CN101408350A - 同轴套管式u型集热管 - Google Patents

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王武军
胡亚才
倪煜
谢宁
邱中举
夏巧民
樊建人
洪荣华
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Abstract

本发明公开了一种同轴套管式U型集热管。套管内管的一端与第一法兰相连接，套管外管套在套管内管外面，套管内管的另一端与套管外管相通，套管外管与套管内管的连接端与蒸汽出口管的一端相连接，蒸汽出口管的另一端与第二法兰相连接，U型真空玻璃管套在套管外管外面，并通过耐热固定密封件固定在套管外管外面，金属套壳的一端通过固定螺栓和大垫圈固定在耐热固定密封件上，金属套壳的另一端的凹槽与U型真空玻璃管之间嵌有橡胶密封圈。本发明将所吸收的热能高效传递到需要利用热能的设备中，整个集热管效率高、结构简单、生产成本低、能够大面积使用并能反过来减少整套太阳能集热系统的造价，为太阳能中高温利用的普及提供可能性。

Description

同轴套管式U型集热管
技术领域
本发明涉及U型集热管，尤其涉及一种同轴套管式U型集热管。
背景技术
国外利用太阳能产生中高温蒸汽大多是使用直通集热管，该集热管的工作过程是液体由集热管的一端流向另一端，集热管吸收阳光加热工质，最终在出口产生蒸汽。但是该系统存在以下问题(1)玻璃与钢的焊接工艺尚不成熟，成品率低，价格高昂；(2)为了解决钢和玻璃膨胀系数不同的问题需在两端加波纹管，结构复杂；(3)为了减少玻璃管和金属集热管之间对流损失，玻璃与金属管之间要抽成真空，对密封性要求极高。传统的U型管目前也有应用，但是也存在着大量的问题：(1)由于真空玻璃管的内径固定，所以传统的U型管的每根金属管的外径不能超过真空管的一半，一般管径较小，流动阻力大；(2)由于管径较小，延伸距离较长，容易形成刚度不够，末端搭靠在真空玻璃管上造成真空玻璃管破裂；(3)管口不容易密封。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种成品率高、结构简单、造价便宜，便于大面积推广的同轴套管式U型集热管。
同轴套管式U型集热管包括第一法兰、套管内管、套管外管、金属套壳、大垫圈、支撑件、橡胶密封圈、耐热固定密封件、U型真空玻璃管、蒸汽出口、第二法兰、固定螺栓，套管内管的一端与第一法兰相连接，套管外管套在套管内管外面，套管内管的另一端与套管外管相通，套管外管与套管内管的连接端与蒸汽出口管的一端相连接，蒸汽出口管的另一端与第二法兰相连接，U型真空玻璃管套在套管外管外面，并通过耐热固定密封件固定在套管外管外面，金属套壳的一端通过固定螺栓和大垫圈固定在耐热固定密封件上，金属套壳的另一端的凹槽与U型真空玻璃管之间嵌有橡胶密封圈。
所述的套管内管与套管外管是同轴布置，套管外管端部与套管内管之间设有支撑件，套管外管与U型真空玻璃管的位置是同轴布置。耐热固定密封件的横截面为阶梯形。
本发明把两个不同直径的套管同轴布置，在外管外壁涂太阳光吸收涂层，这样允许的最大聚焦光带就为外管的直径处的截面，避免了因为严格控制聚焦光带而带来的聚焦系统成本的大幅增加，降低了整个系统的成本。同轴套管结构内外两个通道的截面积与传统的U型管相比大一倍，同时改善了流场的均匀性，大大减少了流动阻力，提高了传热效率。另外，这种结构采用两根标准尺寸钢管，原材料比较容易购买，加工方便，成本也比较低，为太阳能中高温热利用的规模化提供了可能性。
附图说明
图1是本发明同轴套管式U型集热管结构的主视示意图；
图2是本发明同轴套管式U型集热管在A-A方向上的视图；
图3是本发明的支撑件的示意图；
图中：第一法兰1、套管内管2、套管外管3、金属套壳4、大垫圈5、支撑件6、橡胶密封圈7、耐热密封固定件8、U型真空玻璃管9、蒸汽出口管10、第二法兰11、固定螺栓12。
具体实施方式
如图1、2、3所示，同轴套管式U型集热管包括第一法兰1、套管内管2、套管外管3、金属套壳4、大垫圈5、支撑件6、橡胶密封圈7、耐热固定密封件8、U型真空玻璃管9、蒸汽出口10、第二法兰11、固定螺栓12，套管内管2的一端与第一法兰1相连接，套管外管3套在套管内管2外面，套管内管2的另一端与套管外管3相通，套管外管3与套管内管2的连接端与蒸汽出口管10的一端相连接，蒸汽出口管的另一端与第二法兰11相连接，U型真空玻璃管9套在套管外管3外面，并通过耐热固定密封件8固定在套管外管3外面，金属套壳4的一端通过固定螺栓12和大垫圈5固定在耐热固定密封件8上，金属套壳4的另一端的凹槽与U型真空玻璃管9之间嵌有橡胶密封圈7。
所述的套管内管2与套管外管3是同轴布置，套管外管3端部与套管内管2之间设有支撑件6，套管外管3与U型真空玻璃管9的位置是同轴布置。耐热固定密封件8的横截面为阶梯形。
本发明是使用同轴套管这种新型的结构来改善太阳能集热管内流体的流场分布、提高太阳能集热管的集热效率以及降低太阳能集热系统的成本。同轴套管式U型集热管的内管一般作为低温流体的进入管，同轴套管式U型集热管的外管一般作为高温流体的流出管，另外，外管的外壁涂有太阳能吸收涂层用于吸收太阳光产生热量并传热到管内的工质。整个同轴套管式U型集热管在工作的时候管内的工质的流动方向如下：低温工质经过法兰由外部连接的系统流入套管内管的一端，再流经整个内管由另外一端流出，经过外管套管末端的半球型导流结构的变向，绕过内管壁进入套管外管，外管壁吸收太阳能的辐射能转变为热量，经过管壁的热传导到套管外管内的工质，加热管内工质变为蒸汽，最后由蒸汽出口管和法兰流出。
整个集热管主要包含集热和传热两个模块，集热模块主要由U型真空玻璃管、金属套壳、耐热密封固定件、密封圈组成。传热模块主要由套管外管、套管内管、法兰组成。套管内管深入到套管外管内部的深度必须要有一定尺寸，以留有足够的空间能够使工质流体能够顺利通过而不影响流动。
本发明同轴套管式U型集热管的使用主要是和回路型重力热管结合使用构成热管的蒸发段，使用的时候U型管的管口高度要适当高于底部，以免产生气阻现象。
本发明同轴套管式U型集热管内部的主要传热过程如下：太阳能透过U型真空玻璃管的双层真空玻璃，一小部分被玻璃折射和吸收损失掉，大部分照射到套管外管外壁的涂层上转化为热量，这部分热量一部分经过辐射换热及U型真空玻璃管和套管外管之间空气的对流换热散失到环境中，另一部分经套管外管的热传导传递到套管外管的内壁上，再经过对流换热和辐射换热传递到工质流体中，工质流体得到的热量一部分经过相变换热传递到蒸汽中，另外一部分经过与套管内管外壁的对流换热和辐射换热传递到内管外壁上，再经过热传导传递到套管内管内壁上，再经过对流换热和辐射换热传递到内管的工质流体中。

