CN209399596U - 一种中温太阳能换热管内的扰流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种中温太阳能换热管内的扰流装置，属于太阳能热利用技术领域。由换热腔体(1)、支架(2)、扇轮(3)、固定轴(4)、垫圈(5)和开口销(6)组成。扇轮(3)在介质流动作用下自动旋转，增加了流动换热介质(水、防冻液、导热油或者空气)在换热腔体(1)内的扰动，提高换热效率。因其另部件少、结构简单、制造成本低，本装置不仅可加装在小型中温槽式太阳能换热管内，也适于在其它行业领域的热交换技术产品中应用。

Description

一种中温太阳能换热管内的扰流装置

技术领域

本实用新型涉及一种中温太阳能换热管内的扰流装置，属于太阳能光热利用技术领域。

技术背景

太阳能是清洁能源也是可再生能源，增强清洁能源和可再生能源技术的开发与应用，是降低常规能源消耗、减少污染排放的有效途径之一。槽式太阳能热发电系统在国外早已经试行规模化和商业化运作，近年来我国也在太阳能热发电技术方面有了较大的进步。太阳能高温(工作温度在250℃以上)热发电技术具有广阔的前景，同时，由于工作温度为100℃～250℃之间的太阳能中温热利用技术，其在工业加热、海水淡化、空调供热制冷等行业和领域中，有着巨大的应用空间和市场潜力，也日益得到业内研究者和企业的重视。小型中温槽式太阳能集热技术的产业化应用技术水平也在不断提高与完善中。太阳能集热器是槽式太阳能聚焦集热系统实现和完成吸收太阳能并转化为热能的关键部件，目前的聚焦槽式太阳能集热系统中，所使用的真空集热管用于吸热集热和换热的金属管均为内外壁光滑的不锈钢管，该光滑不锈钢管也被称为金属集热管、吸热管、换热管等。在本实用新型中统称为换热管。现有换热管的管内均没有采取强化换热的技术措施。相比常规换热器中吸热管均匀受热的特点而言，换热介质在换热管内的流动换热不充分，受换热管外表面阳光聚焦和未被聚焦两部分存在巨大温差的影响，其所对应的换热管内壁表面也必然存在相近的巨大温差，使得换热管内流动换热介质易形成较大的温度梯度，易引发换热管材及其外表面上的吸热涂层的局部过热，进而出现机械强度的降低和抗腐蚀与吸收性能的下降、换热介质导热油的结焦等问题；换热管内温度梯度大，还易引发换热管的弯曲变形等。增加和实施上述换热管腔体内强化换热的技术方案，是改进和完善原有技术缺陷的重点之一。比较可行的改进方式，是在不改变现有换热管外形结构特征的前提下，在换热管内腔中附加强化换热装置。中国发明专利CN101363664公布了一种单侧多纵向涡强化换热的聚焦槽式太阳能吸热器，在接收聚光热流一侧的金属吸热管的内管壁设置向管内凸起或凹进的不连续多纵窝发生器，强化管内换热。但是该措施对于提高真空集热管的整体抗弯强度没有作用，特别是凹进去的多纵窝结构，甚至会降低真空集热管的抗弯性能。中国发明专利CN105115175A公布了一种内插管对流型高效低热损太阳能热水器。内插管在全玻璃真空管内形成内进外出的流动通道，换热流体从内插管流入全玻璃真空集热管，参与换热。其结构、功能及工作温度和应用场合与本实用新型不同。中国发明专利CN102425867A提出一种带有单侧内翅片的槽式太阳能真空集热管，在金属吸热管吸收聚焦太阳能一侧的内表面设置内翅片，内翅片与金属管集成为一体，通过内翅片的肋片效应，借此实现增大换热面积，实现强化换热的效果。同时内翅片还可以提高集热管的抗弯强度。但是制造具有内翅片的无缝钢管需要特殊的金属管加工工艺，难度较大、不易实施。CN 108266909 A公布的一种高效太阳能热水器的清洗方法，其中的扰流片或扰流片组条均通过转动轴承连接在其固定轴上，且扰流片上带有凹槽和可伸缩的刷毛，不仅结构复杂，制造成本高，刷毛伸缩难以控制，而且也只适于在普通家用的低温(工作温度在100℃以下)太阳能全玻璃集热管中考虑应用，不适于在小型中温(工作温度为100℃～250℃)槽式太阳能集热器集热管中应用。与本实用新型的应用场合不同。另外，按其图3所述扰流片的宽度从其所述的固定端到所述活动端的的方向上逐渐变大，所述扰流片8包括固定在所述转轴轴承的固定端以及远离所述固定端的活动端，最终活动端的宽度A₂和固定端的宽度A₁满足A₂＝2A₁，并设有多个扰流扇片，该专利技术方案所形成对介质的流动阻力过大，并严重影响介质的流速。所以其扰流片除了在使用场合与本实用新型不同外，在形状、结构、数量、功能和作用上，以及尽可能减少对介质流动产生负面影响的设计思路和技术路线上，也与本实用新型的扇轮及扰流扇叶片、扰流单元及一体化组合部件等均有所不同，且其存在多个明显的不足之处。中温槽式太阳能集热系统的换热管内强化换热方式还有进一步优化的余地，为进一步提高换热效率，减少技术方案实施难度和制造成本，应该在上述专利基础上对换热管内强化换热的扰流装置进行优化。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，现有中温槽式聚焦集热系统中的换热管内的换热过程存在着换热不充分、温度梯度大、易产生局部过热、防冻液或导热油介质易变质结块结焦等问题或缺陷。

