CN101581504B - 太阳能热超导聚热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种太阳能热超导聚热装置，属于太阳能热利用的技术领域。特别适用于聚热发电、供暖、供水、烘干、加热、工业换热等方面。包括真空玻璃管或太阳能真空集热管、多曲面异形金属热交换管、超导介质、蒸发器、边框、上壳体和下外壳体；蒸发器具有全封闭承压箱体，在全封闭承压箱体内装有若干根多曲面异形金属散热管，若干根多曲面异形金属散热管下端通过热交换管连接头固定在全封闭承压箱体底部；多曲面异形金属热交换管与蒸发器内多曲面异形金属散热管密封连通，加注有超导介质；真空玻璃管或太阳能真空集热管套装在多曲面异形金属热交换管外部，上壳体与下壳体之间装有边框，通过边框将上壳体与下壳体连接固定。

Description

太阳能热超导聚热装置
技术领域
本发明涉及的是一种太阳能热超导聚热装置，属于太阳能热利用的技术领域。特别适用于聚热发电、供暖、供水、烘干、加热、工业换热等方面。
背景技术
随着当今世界的能源危机，石油、天然气、煤等不可再生资源日近枯竭，能源价格也不断上涨，严重影响全球经济发展，开发利用可再生能源和太阳能成为全球关注的焦点。目前已有利用太阳能的聚热(加热)装置，普遍换热面积小、加热速度慢、易扩散、产生可供热量少、投入成本高，而其本身应用范围小。如真空集热管，仅作为生产、生活用水的热源，在炎热的夏天，太阳能最充足的时候，热水使用量却相对较少，导致多余的热量因水分的蒸发而浪费。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处，提供一种太阳能热超导聚热装置，该装置包括真空玻璃管或太阳能真空集热管、多曲面异形金属热交换管、超导介质、蒸发器、边框和下外壳体等相关连接件。利用真空玻璃管或太阳能真空集热管、多曲面异形金属热交换管和超导介质相结合，在真空负压工作环境中，达到最佳的聚热、传热效果。利用真空玻璃管或太阳能真空集热管和多曲面异形金属热交换管吸收分散的太阳辐射能，并通过实现冷热交换，把热量传递给管内的超导介质，在太阳能的持续加热过程中，受热后汽化的超导介质迅速汽化上升进入蒸发器内的多曲面异形金属热交换管，经此管冷热交换，使蒸发器内的流体介质(超导介质、水或空气等)受热汽化或蒸发，并经由汽化通道喷射，进入低温流体能量转换装置、混合式多热源快速热水器或超导多功能取暖器等，可以大大提高太阳辐射能的利用率，节约能源。
太阳能热超导聚热装置是采取以下技术方案实现：太阳能热超导聚热装置包括真空玻璃管或太阳能真空集热管、多曲面异形金属热交换管、超导介质、蒸发器、边框、上壳体和下外壳体。
蒸发器具有全封闭承压箱体，在全封闭承压箱体内装有若干根多曲面异形金属散热管，若干根多曲面异形金属散热管下端通过热交换管连接头固定在全封闭承压箱体底部，该管上端装有封头，全封闭承压箱体内装有流体介质，所述流体介质可采用超导介质、水或空气。全封闭承压箱体设置有汽化通道接口和介质循环接口。全封闭承压箱体外部装有上壳体，在上壳体与全封闭承压箱体之间装有保温层。
多曲面异形金属热交换管上端固定有连接头，该连接头通过螺钉或连接螺纹与多曲面异形金属热交换下端的连接头密封连接，多曲面异形金属热交换管下端装有抽真空接头，多曲面异形金属热交换管与蒸发器内多曲面异形金属散热管密封连通，通过抽真空接头抽真空，真空度为0.03-0.1MPa，加注有超导介质。
真空玻璃管或太阳能真空集热管套装在多曲面异形金属热交换管外部，并通过密封条密封，太阳能真空集热管下端固定在下壳体的限位垫上。上壳体与下壳体之间装有边框，通过边框将上壳体与下壳体连接固定。
所述的多曲面异形金属热交换管采用多曲面异形金属热交换圆形管、多曲面异形金属热交换扁形管或多曲面异形金属热交换方形管。
所述的太阳能真空集热管采用市售北大华丰、宝光、华宇和豪光等太阳能真空集热管，
所述的真空玻璃管是市售双层玻璃管结构，外管和内管间为真空。