Claims (3)

1.一种同轴套管式U型集热管，其特征在于包括第一法兰(1)、套管内管(2)、套管外管(3)、金属套壳(4)、大垫圈(5)、支撑件(6)、橡胶密封圈(7)、耐热固定密封件(8)、U型真空玻璃管(9)、蒸汽出口(10)、第二法兰(11)、固定螺栓(12)，套管内管(2)的一端与第一法兰(1)相连接，套管外管(3)套在套管内管(2)外面，套管内管(2)的另一端与套管外管(3)相通，套管外管(3)与套管内管(2)的连接端与蒸汽出口管(10)的一端相连接，蒸汽出口管的另一端与第二法兰(11)相连接，U型真空玻璃管(9)套在套管外管(3)外面，并通过耐热固定密封件(8)固定在套管外管(3)外面，金属套壳(4)的一端通过固定螺栓(12)和大垫圈(5)固定在耐热固定密封件(8)上，金属套壳(4)的另一端的凹槽与U型真空玻璃管(9)之间嵌有橡胶密封圈(7)。
2.根据权利要求1所述的一种同轴套管式U型集热管，其特征在于所述的套管内管(2)与套管外管(3)是同轴布置，套管外管(3)端部与套管内管(2)之间设有支撑件(6)，套管外管(3)与U型真空玻璃管(9)的位置是同轴布置。
3.根据权利要求1所述的一种同轴套管式U型集热管，其特征在于所述的耐热固定密封件(8)的横截面为阶梯形。
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