[實(shí)用新型]雙套螺旋夾層型集熱芯管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320449183.6
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN203405012U
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪禹
• 申請（專利權(quán)）人: 汪禹
• 主分類號: F24J2/46
• 分類號: F24J2/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型屬于新能源或可再生能源領(lǐng)域中的太陽能光熱利用技術(shù)，是真空集熱管的核心部件，適用于水及蒸汽作為介質(zhì)。

背景技術(shù)：

真空集熱管主要用于太陽能熱水器和槽式太陽能集熱裝置。

太陽能熱水器出口介質(zhì)參數(shù)(溫度和壓力)較低，一般采用全玻璃真空集熱管，為雙套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)外管之間抽成真空。因內(nèi)外管均采用相同的玻璃材料，避免了熱脹冷縮的差脹問題。而槽式太陽能集熱裝置用于太陽能熱發(fā)電設(shè)備，為提高熱發(fā)電效率，要求介質(zhì)參數(shù)非常高，所以不能采用全玻璃真空集熱管，而必須采用具有金屬集熱芯管的真空集熱管，差脹問題通過補(bǔ)償件來解決。

當(dāng)前槽式太陽能集熱裝置使用的真空集熱管主要由外殼玻璃管、集熱芯管、補(bǔ)償件和端部密封件等組成，在外殼玻璃管與集熱芯管之間抽成真空，既保持陽光穿過，又起絕熱保溫作用。其集熱芯管一般均采用外表帶有選擇性涂層的簡單鋼管，適用介質(zhì)為導(dǎo)熱油或熔鹽，用于帶儲熱裝置和二次換熱的太陽能發(fā)電設(shè)備。如果直接用水及蒸汽作介質(zhì)來做功發(fā)電就不理想了。因?yàn)榻橘|(zhì)在管內(nèi)沿軸向流動是一維流動，且以較低的速度流動，性質(zhì)是層流而不是紊流，混合性不強(qiáng)，介質(zhì)沿管軸心溫度和沿管壁面溫度存在較大的溫差。另外，真空集熱管的上、下光照強(qiáng)度是不同的，上部接受太陽直射光——較弱，下部接受聚光鏡的聚集光——很強(qiáng)。因此，采用簡單鋼管作為集熱芯管，其換熱系數(shù)和吸熱的均勻性達(dá)不到要求，這樣的集熱芯管不適合低流速狀況和水、汽兩相流狀態(tài)。而維持介質(zhì)較低的流速可減小管壁面與介質(zhì)的傳熱溫差，提高集熱管的集熱效率。

以上背景技術(shù)可參考當(dāng)前槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)、槽式太陽能集熱裝置的結(jié)構(gòu)特征以及現(xiàn)有真空集熱管的結(jié)構(gòu)特征。

發(fā)明內(nèi)容：

當(dāng)前槽式太陽能集熱裝置的真空集熱管主要是要解決集熱芯管對水和蒸汽直接作為載熱介質(zhì)以及汽、水兩相流的適用性問題。

本實(shí)用新型描述的雙套螺旋夾層型集熱芯管，主要由外套管、內(nèi)套管和螺旋筋所構(gòu)成。外套管套裝在內(nèi)套管的外面，螺旋筋固定在外套管與內(nèi)套管所構(gòu)成的夾層中，形成螺旋形介質(zhì)通道。螺旋筋可以是單頭螺旋，也可以是多頭螺旋，可獨(dú)立制作，也可附著于內(nèi)套管的外表面一體制作，或附著于外套管的內(nèi)表面一體制作。外套管的外表面有選擇性涂層，以吸收太陽能。內(nèi)套管的兩端部有流線型封頭，在介質(zhì)流過時起封堵作用并減小流動阻力。

當(dāng)介質(zhì)沿著螺旋形通道流動時，不僅作軸向運(yùn)動，同時也作周向運(yùn)動，形成二維流動。當(dāng)某介質(zhì)點(diǎn)流過集熱芯管截面上部腔室時，光照強(qiáng)度較弱，吸收的熱量較少，獲得的溫度較低；此介質(zhì)點(diǎn)繼續(xù)流動，到達(dá)集熱芯管下部腔室時，光照強(qiáng)度很強(qiáng)，吸收的熱量很多，可獲得高溫；這樣，每個介質(zhì)點(diǎn)都要經(jīng)過集熱芯管截面的上部和下部腔室(實(shí)際上是全周)若干次，吸熱強(qiáng)弱互補(bǔ)，使得吸收熱量非常均勻。介質(zhì)的二維流動同時也增強(qiáng)了換熱系數(shù)。此結(jié)構(gòu)特點(diǎn)非常適合水和蒸汽以及汽、水兩相流。

附圖說明：

附圖是雙套螺旋夾層型集熱芯管的結(jié)構(gòu)圖。圖中：1-外套管，2-內(nèi)套管，3-螺旋筋。

具體實(shí)施方式：

附圖所示的雙套螺旋夾層型集熱芯管，外套管(1)套裝在內(nèi)套管(2)的外面，二者同軸。內(nèi)套管(2)的外表帶有四頭螺旋筋(3)，要求具有較精確的尺寸，也即螺旋筋(3)與外套管(1)之間具有較小的間隙。螺旋筋(3)采用四頭螺旋的目的是獲得軸向流速與周向流速最佳的比例關(guān)系，具有最大的換熱系數(shù)和最小的流動阻力。根據(jù)需要，螺旋筋(3)還可采用二頭螺旋、三頭螺旋或五頭及以上的螺旋。外套管(1)的外表面帶有選擇性涂層，最大幅度地吸收光能，并減少對外輻射。為了節(jié)省材料、減輕重量、有利于真空集熱管的端部密封件設(shè)置，外套管(1)在靠近兩端部采用變徑管，使之從較粗的管子逐步過渡到較細(xì)的接口管。內(nèi)套管(2)內(nèi)部是空心的，兩端用流線型封頭密封，目的是減輕重量、增加剛度、減小流動阻力。

集熱芯管是一種壓力容器，應(yīng)按壓力容器標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)。一般采用導(dǎo)熱性和耐熱性好、強(qiáng)度高、價(jià)格低、加工容易的金屬材料(譬如20#鋼、不銹鋼、耐熱合金鋼等)制作，可直接選用標(biāo)準(zhǔn)無縫鋼管。