[發明專利]一種強化傳熱的內置多孔介質槽式太陽能集熱器

在審

• 申請號: 201810835381.3
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN108895676A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 趙力;汪大海;鄧帥;趙東鵬;邵亞偉;盧雅妮
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F24S10/40
• 分類號: F24S10/40;F24S10/75;F24S70/12;F24S70/60
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

本發明屬于太陽能熱利用技術領域，公開了一種強化傳熱的內置多孔介質槽式太陽能集熱器，包括端部通過波紋管封裝在一起的玻璃外管和金屬內管，玻璃外管和金屬內管之間為真空腔，金屬內管外表面鍍有選擇性吸收太陽光涂層；金屬內管內部設置有多個間隔分布的多孔介質金屬網，多孔介質金屬網均與金屬內管的軸線垂直，多孔介質金屬網以其中心固定于金屬銅棒，金屬銅棒位于金屬內管的軸線上。本發明一方面增加對流換熱面積，減小金屬內管與導熱流體的溫差，提高金屬內管內部導熱流體速度場與溫度場的協同程度，強化管內流體的對流換熱系數；另一方面增加金屬內管的強度，能夠有效降低槽式太陽能集熱器受熱時的繞度，從而提高集熱器的可靠性。

技術領域

本發明屬于太陽能熱利用技術領域，具體來說，是涉及一種能有效提高太陽能熱利用效率的強化換熱的槽式太陽能集熱器。

技術背景

太陽能是一種可再生的新能源，它具有環保、長久的優勢，是應對能源短缺氣候變化的重要選擇之一，越來越受到世人的強烈關注。太陽能利用技術主要指太陽能轉換為熱能、機械能、電能、化學能等技術，其中太陽能向熱能轉換歷史最久遠、開發最普遍，被稱為太陽能熱利用。太陽能熱利用是指太陽光輻射經過聚光系統匯聚后形成了高倍匯聚的太陽能輻射能，照射到安裝在聚光系統焦平面處的吸熱器上，加熱吸熱管內的換熱流體，產生高溫流體或蒸汽進行后續利用。

聚光型太陽能發電技術(CSP)是被認為是一種具有廣闊應用前景的太陽能熱利用技術，而拋物線型槽式太陽能集熱器(PTC)由于其成本較低、技術成熟的特點，成為了目前應用最為廣泛的技術之一。然而，PTC的線聚焦特性使集熱器外形成非均勻的熱流分布，造成管壁產生過高的溫度，使得吸收涂層性能降低、傳熱流體變性失效，進而降低集熱效率，而且可能會引起集熱器截面較大的溫度梯度，導致集熱器熱變形、真空夾層失效，甚至會使玻璃套管破碎。因此，PTC中集熱器外聚焦熱流的非均勻特點，對集熱器的安全高效運行帶來了很大的挑戰。

在目前聚光太陽能熱發電技術中，槽式太陽能集熱器的吸熱器接收管均為光滑無縫鋼管，管內沒有采用強化換熱措施。而在現有的管內強化換熱技術中，大都采用螺紋結構、凹凸波紋狀結構、縱向渦發生器、扭曲片等布置方案。中國專利CN1451937發明了一種不連續雙斜內肋強化換熱管，其斜內翅片成對出現且周向均布；這些結構的設計增加了管壁的換熱性能，同時也增加了流動阻力，即增加了泵功消耗，從而使得系統運行收益相對降低。很顯然，按照場協同原理，這種周向布置的增強換熱結構，并不適合于太陽能熱利用領域里槽式太陽能集熱器管內流體受熱不均勻的情況。在此背景下，我們希望可以強化槽式太陽能熱發電系統管式吸熱器的管內流體換熱，可以提高管式吸熱器的效率并均勻化管式吸熱器的溫度場，而有效降低熱應變，從而提高吸熱器的可靠性。

發明內容

本發明要解決的是現有技術中不能均化金屬內管流體溫度分布的技術問題，而提供一種強化傳熱的內置多孔介質槽式太陽能集熱器，能夠強化換熱、降低管壁溫差、減少金屬內管非均勻熱流分布、增加集熱器的強度、提高集熱器的可靠性。本發明也可用于線性菲涅爾式太陽能集熱器。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現：

一種強化傳熱的內置多孔介質槽式太陽能集熱器，包括玻璃外管(5)和金屬內管(3)，所述玻璃外管(5)端部和所述金屬內管(3)端部通過波紋管(7)封裝在一起，所述玻璃外管(5)和所述金屬內管(3)之間為真空腔(4)，所述金屬內管(3)外表面鍍有選擇性吸收太陽光涂層(6)；所述金屬內管(3)內部設置有多個間隔分布的多孔介質金屬網(1)，每個所述多孔介質金屬網(1)均與所述金屬內管(3)的軸線垂直，每個所述多孔介質金屬網(1)均以其中心固定于金屬銅棒(2)，所述金屬銅棒(2)位于所述金屬內管(3)的軸線上，所述金屬銅棒(2)兩端固定于所述波紋管(7)。

進一步地，每個所述多孔介質金屬網(1)的直徑均與所述金屬內管(3)的內徑相同。

進一步地，多個所述多孔介質金屬網(1)在所述金屬內管(3)的軸向上等間距布置。