CN101737966A - 真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器 - Google Patents

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刘振华
陆琳
赵峰
肖红升
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SANGXIA SOLAR ENERGY IND CO Ltd JIANGSU
Shanghai Jiaotong University
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SANGXIA SOLAR ENERGY IND CO Ltd JIANGSU
Shanghai Jiaotong University
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Abstract

一种太阳能应用技术领域的真空管套管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器，包括：集热管组件、螺旋盘管、保温层、蒸汽包和支架，其中集热管组件包括：真空管、传热介质组件和金属传热管，其中金属传热管插入真空管内，传热介质组件位于金属传热管与真空管之间，传热介质组件由金属弹性内胆、传导介质、波纹肋板组成。金属弹性内胆紧贴真空管内壁，金属弹性内胆及金属传热管之间设有波纹肋板，空隙用传导介质填充，3或4个金属传热管连接一个蒸汽包，组成一个加热器组件，数十个加热器组件组成一个完整的集热系统。本发明结构简单，运行安全可靠，系统热效率高且稳定，可提供高温高压水蒸气。

Description

真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器
技术领域
本发明涉及的是一种太阳能应用技术领域的装置，具体是一种真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器。
背景技术
常规能源资源的有限性和环境压力的增加，使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持，太阳能是一种清洁、环保、高效和永不衰竭的新能源，所以各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。目前，在太阳能热利用中，太阳能热水器已经形成产业，并已广泛普及。目前，我国的家庭、企事业单位为得到日常生活热水所使用的太阳能热水器几乎全部是全玻璃真空管式太阳能热水器。另外还一种金属管板式平板集热器有着较好的耐压性，但由于平板集热器上面是用平板玻璃采光保温，保温性能较差，且热效率不高，致使阳光不好的季节热水水温达不到使用要求。目前的各种热水器都只能提供数十度左右温度的热水用于日常生活，还不能提供工业所需要的水温达到一百余度的高温高压水蒸气。
经过对现有相关技术文献检索发现，中国专利文献号CN1434255记载了一种“新型玻璃真空热管太阳能热水器”，该技术使用热管，管外部附加肋片以强化传热热管和玻璃传热管件的传热，由于肋片数量有限和玻璃管与肋片间存在的缝隙问题，其传热热管和玻璃传热管的传热效率不高；中国专利文献号CN1443996记载了一种“真空管-金属管组合式太阳能集热器元件”，该技术在全玻璃真空管内腔插入热管，在真空管和热管之间填充导热用固体粉末，虽然这种型式解决了耐压及炸管问题，但填充的固体粉末之间存在空隙且无肋片导热，导致实际传热效果并不好。这两种专利的核心都是要解决真空管和传热热管间的导热介质传热效率低的问题，但效果都并不理想。另外，这些热管都是直管式结构，热管冷凝段是一段管子，传热尺寸很小，被加热工质在冷凝管管外的传热热阻很大，即使热管内工质的温度很高，也无法将热量有效的传递给被加热工质，使热效率不高。此外，此种形式的热管使用寿命较低，如何延长使用寿命还是一个技术瓶颈。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器，可提供用于太阳能热发电、太阳能空凋和工业蒸汽等各种工业用途的高温高压水蒸气。本发明结构简单，核心思想是提高玻璃真空管和热管间的导热介质传热效率，极大的降低传热热阻，提高太阳能热利用率，系统稳定且能耐压，水蒸气出口温度最高可超过200度。同时改变传统热管结构，将圆管型热管改为带有公用蒸汽包的组合式热管。以便强化冷凝段传热，提高热管寿命。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：集热管组件、螺旋盘管、保温层、蒸汽包和支架，其中：集热管组件与蒸汽包相连通，蒸汽包外包裹保温层，螺旋盘管放置于蒸汽包内，蒸汽包和集热管组件分别固定设置于支架上。