本实用新型所称问题是由以下技术方案解决的：

在现有中温槽式太阳能集热系统中，特别是在其不锈钢换热管内，通过加装一种扰流装置，增加诸如水、防冻液、导热油或空气介质在流动换热中的扰动，达到强制换热的目的和效果。提高换热效率和系统运行的可靠性。该装置的螺旋扇叶在流动介质推动下自行旋转工作。所述的一种中温太阳能换热管内的扰流装置由换热腔体1、支架2、扇轮3、固定轴4、垫圈5和开口销6组成，其特征在于：支架2支撑并焊接固定在换热腔体1的管壁上；固定轴4的一端焊接固定在支架2上；在固定轴4的另一端安装有可以转动的扇轮3和垫圈5；在固定轴4的端头设有圆孔，在固定轴4的圆孔处安装有开口销6；一个支架2、一个扇轮3、一个固定轴4、两个垫圈5和一个开口销6构成一个扰流单元，一个支架2与多个扇轮3、多个固定轴4、多个垫圈5和多个开口销6组合构成一套多扰流组合部件(套件)。在小型中温槽式太阳能换热管的换热腔体1内装有2至8个扰流单元或一套多扰流组合部件。

所述的换热腔体1为中温槽式太阳能集热器原有用于集热换热的不锈钢光管所形成的供介质流动换热的管内腔体。

所述的支架2、扇轮3、固定轴4、垫圈5和开口销6均选用SUS304、321或SUS316、316L不锈钢。具体选用材质应与槽式太阳能集热器原有用于集热换热的不锈钢光管所用材质相同或接近，利于焊接和避免产生腐蚀现象。其中支架2由直径为1.5到3毫米不锈钢圆棍材料并通过折弯焊接制成，减少对介质流动形成的阻力。

所述的扇轮3上有1～2个螺旋状扇叶片。带有螺旋状扇叶片的扇轮3的中心处设有装配孔，其可装配在固定轴4上。为减少磨损和保证其转动的灵活性，在装配扇轮3时，在其装配孔两端分别装有一个垫圈5。在流动介质的推动作用下扇轮3沿着固定轴4的轴心线自行旋转。从而改变换热介质分子在换热腔体1内的趋于直线方向的流动轨迹，增加扰流换热，使得换热更充分。达到强化换热的目的。扇轮3的旋转无需外加动力的驱动。

所述的一个支架2、一个扇轮3、一个固定轴4、两个垫圈5和一个开口销6构成一个扰流单元，在换热管的换热腔体1中装有1到8个扰流单元。根据槽式聚焦太阳能集热系统的换热管的换热腔体1的轴向长度尺寸一般为2米或4米，相应的延长支架2支撑并焊接在换热腔体1的管壁上的局部结构尺寸长度和增加其支撑固定轴4的结构数量，可在支架2上安装多个固定轴4和多个扇轮3等并构成一套在一个支架2上有两个以上扰流单元的多扰流单元组合部件(套件)。在2米长的换热腔体1中可以安装带有2～4个扰流单元的一套多扰流组合部件；同样的，在4米长的换热腔体1中安装带有4～8个扰流单元的一套多扰流组合部件。

附图说明

图1为本实用新型一种中温太阳能换热管内的扰流装置之结构示意图

图2为图1的侧视图

图3为本实用新型具有两个以上扰流单元的多扰流组合部件的结构示意图

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型为一种中温太阳能换热管内的扰流装置，由换热腔体1、支架2、扇轮3、固定轴4、垫圈5和开口销6组成。

如图1所示，所述的换热腔体1即是在槽式太阳能集热器的换热光管形成的可供介质流动换热的管内腔体。支架2支撑并焊接固定在换热腔体1的管壁上并由直径为1.5到3毫米不锈钢圆棍折弯焊接制成。固定轴4的一端焊接固定在支架2上；在固定轴4的另一端安装有可以转动的扇轮3和垫圈5；扇轮3是在换热介质流动冲刷的作用下自行转动，不需要额外附加动力驱动。为尽量较少扇叶片对介质流动阻力和流速的影响，本实用新型采用了宽度较窄的螺旋扇叶片形状，且螺旋扇叶在换热腔体1中的轴向投影宽度为介于形成换热腔体1的换热管内径尺寸的1/4到1/10之间。

如图1所示的多箭头方向为介质的流动方向。换热介质为水、防冻液、导热油或空气。

扇轮3上设有装配孔，由此装配孔套入固定轴4的一端。为了扇轮3的转动灵活，在扇轮3的装配孔的两侧还分别装有垫圈5。在固定轴4的端头设有圆孔，在固定轴4的该圆孔处安装有开口销6，开口销6用以阻止扇轮3和垫圈5脱离固定轴4.

