[發明專利]沸騰傳熱改善型直通式自然循環太陽能集熱管及方法

有效

• 申請號: 201410147151.X
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103940110A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 華蒙;張良;范利武;俞自濤;胡亞才;樊建人
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F24J2/24
• 分類號: F24J2/24;F24J2/05;F24J2/48
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及一種沸騰傳熱改善型直通式自然循環太陽能集熱管及方法，屬于太陽能熱利用技術領域。

背景技術

真空集熱管作為光熱轉換部件，與拋物面槽式聚光器組合使用，形成拋物面槽式集熱器，可以為太陽能熱發電、太陽能海水淡化、太陽能空調、工業生產等提供熱能。

目前槽式太陽能系統采用的集熱管主要為直通式集熱管，通過串聯連接可獲得高溫蒸汽。但這種結構形式往往會使集熱管兩端溫差過大，金屬管應力過高，金屬與玻璃管之間焊接工藝受到一定限制。串聯連接又增加了結構的復雜性，對整體系統的可靠性、穩定性提出了挑戰。由于槽式集熱器的固有性能，決定了真空集熱管在工作時管壁始終是單側受熱，且拋物面反射鏡反射聚焦的輻射能流密度高且分布不均勻。因此，該種類型集熱管所存在的缺陷和固有特性啟發了我們對它進行優化和改善。

另一方面，通過微-納表面改性技術強化傳熱作為一個嶄新的研究領域，已得到世界范圍的廣泛重視，一批開創性的研究工作已經證明表面改性是一種極具前景的強化傳熱手段。隨著研究的深入，表面浸潤性對氣泡動力學過程及傳熱的影響被逐漸重視。通常認為，親水表面可以改善壁面液體傳輸特性更有利于提高臨界熱流密度。大量的實驗也已經證實，通過改變表面的微-納結構，帶來表面形貌及化學性質的改變來引起表面浸潤性的變化是可行的。目前，對微-納改性表面的研究還停留在實驗研究范圍，而將這種新興技術付諸于工業應用還鮮有報道。

發明內容

本發明的目的在于克服槽式太陽能集熱技術的缺陷，同時將新興技術應用于工業實際，提出一種沸騰傳熱改善型直通式自然循環太陽能集熱管及方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

沸騰傳熱改善型直通式自然循環太陽能集熱管包括冷凝水入口管、第一波紋管、合金封接環、真空玻璃管、吸熱管、真空抽氣口、第二波紋管、蒸汽出口管、選擇性吸光涂層、超親水改性表面涂層；冷凝水入口管、第一波紋管、吸熱管、第二波紋管、蒸汽出口管順次焊接連接；真空玻璃管套于所述吸熱管外，真空玻璃管的兩端通過合金封接環分別與第一波紋管和第二波紋管封接；真空玻璃管上設有真空抽氣口；吸熱管的外表面涂有選擇性吸光涂層，吸熱管的下半管內表面涂有超親水改性表面涂層。

所述的吸熱管內徑為冷凝水入口管和蒸汽出口管內徑的2倍；冷凝水入口管與吸熱管同軸布置，蒸汽出口管與吸熱管截面內切布置。

基于表面改性的結構改善型太陽能集熱方法是：吸熱管與冷凝水入口管和蒸汽出口管的布置導致在吸熱管的下半管形成冷凝水滯留區；太陽光經聚光后透過真空玻璃管，經吸熱管外表面的選擇性吸光涂層被加熱，冷凝水自冷凝水入口管進入吸熱管后在下半管區域進行池沸騰，產生的蒸汽從吸熱管經蒸汽出口管排出；同時，通過在吸熱管下半管表面涂裝超親水表面強化吸熱管內沸騰換熱，進而提高集熱管換熱效率，改善管內流動沸騰傳熱特征。

本發明通過吸熱管與冷凝水入口管和蒸汽出口管的布置導致在吸熱管的下半管形成冷凝水滯留區；進而導致冷凝水在吸熱管下半管區域進行池沸騰；同時，通過在吸熱管下半管表面涂裝超親水表面強化吸熱管內沸騰換熱，進而提高集熱管換熱效率，使管內流動與傳熱情況改善，形成一種新的集熱管以及集熱方法。

附圖說明

圖1是沸騰傳熱改善型直通式自然循環太陽能集熱管結構示意圖；

圖2是沸騰傳熱改善型直通式自然循環太陽能集熱管的A-A截面圖；

圖中：冷凝水入口管1、第一波紋管2、合金封接環3、真空玻璃管4、吸熱管5、真空抽氣口6、第二波紋管7、蒸汽出口管8、選擇性吸光涂層9以及超親水表面10。

具體實施方式

如圖1、2所示，沸騰傳熱改善型直通式自然循環太陽能集熱管包括冷凝水入口管1、第一波紋管2、合金封接環3、真空玻璃管4、吸熱管5、真空抽氣口6、第二波紋管7、蒸汽出口管8、選擇性吸光涂層9、超親水改性表面涂層10；冷凝水入口管1、第一波紋管2、吸熱管5、第二波紋管7、蒸汽出口管8順次焊接連接；真空玻璃管4套于所述吸熱管5外，真空玻璃管4的兩端通過合金封接環3分別與第一波紋管2和第二波紋管7封接；真空玻璃管4上設有真空抽氣口6；吸熱管5的外表面涂有選擇性吸光涂層9，吸熱管5的下半管內表面涂有超親水改性表面涂層10。

所述的吸熱管5內徑為冷凝水入口管1和蒸汽出口管8內徑的2倍；冷凝水入口管1與吸熱管5同軸布置，蒸汽出口管8與吸熱管5截面內切布置。