CN104359240A - 一种相变蓄热型太阳能集热管及调控加热方法 - Google Patents

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王宇飞
朱子钦
华蒙
王涛
范利武
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Abstract

本发明公开了一种相变蓄热型太阳能集热管及调控加热方法。它包括内套管、外套吸热管、环形强化换热肋片、真空玻璃管、蓄热层、波纹连接管、端盖、真空抽气口；内套管与外套吸热管之间通过环形强化换热肋片焊接形成蓄热层，内套管两端分别与波纹连接管焊接连接，波纹连接管通过端盖与真空玻璃管实现密封连接，端盖上设有真空抽气口。本发明通过在集热管增加相变蓄热层，利用相变蓄热材料保证了不同辐照条件下集热管换热温差的恒定，保证了集热管流量和温度的稳定性，有效的克服了太阳能间歇性特征引起太阳能集热系统温度波动的问题，为太阳能集热系统的稳定运行提供了很好的技术支撑。

Description

一种相变蓄热型太阳能集热管及调控加热方法
技术领域
本发明涉及太阳能集热管技术，尤其涉及一种相变蓄热型太阳能集热管及调控加热方法。
背景技术
集热管是光热太阳能系统的核心换热元件，如何提高和改善现有太阳能集热管的性能，对于提高太阳能系统的性能至关重要。由于太阳辐照受天气因素影响很大，呈现出间歇性波动的特点，如何在间歇性辐照条件下实现集热管的稳定传热以及太阳能系统的连续供热是提高太阳能集热系统性能的关键点之一。
蓄热是解决太阳能连续供热而不受辐照间歇性影响的有效手段之一，传统的蓄热都是通过建立蓄热其来实现，此方法仅能保证太阳能系统的连续稳定供热，但并没有解决集热管的连续稳定供热问题，而且，大型的蓄热装置的投资成本较高，对于家用等分布式太阳能系统并不适用。
对于分布式系统而言，需要提供一种直接蓄热的方式来降低间歇性辐照对集热管性能的影响，保证集热管连续稳定的加热。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种相变蓄热型太阳能集热管及调控加热方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
相变蓄热型太阳能集热管包括内套管、外套吸热管、环形强化换热肋片、真空玻璃管、蓄热层、波纹连接管、端盖、真空抽气口；内套管与外套吸热管之间通过环形强化换热肋片焊接形成蓄热层，内套管两端分别与波纹连接管焊接连接，波纹连接管通过端盖与真空玻璃管实现密封连接，端盖上设有真空抽气口。
所述的外套吸热管的表面镀有选择性涂层。所述的蓄热层内填充有相变蓄热材料。所述的环形强化换热肋片上除两端为密闭端外，内部肋片上均设有流通孔。相变蓄热型太阳能集热管包括直通管式和U型套管式两种形式，其中，U型套管式集热管的真空玻璃管与外套吸热管之间装有支撑架。
相变蓄热型太阳能集热管的调控加热方法：入射太阳能光通过外套吸热管，并通过环形强化换热肋片快速将热量传输给蓄热层及内套管；内套管吸收热量后加热管内工质，实现热量输送；蓄热层内的相变蓄热材料通过镶边换热吸收热量实现对富于热量的储存，同时保证集热管的换热温差的恒定，环形强化换热肋片上的流通孔保证了相变蓄热材料融化以后在蓄热层自由流动，以保证管内蓄热温度的均匀性。当瞬时太阳光发生变化时，蓄热层内的相变蓄热材料通过融化/凝固来吸收/释放热量，在保证换热温差恒定的条件下，保证对内套管的稳定连续传热，从而实现了集热管换热工质流量和温度的恒定，避免了集热管温度和流量因为太阳光的瞬时变化而波动，提高了集热管对太阳辐照条件的适应性。。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
1)通过在集热管上增加一层相变蓄热层，通过相变蓄热实现对富裕辐照能量的有效储存以及在辐照不足时的稳定供能作用；
2)利用相变蓄热材料实现了集热管内换热温差的恒定，从而保证了集热管温度和流量不受太阳辐照波动的影响；
3)内套管与外套吸热管之间通过环形强化换热肋片提高了传热速率，从而降低了外套管由于换热速率较低出现温度过高的问题；
4)通过环形强化换热肋片上开设流通孔，保证了蓄热材料在蓄热层内的有效流通，以提高集热管的温度均匀性。
附图说明
图1(a)是直通管式相变蓄热型太阳能集热管示意图；
图1(b)是U型套管式相变蓄热型太阳能集热管示意图；
图2(a)是集热管A-A截面示意图；
图2(b)是集热管B-B截面示意图；
图中：内套管1、外套吸热管2、环形强化换热肋片3、真空玻璃管4、蓄热层5、波纹连接管6、端盖7、真空抽气口8、流通孔9、支撑架10。 
具体实施方式
如图1所示，相变蓄热型太阳能集热管包括内套管1、外套吸热管2、环形强化换热肋片3、真空玻璃管4、蓄热层5、波纹连接管6、端盖7、真空抽气口8；内套管1与外套吸热管2之间通过环形强化换热肋片3焊接形成蓄热层5，内套管1两端分别与波纹连接管6焊接连接，波纹连接管6通过端盖7与真空玻璃管4实现密封连接，端盖7上设有真空抽气口8。
所述的外套吸热管2的表面镀有选择性涂层。所述的蓄热层5内填充有相变蓄热材料。所述的环形强化换热肋片3上除两端为密闭端外，内部肋片上均设有流通孔9。所述的相变蓄热型太阳能集热管，包括直通管式和U型套管式两种形式，其中，U型套管式集热管的真空玻璃管4与外套吸热管2之间装有支撑架10。
相变蓄热型太阳能集热管调控加热方法：入射太阳能光通过外套吸热管2，并通过环形强化换热肋片3快速将热量传输给蓄热层5及内套管1；内套管1吸收热量后加热管内工质，实现热量输送；蓄热层5内的相变蓄热材料通过镶边换热吸收热量实现对富于热量的储存，同时保证集热管的换热温差的恒定，环形强化换热肋片3上的流通孔9保证了相变蓄热材料融化以后在蓄热层5自由流动，以保证管内蓄热温度的均匀性。当瞬时太阳光发生变化时，蓄热层5内的相变蓄热材料通过融化/凝固来吸收/释放热量，在保证换热温差恒定的条件下，保证对内套管1的稳定连续传热，从而实现了集热管换热工质流量和温度的恒定，避免了集热管温度和流量因为太阳光的瞬时变化而波动，提高了集热管对太阳辐照条件的适应性。。
相变蓄热型太阳能集热管的工作过程如下：太阳光照射到集热管上，外套吸热管上选择性吸光涂层吸收太阳光进行加热，热量通过环形强化换热肋片加热蓄热层和内套管内的换热工质。正常工况条件下，蓄热层的温度为相变材料的熔点温度，蓄热层为半熔融状态，由于辐射吸热量与内套管内的换热量相同，因此，蓄热层内的净吸热量为零，蓄热材料不进一步融化，保证了蓄热层的有效调节余量。
当太阳辐照快速升高时，由于内套管内的流量恒定，富于热量则通过蓄热层中的蓄热材料融化吸热进行储存。当太阳辐照快速降低时，蓄热层内的蓄热材料凝固释放热量，对内套管工质继续进行加热。由于蓄热材料通过凝固和融化过程来调节辐照变化辐照热流与内套管内换热热流之间的平衡，而且，相变过程中，蓄热材料的温度不变，保证了换热的温差，从而有效的保证了内套管内的流量和蒸汽品质，同时保证了太阳辐照快速上升过程中外套管的温度的稳定，最终实现了对改善集热管温度对太阳辐照的灵敏系数，提高了系统的稳定性和适应性。
本发明装置通过在集热管上增加一层相变蓄热层，通过相变蓄热实现对富余辐照能量的有效储存，有效的克服了太阳能间歇性特征引起太阳能集热系统温度波动的问题，为太阳能集热系统的稳定运行提供了很好的技术支撑。内套管与外套吸热管之间通过环形强化换热肋片提高了传热速率，从而降低了外套管由于换热速率较低出现温度过高的问题。通过环形强化换热肋片上开设流通孔，保证了蓄热材料在蓄热层内的有效流通，以提高集热管的温度均匀性。

