CN111998550B - 一种中高温太阳能换热管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中高温太阳能换热管，包括储水管、介质管、透光管和导热管，储水管内形成有储水腔，储水腔内设有进水管和出汽管；介质管套设在所述储水管外，介质管的头部封口，介质管的尾部缩颈且与储水管密封连接，介质管的外壁贴合有吸热膜，介质管内壁与储水管外壁之间填充有介质；透光管套设在介质管外，透光管的头部封口，透光管的尾部缩颈且与储水管或介质管密封连接，透光管内壁与介质管外壁之间设有真空腔，导热管安装在储水腔内且与水接触，导热管与所述介质腔连通。本发明中高温太阳能换热管，工艺简单，制造成本低，热利用率高，且安全性好。

Description

一种中高温太阳能换热管

技术领域

本发明涉及一种太阳能管，特别涉及一种中高温太阳能换热管。

背景技术

中高温太阳能管用于热发电，现有技术中，采用槽式热发电技术，其存在一个技术难点，在与金属与玻璃的真空封接，由于国内常用的不锈钢材料与玻璃材料的线膨胀系数相差较大，两者无法实现直接真空密封封接，必须要在这两者之间加一种过渡材料，施工工艺复杂且难度大，从而提高了生产成本，且过渡材料的使用可靠性和稳定性无法保证；且槽式发电技术占地空间大，热能利用率不高。

发明内容

【1】要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种热能利用率高的中高温太阳能换热管。

【2】解决问题的技术方案

本发明提供一种中高温太阳能换热管，其包括：

储水管11，用于储水，所述储水管11内形成有储水腔，所述储水腔内设有延伸至所述储水管外的进水管41和出汽管42，所述进水管延伸至所述储水腔底部；

介质管12，套设在所述储水管外，所述介质管的头部封口，所述介质管的尾部缩颈且与所述储水管密封连接，所述介质管的外壁镀有用于吸收太阳能的高温膜13，所述介质管内壁与所述储水管外壁之间设有间隙并形成密封的介质腔1112，所述介质腔内填充有用于导热的介质；

透光管14，套设在所述介质管外，所述透光管的头部封口，所述透光管的尾部缩颈且与所述储水管或所述介质管密封连接，所述透光管内壁与所述介质管外壁之间设有间隙并抽真空形成真空腔1314；

导热管2，安装在所述储水腔内且与水接触，所述导热管的进液口22与出液口21均与所述介质腔连通。

进一步的，所述进液口与所述出液口的高度差为h，所述介质腔的高度为H，且1/2≤h/H≤9/10。

进一步的，所述导热管的进液口与出液口之间的夹角大于等于150度且小于等于180度。

进一步的，所述导热管为螺旋管。

进一步的，所述螺旋管与所述介质腔的高度比大于等于6/10且小于等于9/10。

进一步的，所述螺旋管的外径与所述储水腔的内径之间的比值大于等于1/2且小于等于4/5。

进一步的，所述导热管为上下往复折弯的蛇形弯管，所述蛇形弯管的两侧折弯形成与所述储水腔同轴的筒状蛇形弯管，所述筒状蛇形弯管的进液口与所述介质腔的下端连通，所述筒状蛇形弯管的出液口与所述介质腔的上端连通。

