CN207196958U - 一种内插液轮机的新型槽式太阳能真空集热管装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于太阳能热利用领域的一种内插液轮机的新型槽式太阳能真空集热管装置；所述太阳能真空集热管装置包括：真空集热管、液轮机转子和两个端部固定件；液轮机转子由三组螺旋叶片和至少两根液轮机转轴构成，三组螺旋叶片各自焊接于液轮机转轴的轮毂上，每两根焊有螺旋叶片的液轮机转轴通过十字形凹凸槽头尾相接；两个端部固定件分别过盈配合安装于真空集热管内管两端的集热管入口和集热管出口内；液轮机转子与真空集热管内管构成转动副。本装置构造简单可靠，技术成本低，安装简单易操作，工艺技术成熟可靠；可提高流体的混合程度，达到强化传热的目的；流动阻力较小且提高了导热流体的出口温度。

Description

一种内插液轮机的新型槽式太阳能真空集热管装置

技术领域

本实用新型属于太阳能热利用领域，具体涉及一种内插液轮机的新型槽式太阳能真空集热管装置。

背景技术

面对能源安全、气候变化和环境污染的严峻挑战，实施可再生能源的清洁替代及加快节能减排技术的推广，已成为当今能源领域主题。在各类清洁能源之中，太阳能资源量最大、开发潜力巨大且分布最为广泛。其中，太阳能热利用作为一种新兴的可再生能源利用技术，发挥着越来越重要的作用。它具有无污染、取之不尽，但通量密度较低、间歇性等特点，可应用于太阳能热发电、海水淡化、吸收式采暖与制冷等工业及生活各个方面。而槽式太阳能系统是最早实现商业化运行的集热装置，相较于塔式、碟式集热器，具有成本较低、稳定可靠、热效率较高、装置易维护等优势，在太阳能热利用领域前景广阔。

当前，针对线聚焦光线汇聚的优化研究较多，但是影响集热效率的因素很多，包括玻璃镜反射率、玻璃镜清洁程度等。槽式太阳能集热器的核心部件就是真空集热管，市场上通用的真空集热管在内管和外管之间抽成高真空；用于收集太阳能热量以加热管内流体介质。

目前的槽式太阳能集热器使用导热油泵之类的动力泵将导热流体介质打入真空集热管中，但是，太阳能真空管的捕集效率，即真空集热管的内管与导热流媒的换热亦对整个集热效率的提升起着重要影响。研究表明，集热管的热损失与集热温度的升高呈现正相关特性。因此，有必要寻找提高槽式集热系统效率的新途径；即在保证原有设备基本不变的基础上，通过添加内插物改善集热管内部结构，优化集热管内部热媒的换热过程与流场，从而达到加剧扰动、强化换热、降低热损失的最终目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足而提供一种内插液轮机的新型槽式太阳能真空集热管装置，其特征在于包括：真空集热管内管、液轮机转子和两个端部固定件；所述真空集热管内管通过液轮机转子和端部固定件间的间隙配合与液轮机转子构成转动副；

所述真空集热管内管的两端分别为集热管入口和集热管出口；液轮机转子由至少六组螺旋叶片和至少两根液轮机转轴组成，每根液轮机转轴上都焊接有三组螺旋叶片，两根焊有螺旋叶片的液轮机转轴通过十字形凹凸槽头尾相接；端部固定件内开有导流通道，且两个端部固定件分别过盈配合安装于真空集热管内管两端的集热管入口和集热管出口内。

优选地，所述焊接完毕的三组螺旋叶片构成周向对称的三螺旋叶片结构；三组螺旋叶片的外端面都与集热管的内壁相差2mm～4mm，且螺旋叶片内端面厚度尺寸为外端面的两倍，顺时针恒定螺距为200mm或400mm，导程为400mm、600mm或800mm。

所述液轮机转轴为直径5mm～8mm的空心结构。

所述端部固定件中开有两个对称的导流通道；端部固定件由耐高温的高分子材料聚四氟乙烯制成，其厚度为100mm。

本实用新型具的有益效果为：

1、构造简单可靠，技术成本低，安装简单易操作，工艺技术成熟可靠；

2、通过在真空集热管内部添加微型液轮机转子，使液轮机转子在流动液体的运动下进行被动旋转，从而于管内产生旋流和涡流以增大边界层区域内温度梯度，以此提高流体的混合程度，达到强化传热的目的；

3、通过液轮机转动扰流强化集热管内管与导热流体的对流换热，减少热损失并提升真空集热管的捕集效率，流动阻力较小且提高了导热流体的出口温度。

附图说明

图1为本实用新型一种内插液轮机的新型槽式太阳能真空集热管装置入口处的局部剖面示意图；

图2为本实用新型槽式太阳能真空集热管装置液轮机转轴连接处的局部剖面示意图；

图3为本实用新型槽式太阳能真空集热管装置图2中A-A断面的断面图；

图4为本实用新型真空集热管的斜视图；

图5为本实用新型液轮机转轴的斜视示意图；

图6为本实用新型液轮机转轴在图5中B方向上的正视图；

图7为本实用新型端部固定件的斜视图；

图中：1-真空集热管；101-真空集热管内管；102-真空集热管外管；2-液轮机转子；3-螺旋叶片；4-液轮机转轴；5-端部固定件；6-集热管入口；7-导流通道；8-集热管出口。