所述的集热管组件包括：真空管、传热介质组件和金属传热管，其中：金属传热管插入真空管内，传热介质组件位于金属传热管与真空管之间。
所述的传热介质组件包括：金属弹性内胆、传导介质和波纹肋板，其中：金属弹性内胆安装于真空管内，波纹肋板位于金属弹性内胆和金属传热管之间，传导介质填充于金属弹性内胆和金属传热管以及波纹肋板之间的空隙。
所述的传导介质为具有高导热系数的导热油-石墨粉糊状介质。
所述的金属弹性内胆为一个薄不锈钢卷曲板制成的心型圆筒管，其外径大于等于真空管的内径且与真空管无缝隙接触。
所述的金属弹性内胆的底部焊接封口，顶部高于玻璃真空管且密封焊接。
所述的波纹肋板为薄不锈钢板卷绕制成，该波纹肋板具体位于金属弹性内胆与金属传热管之间，当温度变化时，波纹肋板能紧贴金属弹性内胆，并使金属弹性内胆与真空管紧密接触，同时该波纹肋板在热量传递过程中进一步降低热阻。
所述的蒸汽包包括：注水管和抽气管，蒸汽包内部设有螺旋盘管，外部包裹保温层，蒸汽包与若干个集热管组件相连。
所述的集热管组件外部设有简化的复合抛物面聚光板，该聚光板由不锈钢镜面板制成，聚光板底部为一平面，这样可以很方便的对聚光板进行加工成形，同时集热效率的损失也不大，该聚光板的聚光比为2.15，厚度0.8mm，宽度为330mm，长度为1800mm。
所述的聚光板的剖面为轴对称复合抛物面结构，包括：曲面部分和底面部分，其中：曲面部分为抛物线形状，底面部分为直线形状，长度为50mm。
与现有技术相比，本发明结构简单、耐高压、环保、可靠性和耐久性好。解决了玻璃管和金属管之间热阻过大的传统技术瓶颈。数根金属传热管与蒸汽包相连，组成带有公用蒸汽包的组合式热管，强化了冷凝段传热，提高热管寿命。每个集热管组件外部设置简化复合抛物面聚光板，既有效提高太阳能热利用率，又降低聚光板加工成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为集热管组件与蒸汽包示意图。
图3为集热管组件单体示意图；
其中：图3a为集热管组件剖面示意图；图3b为集热管组件截面示意图；图3c为波纹肋板展开后剖面示意图。
图4为聚光板剖面示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：集热管组件1、螺旋盘管2、保温层3、蒸汽包4和支架5，其中：集热管组件1与蒸汽包4相连通，蒸汽包4外包裹保温层3，螺旋盘管2放置于蒸汽包4内，蒸汽包4和集热管组件1分别固定设置于支架5上。
所述的集热管组件1包括：真空管6、传热介质组件7和金属传热管8，其中金属传热管8插入真空管6内，传热介质组件7位于金属传热管8与真空管6之间。
所述的传热介质组件7包括：金属弹性内胆9、传导介质10和波纹肋板11，其中：金属弹性内胆9安装于真空管6内，波纹肋板11安装于金属弹性内胆9和金属传热管8之间，传导介质10填充在金属弹性内胆9和金属传热管8以及波纹肋板11之间的空隙。
所述的蒸汽包4包括注水管12和抽气管13，蒸汽包4内部设有螺旋盘管2，外部包裹保温层3，蒸汽包4直接与集热管组件1中的金属传热管8相连，3或4个金属传热管8连接一个蒸汽包4，组成一个组合式高温高压水蒸气太阳能加热器。数十个加热器组成一个完整的集热系统，可以提供十几个大气压，最大加热温度达到200度的高温高压水蒸气。
所述的集热管组件1外部设有简化的复合抛物面聚光板14，该聚光板14由不锈钢镜面板制成，该聚光板的聚光比为2.15，厚度0.8mm，宽度为330mm，长度为1800mm。
所述的聚光板的剖面为轴对称复合抛物面结构，包括：曲面部分和底面部分，其中：曲面部分为抛物线形状，底面部分为直线形状，长度为50mm。
本实施例通过以下方式进行工作：
太阳辐射能经聚光板14反射聚光后由真空管6吸收，并转化为热量通过与之紧贴的金属弹性内胆9，通过传导介质10和波纹肋片11传递给金属传热管8，从而使热管开始启动并工作。金属传热管8以去离子水为工质，水容积和金属传热管8容积的比例约为50％。工作时，金属传热管内的介质水受热蒸发变成水蒸气填充在整个蒸汽包4内，并加热流经螺旋盘管2内的吸热工质水，热交换后，蒸汽包4内蒸汽冷却凝结成水并在重力作用下流回至金属传热管8，如此不断循环，从而加热流经螺旋盘管2内的工质水。被加热工质水在螺旋盘管2内流动，属于管内流动，换热系数高，换热面积也可根据需要设计，可有效的解决热沉部(即热管冷凝器和外部冷却工质间的传热件)热阻大的热管瓶颈问题。蒸汽包4上安装注水管12和抽气管13，根据需要对蒸汽包4进行定期换水和抽真空处理，这样可以有效延长热管工作寿命，保证热管性能。
本实施例中的真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器，结构简单，运行安全可靠，维修方便，能够提供高温高压水或水蒸汽。