进一步的，所述导热管的管径与所述介质腔的厚度的比值大于等于1/10且小于等于1/4。

进一步的，所述导热管的内部容积与所述介质腔内的介质的体积比大于等于1/5且小于等于1/1。

进一步的，所述导热管由铜制成。

【3】有益效果

本发明中高温太阳能换热管，加热效果好，能产生120-260℃的蒸汽，在同样的加热量的情况下体积大大小于传统的槽式集热管，其可运用于热发电和海水淡化；采用单边固定，利于内管和外管之间的连接固定，避免了传统集热管双端固定受热炸裂的问题，提高了产品的使用稳定性和安全性；采用内置式水箱，减小了整体体积，且柔性高，能根据需求进行一定数量的集热管串联，使用柔性好；增设介质腔，提高了热能利用率和加热效率，增设导热片，进一步提高了加热效率和热能利用率；增设导热管，大大增加了介质与水的接触面积，从而提高了加热效率和热能利用率；且对尺寸比值进行优化设计，在体积、成本和换热之间形成一个最佳平衡点，降低了生产成本且提高了换热效率和加热效果，且真空腔为高真空，真空保持时间久，在8-10年内其真空度不会低于10^-2Pa。

附图说明

图1为本发明中高温太阳能换热管的结构示意图；

图2为本发明中高温太阳能换热管的剖视图；

图3为本发明中高温太阳能换热管的实施例二的导热管的结构示意图；

图4为本发明中高温太阳能换热管的实施例二的导热管的剖视图；

图5本发明中高温太阳能换热管的导热片的结构一的安装示意图；

图6为本发明中高温太阳能换热管的导热片的结构二的安装示意图；

图7为本发明中高温太阳能换热管的导热片的结构三的安装示意图；

图8为本发明中高温太阳能换热管的导热片的结构四的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细介绍本发明实施例。

参阅图1至图4，本发明提供一种中高温太阳能换热管，其包括储水管、介质管12、透光管14和导热管2；储水管11用于储水，其整体为圆筒形，即横截面为圆形，储水管的头部为半球形封口，在储水管11内形成有储水腔10，储水腔内装有待加热的水，在该储水腔内设有延伸至储水管外的进水管41和出汽管42，进水管延伸至储水腔底部，出汽管位于储水腔上端，由于热水(蒸汽)会上浮，因此冷水从储水腔下端进入，热水(蒸汽)从储水腔上端排出；本申请中，储水管由金属制成，其方便加工，且材料成本和制造成本低，优选的为不锈钢或铜制成，其可以根据不用的使用要求或产品数量综合考虑并选取适当的金属材质；介质管12套设在储水管外，其与储水管同轴设置，其整体也为圆筒形，其头部也为半球形封口，介质管的尾部缩颈且与储水管密封连接，其通过一端固定的方式，另一端不接触，使两管连接更加方便，大大降低了制造成本；在介质管的外壁贴合有用于吸收太阳能的高温膜13，在介质管内壁与储水管外壁之间设有间隙并形成密封的介质腔1112，介质腔内填充有用于导热的介质，该介质为导热油，由于导热油不为本申请的发明点所在，因此不对其进行详细说明；透光管14套设在介质管外，其与介质管同轴设置，其整体也为圆筒形，即横截面为圆形，其头部也为半球形封口，透光管的尾部缩颈且与储水管或介质管密封连接，该透光管由玻璃制成，透光管与储水管或介质管材质不同，其通过一端固定的方式，另一端不接触，使两管连接更加方便，大大降低了制造成本，且避免了传统集热管双端固定受热炸裂的问题，提升了产品的质量可靠性和安全性，在透光管内壁与介质管外壁之间设有间隙并抽真空形成真空腔1314，本申请中的真空腔的真空度大于或等于10^-3Pa；工作时，该太阳能管呈一定角度倾斜设置，太阳光穿过透光层照射到吸热膜上，由于高温膜(介质管)与透光层之间为真空状态，因此只有热辐射，无热传导，因此避免了热传导造成热量损失，高温膜吸收热量并传递至与其接触的介质腔内的导热油，使导热有受热，导热油的热量通过储水管侧壁传递至储水腔内的水，从而完成一个热传递工序；导热管安装在储水腔内且与水接触，导热管的进液口22与出液口21均与介质腔连通，介质腔内的介质经该导热管形成一个循环管路，介质腔内的相对高温介质流入导热管后与储水腔内的水进行热交换，使该相对高温介质释放热量，形成相对低温介质并流入介质腔吸收太阳能热量，从而完成一个换热工序；为了达到更好的循环效果，本实施例中，进液口与出液口的高度差为h，介质腔的高度为H，且1/2≤h/H≤9/10，及进液口与出液口的距离较大，利于内部介质流动，提高了热交换效率，且导热管的进液口与出液口之间的夹角大于等于150度且小于等于180度，优选的为180度，其能最大限度的使整个介质腔内的介质实现流动换热，提高了介质换热效率和利用率；