工作原理：太阳能真空集热管内壁的太阳能选择性吸收涂层，把分散的太阳辐射能汇聚于设置在管内的多曲面异形金属热交换管外壁上，该管外壁的太阳能选择性吸收涂层迅速吸收热量并传递给管内的超导介质，使之迅速升温；当多曲面异形金属热交换管内的超导介质达到一定的启动条件时，迅速汽化，并沿管内壁上升，进入蒸发器内的多曲面异形金属热交换管，由于多曲面异形金属热交换管内外两侧存在温度差，使得汽化气体与蒸发器内的流体介质(超导介质、水或空气等)冷热交换。同时使蒸发器内流体介质升温并汽化，进入汽化通道，喷射而出，进入低温流体能量转换装置、混合式多热源快速热水器或超导多功能取暖器等，可以大大提高太阳辐射能的利用率，节约能源。
本发明太阳能热超导聚热装置的技术特点：
1、多曲面异形金属热交换管通过冷拔、液压和挤压等先进工艺成型，热交换面积大，效率高：以多曲面金属圆管使用Φ59mm(周长为185mm)的薄壁(0.35-0.6mm)不锈钢材料为例，经冷拉成型有10个相同凸起为9mm的异形管，成形后的异形管外圆为Φ32mm，中心孔为Φ16mm，而同规格Φ32mm的圆管周长仅为100mm，即本发明热交换管的换热面积是同规格圆管的1.8倍。用铝合金(6063)挤压成型时，内向心曲面或外离心曲面成型有肋筋，使得作为传递媒介的多曲面异形金属热交换管，将太阳能真空集热管吸收的热能迅速输送到多曲面异形金属热交换管内部，提高多曲面异形金属热交换管内部的换热速度，而蒸发器内的多曲面异形金属热交换管能更加快速的使汽化气体与蒸发器内流体介质实现热交换，。
2、换热速度快、效率高：由于抽真空后管内呈负压(0.03-0.1Pa)状态，使得本身就具有低温启动特性的超导介质沸点降低，达到无与伦比的换热效果。在持续加热过程中，热能不断散发，能迅速达到所需温度并使每一个管角落与蒸发器内液体实现热交换，并且超导介质传递的距离远、能力强、加热介质速度快。
3、真空玻璃管和太阳能真空集热管不与介质(水、超导介质等)直接接触，减小炸管发生的几率。多曲面金属管外表面涂有选择性吸收涂层，由原来的被动闷晒式吸热转变为主动传导式吸热，极大提高了热交换效率，而且提高了金属管的抗氧化性，延长了使用寿命。
4、据“不同材质(铜管或不锈钢管)热交换器换热特性分析”记载，在铜管或不锈钢管具有相同换热面积的条件下，当采用较薄的不锈钢管，不锈钢管的导热热阻将大大降低，导热系数增加，换热效率提高。
5、投资成本适中，应用范围广、易普及：产生的高温汽化气体主要用于发电，还可广泛应用于制冷、供暖、供热水和热蒸汽、烘干、加热、工业换热等方面。响应国家号召，并符合地方政府的建筑节能要求，在建筑一体化方面有极佳的应用空间，投资少，回报率高。
6、多曲面异形金属热交换管吸/散热一体化：该管把太阳能真空集热管汇聚的辐射能传递给管内超导介质，使之升温汽化沿管壁上升，同时，汽化后的气体通过蒸发器内的多曲面异形金属热交换管与其内部流体介质实现热交换。聚热装置和汽化装置同样采用一体化方式直接相连。装置一体化后，减少传递过程中的能量损失，提高太阳辐射能的利用率，整体结构占用空间小，节约材料成本。
7、多曲面异形金属热交换圆管的长度远大于蒸发器内的热交换管，即吸热大于散热，热源充足升温快。
8、整体结构简单，密封性能好，承压能力强，安装方便、易维修、使用寿命长、抗冻能力强。
9、本发明利用太阳能产生的高温汽化气体，并以此作为动力，进入“能量转换装置”，在冲击力的作用下，转换为旋转机械能直接驱动其它机械或者用于发电。不仅如此，还可广泛应用于供暖、供水、烘干、加热、工业换热等方面。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
图1是太阳能热超导聚热装置主视图。
图2是太阳能热超导聚热装置的俯视图(A-A半剖)。
图3是太阳能热超导聚热装置的B-B局部放大图。
具体实施方式
参照附图1～3，太阳能热超导聚热装置包括太阳能真空集热管14、多曲面异形金属热交换管8、超导介质10、蒸发器、边框9、上外壳体1和下外壳体13。
蒸发器具有全封闭承压箱体4，在全封闭承压箱体4内装有若干根多曲面异形金属散热管5，若干根多曲面异形金属散热管5下端通过热交换管连接头15固定在全封闭承压箱体4底部，该管上端装有封头，全封闭承压箱体4内装有流体介质6，所说的流体介质6可采用超导介质、水或空气。全封闭承压箱体4设置有汽化通道接口2和介质循环接口7。全封闭承压箱体4外部装有上壳体1，在上壳体1与全封闭承压箱体4之间装有保温层3。
