集热器，包括进出口联箱，用于支撑固定非相变传热管管束的固定管板，支撑侧板，进出口联箱的进出水口接管；其特征在于，还包括多个非相变传热管，多个非相变传热管相互平行组成管束，管束至少设有两层；
两进出口联箱平行相对设置；
两进出口联箱的内侧以管束两端分别与两进出口联箱内侧壁密封固连；
两进出口联箱的外侧各接有接管，接管分别接于循环水路；
两进出口联箱的横向两端相互间分别以支撑侧板固定连接，多个非相变传热管相互平行组成的管束，位于两支撑侧板的内侧；
两层板状管束，位于碟式太阳能镜聚光器的聚光面上。
2.如权利要求1所述的太阳能非相变管列式集热器，其特征在于，所述每个非相变传热管，包括上充装封头、外套管、内套管、下堵头、工作介质；其中，外套管的内径大于内套管的外径，内套管以共轴方式置于外套管内，以内套管两端平齐或伸出外套管两端口的状态设置；在每个非相变传热管的两端分别设上充装封头和下堵头，将外套管和内套管固定，并将外套管和内套管之间的间隙封闭，在外套管和内套管之间的间隙内充有工作介质。
3.如权利要求1所述的太阳能非相变管列式集热器，其特征在于，所述两进出口联箱的内侧壁为管板，管板上开有多个通孔，通孔为阵列设置，其孔径与非相变传热管外径相适配，非相变传热管两端分别***通孔后密封固接，每个非相变传热管两端分别与两进出口联箱的内腔相通连。
4.如权利要求2或3所述的太阳能非相变管列式集热器，其特征在于，所述非相变传热管两端分别***通孔后密封固接，是以套管两端外周壁与管板的通孔密封固接。
5.如权利要求2所述的太阳能非相变管列式集热器，其特征在于，所述外套管的内径大于内套管的外径，内、外套管的中径比为1∶2.0～1∶4.0。
6.如权利要求2所述的太阳能非相变管列式集热器，其特征在于，所述工作介质，为常温常压下的液态H2O工质，气态R134a工质。
7.如权利要求1所述的太阳能非相变管列式集热器，其特征在于，所述非相变传热管，其表面涂有选择性吸收涂层，充分吸收太阳能聚光镜聚集的能量，减少太阳光的反射损失。
8.如权利要求1所述的太阳能非相变管列式集热器，其特征在于，所述传热管，为普通热管。
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