Claims (6)

1.一种相变蓄热型太阳能集热管，其特征在于包括内套管（1）、外套吸热管（2）、环形强化换热肋片（3）、真空玻璃管（4）、蓄热层（5）、波纹连接管（6）、端盖（7）、真空抽气口（8）；内套管（1）与外套吸热管（2）之间通过环形强化换热肋片（3）焊接形成蓄热层（5），内套管（1）两端分别与波纹连接管（6）焊接连接，波纹连接管（6）通过端盖（7）与真空玻璃管（4）实现密封连接，端盖（7）上设有真空抽气口（8）。
2.根据权利要求1所述的一种相变蓄热型太阳能集热管，其特征在于所述的外套吸热管（2）的表面镀有选择性涂层。
3.根据权利要求1所述的一种相变蓄热型太阳能集热管，其特征在于所述的蓄热层（5）内填充有相变蓄热材料。
4.根据权利要求1所述的一种相变蓄热型太阳能集热管，其特征在于所述的环形强化换热肋片（3）上除两端为密闭端外，内部肋片上均设有流通孔（9）。
5. 根据权利要求1所述的一种相变蓄热型太阳能集热管，其特征在于该集热管包括直通管式和U型套管式两种形式，其中，U型套管式集热管的真空玻璃管（4）与外套吸热管（2）之间装有支撑架（10）。
6.一种使用如权利要求1所述相变蓄热型太阳能集热管的调控加热方法，其特征在于：入射太阳能光通过外套吸热管（2），并通过环形强化换热肋片（3）快速将热量传输给蓄热层（5）及内套管（1）；内套管（1）吸收热量后加热管内工质，实现热量输送；蓄热层（5）内的相变蓄热材料通过镶边换热吸收热量实现对富于热量的储存，同时保证集热管的换热温差的恒定，环形强化换热肋片（3）上的流通孔（9）保证了相变蓄热材料融化以后在蓄热层（5）自由流动，以保证管内蓄热温度的均匀性；当瞬时太阳光发生变化时，蓄热层（5）内的相变蓄热材料通过融化/凝固来吸收/释放热量，在保证换热温差恒定的条件下，保证对内套管（1）的稳定连续传热，从而实现了集热管换热工质流量和温度的恒定，避免了集热管温度和流量因为太阳光的瞬时变化而波动，提高了集热管对太阳辐照条件的适应性。
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