为了提高介质管与储水腔内的水的接触面积，本实施例中提供两种方式的导热管结构；

实施例一，参阅图1和图2，该实施例中的导热管为螺旋管，且与储水腔同轴设置，为了提高换热效率，该螺旋管由铜制成，螺旋管的(整体)外径与储水腔的内径之间的比值大于等于1/2且小于等于4/5，优选的为3/5，其增大了储水腔内的介质与水之间的换热面积，且避免接触面积过大而造成低温差换热，降低了铜管使用量，即降低了生产成本，提高了换热效率；且螺旋管与介质腔的高度比大于等于6/10且小于等于9/10，其能产生较理想的介质流动，提高介质的吸热效率和放热效率。

实施例二，参阅图3和图4，该实施例中的导热管为上下往复折弯的蛇形弯管，且蛇形弯管的两侧折弯形成与储水腔同轴的筒状蛇形弯管，筒状蛇形弯管的进液口与介质腔的下端连通，筒状蛇形弯管的出液口与介质腔的上端连通，该实施例中的导热管也采用铜制成；介质采用直上直下的运动形式，换热速度快；导热管的管径与介质腔的厚度的比值大于等于1/10且小于等于1/4，同时导热管的内部容积与介质腔内的介质的体积比大于等于1/5且小于等于1/1，其能避免介质腔内的介质未充分吸热而进入导热管。

为了保证真空腔内的真空度，延长使用寿命并避免热量损失，在真空腔的头部设有支架31，在支架上设有吸气剂；也可以采用另一方式保持真空度，即在真空腔的侧壁设有吸气涂层32，该吸气涂层为钡和铝的混合物，整体呈银色，其能起到吸气的效果，且当吸收一定气量后该涂层变色，达到一定的监测效果，因此在制造时，可以在内部喷涂多个涂层块，后期可根据需求激活，大大延长了产品使用寿命；其确保了真空腔内的真空度保持时间久，在8-10年内其真空度不会低于10^-3Pa；由于导热油具有一定的膨胀量，因此在介质腔内设有膨胀空间V，即在填充介质时未填充满，具体的，膨胀空间V满足以下要求：

V≥v1*dT*a；

式中，v1为介质填充体积，dT为温度变化量，a为介质导热系数。

为了达到体积与热能吸收的最佳比例，本实施例中的储水管与透光管之间的外径比大于等于2/5且小于等于4/5，优选的，两者的比值为3/5，同时介质腔的厚度大于介质管的壁厚，本申请中，介质管的厚度为1-3mm，储水管的厚度为2-5mm，介质腔的厚度(径向)为10-20mm；为了进一步提高热能利用率，本申请中在储水管的内壁或储水管的外壁或介质管的内壁设有导热片5，该导热片为沿轴线周向均布的条形或绕侧壁缠绕的螺旋形。

以下对其中的几种安装方式分别进行说明；

结构一，参阅图5，在该实施例中，导热片为条形，其长度方向平行于轴线方向，数量为多个且绕轴线周向均布在介质管内壁；

结构二，参阅图6，在该实施例中，导热片为条形，其长度方向平行于轴线方向，数量为多个且绕轴线周向均布在储水管外壁；

结构三，参阅图7，导热片为条形，其长度方向平行于轴线方向，数量为多个且绕轴线周向均布在储水管外壁及介质管内壁，且储水管外壁的的导热片与介质管内壁的导热片交错设置；