Claims (8)

1.一种真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器，包括：集热管组件、螺旋盘管、保温层、蒸汽包和支架，其特征在于：集热管组件与蒸汽包相连通，蒸汽包外包裹保温层，螺旋盘管放置于蒸汽包内，蒸汽包和集热管组件分别固定设置于支架上；
所述的集热管组件包括：真空管、传热介质组件和金属传热管，其中：金属传热管插入真空管内，传热介质组件位于金属传热管与真空管之间；
所述的传热介质组件包括：金属弹性内胆、传导介质和波纹肋板，其中：金属弹性内胆安装于真空管内，波纹肋板位于金属弹性内胆和金属传热管之间，传导介质填充于金属弹性内胆和金属传热管以及波纹肋板之间的空隙。
2.根据权利要求1所述的真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器，其特征是，所述的传导介质为导热油-石墨粉糊状介质。
3.根据权利要求1所述的真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器，其特征是，所述的金属弹性内胆为一个薄不锈钢卷曲板制成的心型圆筒管，其外径大于等于真空管的内径且与真空管无缝隙接触。
4.根据权利要求1所述的真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器，其特征是，所述的金属弹性内胆的底部焊接封口，顶部高于玻璃真空管且密封焊接。
5.根据权利要求1所述的真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器，其特征是，所述的波纹肋板为薄不锈钢板卷绕制成，该波纹肋板具体位于金属弹性内胆与金属传热管之间。
6.根据权利要求1所述的真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器，其特征是，所述的蒸汽包包括：注水管和抽气管，蒸汽包内部设有螺旋盘管，外部包裹保温层，蒸汽包与若干个集热管组件相连。
7.根据权利要求1所述的真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器，其特征是，所述的集热管组件外部设有简化的复合抛物面聚光板，该聚光板底部为一平面，聚光比为2.15。
8.根据权利要求7所述的真空管热管组合式高温高压水蒸气太阳能加热器，其特征是，所述的复合抛物面聚光板的剖面为轴对称复合抛物面结构，包括：曲面部分和底面部分，其中：曲面部分为抛物线形状，底面部分为直线形状。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101915465A (zh) * 2010-08-30 2010-12-15 上海交通大学 太阳能储热集热器
CN103162445A (zh) * 2011-12-09 2013-06-19 成都首能新能源开发有限公司 一种中高温太阳能真空集热管
CN105737402A (zh) * 2016-02-20 2016-07-06 内蒙古博特科技有限责任公司 三维纳米脉动热超导cpc中高温太阳能集热器

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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