多曲面异形金属热交换管8上端固定有连接头16，该连接头通过螺钉或连接螺纹与多曲面异形金属散热管5下端的连接头密封连接，多曲面异形金属热交换管8下端装有抽真空接头11，多曲面异形金属热交换管8与蒸发器内多曲面异形金属散热管5密封连通，通过抽真空接头11抽真空，真空度为0.03-0.1MPa，加注有超导介质10。
真空玻璃管或太阳能真空集热管14套装在多曲面异形金属热交换管8外部，并通过密封条17密封，真空玻璃管或太阳能真空集热管14下端固定在下壳体13的限位垫12上。上壳体1与下壳体13之间装有边框9，通过边框9将上壳体1与下壳体13连接固定。
所述的多曲面异形金属热交换管8采用多曲面异形金属热交换圆形管、多曲面异形金属热交换扁形管扁或多曲面异形金属热交换方形管。
所述的多曲面异形金属散热管5采用多曲面异形金属热交换圆形管、多曲面异形金属热交换扁形管扁或多曲面异形金属热交换方形管。
所述的太阳能真空集热管14采用市售北大华丰、宝光、华宇和豪光等太阳能真空集热管，普遍采用的规格有Φ47mm(内径Φ37mm)、Φ58mmm(内径Φ47mm)、Φ70mm(内径Φ58mm)。所述的真空玻璃管14采用市售双层玻璃管结构，外管和内管间为真空。
所述的多曲面异形金属热交换管8外壁喷涂有太阳能选择吸收涂层，其采用先进的生产工艺，在管外壁喷涂的太阳能选择吸收涂层，能迅速的将光能转换为热能储存在管内，其中太阳能选择性吸收涂层可以采用北京市太阳能研究所生产黑铬选择涂层，涂层吸收率δ≥0.93，红外发射率ε≤0.10，有效的提高了其聚热效率。主要采用薄壁不锈钢或铝合金作为原材料，利用冷拉或挤压成型技术，使得成型后的多曲面异形金属热交换管8的换热面积是同规格普通薄壁管的1.8倍左右。值得强调的是在该管内向心曲面或外离心曲面上可以成型有肋筋，并指向圆管中心或相反方向。该管经抗氧化处理并在外壁同样喷涂有选择性吸收涂层。
所述的超导介质10采用市售2-2超导介质(山东潍坊市华丰新产品研究所生产)、低温导热油以及在低温35℃到50℃左右时可以汽化的导热液，在负压情况下，启动温度更低。在太阳能的持续加热状态下，热能不断散发，使得超导介质迅速吸热升温汽化并沸腾起来，沿管内壁向上运动，速度是水的数十倍以上。

Claims (4)

1.一种太阳能热超导聚热装置，其特征在于包括真空玻璃管或太阳能真空集热管、多曲面异形金属热交换管、超导介质、蒸发器、边框、上壳体和下壳体；
蒸发器具有全封闭承压箱体，在全封闭承压箱体内装有若干根多曲面异形金属散热管，若干根多曲面异形金属散热管下端通过热交换管连接头固定在全封闭承压箱体底部，该管上端装有封头，全封闭承压箱体内装有流体介质，全封闭承压箱体设置有汽化通道接口和介质循环接口，全封闭承压箱体外部装有上壳体；
多曲面异形金属热交换管上端固定有连接头，该连接头通过螺钉或连接螺纹与多曲面异形金属散热管下端的热交换管连接头密封连接，多曲面异形金属热交换管下端装有抽真空接头，多曲面异形金属热交换管与蒸发器内多曲面异形金属散热管密封连通，通过抽真空接头抽真空，加注有超导介质；
真空玻璃管或太阳能真空集热管套装在多曲面异形金属热交换管外部，并通过密封条密封，真空玻璃管或太阳能真空集热管下端固定在下壳体的限位垫上，上壳体与下壳体之间装有边框，通过边框将上壳体与下壳体连接固定；
所述的多曲面异形金属热交换管采用多曲面异形金属热交换圆形管、多曲面异形金属热交换扁形管或多曲面异形金属热交换方形管；
所述的多曲面异形金属散热管采用多曲面异形金属热交换圆形管、多曲面异形金属热交换扁形管或多曲面异形金属热交换方形管。
2.根据权利要求1所述的太阳能热超导聚热装置，其特征在于所述的流体介质采用超导介质、水或空气。
3.根据权利要求1所述的太阳能热超导聚热装置，其特征在于在上壳体与全封闭承压箱体之间装有保温层。
4.根据权利要求1所述的太阳能热超导聚热装置，其特征在于所述的多曲面异形金属热交换管外壁喷涂有太阳能选择吸收涂层。
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