具体实施方式

本实用新型提供了一种内插液轮机的新型槽式太阳能真空集热管装置，下面结合附图对本实用新型的两个实施例进行详细说明：

如图1至图7所示的实施例由真空集热管1、液轮机转子2和端部固定件5组成；真空集热管1包括真空集热管内管101和真空集热管外管102，真空集热管内管101的两端分别为集热管入口6和集热管出口8；液轮机转子2由螺旋叶片3和液轮机转轴4构成，端部固定件5中设有两个对称的导流通道7；

如图3所示的真空集热管1是由316L不锈钢制成且长度为2000mm的圆管，是市场上通用类型，真空集热管内管101和真空集热管外管102之间抽成高真空用于收集太阳能热量以加热管内流体介质；真空集热管内管101的内径为40mm，壁厚为2mm；

如图1至图6所示的液轮机转轴4为直径6mm，长1000mm的空心结构，空心以减轻装置重量，且液轮机转轴4与真空集热管1同轴；两根液轮机转轴4通过十字形凹凸槽头尾相接组成2000mm长的液轮机转子2，液轮机转子2通过端部固定件5安装于真空集热管1的内部；

三组螺旋叶片3各自焊接固定于液轮机转轴4的轮毂上，焊接完毕的三组螺旋叶片3构成周向对称的三螺旋叶片结构；三组螺旋叶片3的外端面都与集热管的内壁相差4mm，螺旋叶片3内端面厚度尺寸为外端面的2倍，顺时针恒定螺距为400mm，导程为800mm；

如图1和图7所示端部固定件5的厚度为100mm，两个端部固定件5分别过盈配合安装于真空集热管内管101的两端的集热管入口6和集热管出口8内；两个端部固定件5通过中间的小孔与液轮机转轴4间隙配合构成转动副；端部固定件5中开有两个对称的导流通道7；导流通道7可满足导热流体进出流量均匀分配；端部固定件5由耐高温的高分子材料聚四氟乙烯制成；

液轮机转子2与真空集热管之间形成导热流体的工作通道，低温流体在外加动力源泵功作用下从真空集热管一端进入，流动过程中推动液轮机旋转产生涡流，并沿着水平轴线延伸至另一端流出，实现真空集热管内单回路的外部太阳能热源加热与内部流体的传热强化，完成冷流体的升温过程。

本实用新型实施例的具体实施方法为：

①将三根螺旋叶片3焊接于1000mm长的液轮机转轴4上，最终构成周向对称的三螺旋叶片结构；两根焊有螺旋叶片3的轮机转轴4通过两端的凹凸槽连接构成2000mm长的液轮机转子2；

②将液轮机转子2放入真空集热管1内；

③将两个端部固定件5分别套入液轮机转子2的两端，且分别与螺旋叶片3留有一定距离；两个端部固定件5分别过盈配合安装于集热管入口6和集热管出口8内，液轮机转轴4通过中心小孔与端部固定件5实现间隙配合，可保证转子在外力作用下以一定转速旋转运动，最终将液轮机内置于集热管内部构成新型槽式太阳能集热管装配体。

本实用新型整个系统的动力源来源于外界动力泵对流体做功，无需额外添加输入动力源，且阻力较小。运行过程中，在端部固定件5的导流作用下，将导热流体由集热管入口6分两道进入导流通道7，流动过程中冲击螺旋叶片3带动转子2整体结构的旋转运动。从而使得导热流体在流动中实现热能的增加，加热升温后于集热管出口8处汇合流出，实现冷流体的加热全过程，与传统旧集热管相比改善了传热特性，增强了流动湍流程度，强化了由光到热的换热效果。

Claims (4)

1.一种内插液轮机的新型槽式太阳能真空集热管装置，其特征在于，包括：真空集热管内管(101)、液轮机转子(2)和两个端部固定件(5)；所述真空集热管内管(101)通过液轮机转子(2)和端部固定件(5)间的间隙配合与液轮机转子(2)构成转动副；

所述真空集热管内管(101)的两端分别为集热管入口(6)和集热管出口(8)；端部固定件(5)内开有导流通道(7)，且两个端部固定件(5)分别过盈配合安装于真空集热管内管(101)两端集热管入口(6)和集热管出口(8)内；

所述液轮机转子(2)由至少六组螺旋叶片(3)和至少两根液轮机转轴(4)组成，每根液轮机转轴(4)上都焊接有三组螺旋叶片(3)，两根焊有螺旋叶片(3)的液轮机转轴(4)通过十字形凹凸槽头尾相接。

2.根据权利要求1所述的一种内插液轮机的新型槽式太阳能真空集热管装置，其特征在于，所述焊接完毕的三组螺旋叶片(3)构成周向对称的三螺旋叶片结构；三组螺旋叶片(3)的外端面都与集热管的内壁相差2mm～4mm，且螺旋叶片(3)内端面厚度尺寸为外端面的两倍，顺时针恒定螺距为200mm或400mm，导程为400mm、600mm或800mm。

3.根据权利要求1所述的一种内插液轮机的新型槽式太阳能真空集热管装置，其特征在于，所述液轮机转轴(4)为直径5mm～8mm的空心结构。

4.根据权利要求1所述的一种内插液轮机的新型槽式太阳能真空集热管装置，其特征在于，所述端部固定件(5)中开有两个对称的导流通道(7)；端部固定件(5)由耐高温的高分子材料聚四氟乙烯制成，其厚度为100mm。