如图1和图2所示，当换热管腔体1的轴线方向长度小于等于0.5米时，本实用新型的一个具体实施方式是，安装由1个支架2、一个扇轮3、一个固定轴4、两个垫圈5和一个开口销6构成的一个扰流单元。

如图3所示，对于单个小型中温槽式太阳能换热管内换热腔体1的轴向长度一般为2米或4米而言，为避免多个上述扰流单元在窄长腔体中难以焊接安装等问题，本实用新型的另一个具体实施方式是，将支架2在换热腔体1的管壁上的焊接点仍然只设在了换热腔体1的端部一处，通过延长支架2支撑在换热腔体1的管壁上的局部尺寸的长度，间隔设置固定轴2和扇轮3等零件，从而构成了一套在一个支架2上装有多个扰流单元的多扰流组合部件(套件)。故此，在2米长的换热腔体1中可以安装一套具有2～4个扰流单元的多扰流组合部件；同样的，在4米长的换热腔体1中安装一套具有2～8个扰流单元的多扰流组合部件。

以上只是本实用新型具体实施的举例说明，并不限制其可应用范围。本实用新型增加了流动换热介质(水、防冻液、导热油或者空气)在换热腔体1内的扰动，提高换热效率。因其另部件少、结构简单、安装方便、制造成本低，不仅适用于小型中温槽式太阳能集热系统的太阳能热利用技术领域，也适于在其它行业领域热交换技术产品中应用。

Claims (4)

1.一种中温太阳能换热管内的扰流装置，由换热腔体(1)、支架(2)、扇轮(3)、固定轴(4)、垫圈(5)和开口销(6)组成，其特征在于：支架(2)支撑并焊接固定在换热腔体(1)的管壁上；固定轴(4)的一端焊接固定在支架(2)上；在固定轴(4)的另一端安装有可以转动的扇轮(3)和垫圈(5)；在固定轴(4)的端头设有圆孔，在固定轴(4)的圆孔处安装有开口销(6)；一个支架(2)、一个扇轮(3)、一个固定轴(4)、两个垫圈(5)和一个开口销(6)构成一个扰流单元，一个支架(2)与多个扇轮(3)、多个固定轴(4)、多个垫圈(5)和多个开口销(6)组合构成一套多扰流组合部件，在小型中温槽式太阳能换热管的换热腔体(1)内装有2至8个扰流单元或一套多扰流组合部件。

2.如权利要求1所述的一种中温太阳能换热管内的扰流装置，其特征在于：所述的支架(2)、扇轮(3)、固定轴(4)、垫圈(5)和开口销(6)均选用SUS304、321或SUS316、316L不锈钢，其中支架(2)由直径为1.5到3毫米的不锈钢圆棍材料折弯与焊接制成。

3.如权利要求1所述的一种中温太阳能换热管内的扰流装置，其特征在于：所述的扇轮(3)上有1至2个螺旋状扇叶片，此螺旋状扇叶片在换热腔体(1)中的轴向投影宽度为介于形成换热腔体(1)的换热管的内径尺寸的1/4到1/10之间；带有螺旋状扇叶片的扇轮(3)在流动介质的推动作用下绕着固定轴(4)的轴心线自行旋转。

4.如权利要求1所述的一种中温太阳能换热管内的扰流装置，其特征在于：所述的一个支架(2)、一个扇轮(3)、一个固定轴(4)、两个垫圈(5)和一个开口销(6)构成一个扰流单元，延长支架(2)支撑并焊接在换热腔体(1)的管壁上的长度尺寸和增加其支撑固定轴(4)的结构数量，可在支架(2)上安装多个固定轴(4)和多个扇轮(3)等并构成一套在一个支架(2)上有多个扰流单元的多扰流组合部件；在长度小于等于0.5米的换热腔体(1)中，装有1个扰流单元；在长度为2米长的单个小型中温槽式太阳能换热管的换热腔体(1)内，装有2至4个扰流单元或一套带有2至4个扰流单元的多扰流组合部件；同样的，在4米长的换热腔体(1)内安装一套具有4至8个扰流单元的多扰流组合部件。