结构四，参阅图8，导热片为条形，其长度方向平行于轴线方向，数量为多个且绕轴线周向均布在储水管内壁；

且实施例1至实施例4可结合使用；

该导热片也可以为螺旋形，其安装方式包括以下几种；

结构五，导热片为螺旋形(图中未示出)，其可以安装在介质管内壁或储水管外壁或储水管内壁、或安装在上述两个或三个位置。

本发明中高温太阳能换热管，加热效果好，能产生120-260℃的蒸汽，在同样的加热量的情况下体积大大小于传统的槽式集热管，其可运用于热发电和海水淡化；采用单边固定，利于内管和外管之间的连接固定，避免了传统集热管双端固定受热炸裂的问题，提高了产品的使用稳定性和安全性；采用内置式水箱，减小了整体体积，且柔性高，能根据需求进行一定数量的集热管串联，使用柔性好；增设介质腔，提高了热能利用率和加热效率，增设导热片，进一步提高了加热效率和热能利用率；增设导热管，大大增加了介质与水的接触面积，从而提高了加热效率和热能利用率；且对尺寸比值进行优化设计，在体积、成本和换热之间形成一个最佳平衡点，降低了生产成本且提高了换热效率和加热效果，且真空腔为高真空，真空保持时间久，在8-10年内其真空度不会低于10^-2Pa。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种中高温太阳能换热管，其特征在于，包括：

储水管，用于储水，所述储水管内形成有储水腔，所述储水腔内设有延伸至所述储水管外的进水管和出汽管，所述进水管延伸至所述储水腔底部；

介质管，套设在所述储水管外，所述介质管的头部封口，所述介质管的尾部缩颈且与所述储水管密封连接，所述介质管的外壁镀有用于吸收太阳能的高温膜，所述介质管内壁与所述储水管外壁之间设有间隙并形成密封的介质腔，所述介质腔内填充有用于导热的介质；

透光管，套设在所述介质管外，所述透光管的头部封口，所述透光管的尾部缩颈且与所述储水管或所述介质管密封连接，所述透光管内壁与所述介质管外壁之间设有间隙并抽真空形成真空腔；

导热管，安装在所述储水腔内且与水接触，所述导热管的进液口与出液口均与所述介质腔连通。

2.如权利要求1所述的中高温太阳能换热管，其特征在于：所述进液口与所述出液口的高度差为h，所述介质腔的高度为H，且1/2≤h/H≤9/10。

3.如权利要求1所述的中高温太阳能换热管，其特征在于：所述导热管的进液口与出液口之间的夹角大于等于150度且小于等于180度。

4.如权利要求1所述的中高温太阳能换热管，其特征在于：所述导热管为螺旋管。

5.如权利要求4所述的中高温太阳能换热管，其特征在于：所述螺旋管与所述介质腔的高度比大于等于6/10且小于等于9/10。

6.如权利要求4所述的中高温太阳能换热管，其特征在于：所述螺旋管的外径与所述储水腔的内径之间的比值大于等于1/2且小于等于4/5。

7.如权利要求1所述的中高温太阳能换热管，其特征在于：所述导热管为上下往复折弯的蛇形弯管，所述蛇形弯管的两侧折弯形成与所述储水腔同轴的筒状蛇形弯管，所述筒状蛇形弯管的进液口与所述介质腔的下端连通，所述筒状蛇形弯管的出液口与所述介质腔的上端连通。

8.如权利要求1所述的中高温太阳能换热管，其特征在于：所述导热管的管径与所述介质腔的厚度的比值大于等于1/10且小于等于1/4。

9.如权利要求1所述的中高温太阳能换热管，其特征在于：所述导热管的内部容积与所述介质腔内的介质的体积比大于等于1/5且小于等于1/1。

10.如权利要求1至9任一项所述的中高温太阳能换热管，其特征在于：所述导热管由铜制成。

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