雙套螺旋夾層型集熱芯管的製作方法
2023-06-15 07:24:21
雙套螺旋夾層型集熱芯管的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種雙套螺旋夾層型集熱芯管，主要由外套管、內套管和螺旋筋所構成。外套管套裝在內套管的外面，螺旋筋固定於外套管與內套管所構成的夾層中，形成螺旋形介質通道。螺旋筋可以是單頭螺旋，也可以是多頭螺旋，可獨立製作，也可附著於內套管的外表面一體製作，或附著於外套管的內表面一體製作。外套管的外表面有選擇性塗層，以吸收太陽能。內套管的兩端部有流線型封頭，在介質流過時起封堵作用並減小流動阻力。
【專利說明】雙套螺旋夾層型集熱芯管
【技術領域】:
[0001]本實用新型屬於新能源或可再生能源領域中的太陽能光熱利用技術，是真空集熱管的核心部件，適用於水及蒸汽作為介質。
【背景技術】:
[0002]真空集熱管主要用於太陽能熱水器和槽式太陽能集熱裝置。
[0003]太陽能熱水器出口介質參數(溫度和壓力)較低，一般採用全玻璃真空集熱管，為雙套管結構，內外管之間抽成真空。因內外管均採用相同的玻璃材料，避免了熱脹冷縮的差脹問題。而槽式太陽能集熱裝置用於太陽能熱發電設備，為提高熱發電效率，要求介質參數非常高，所以不能採用全玻璃真空集熱管，而必須採用具有金屬集熱芯管的真空集熱管，差脹問題通過補償件來解決。
[0004]當前槽式太陽能集熱裝置使用的真空集熱管主要由外殼玻璃管、集熱芯管、補償件和端部密封件等組成，在外殼玻璃管與集熱芯管之間抽成真空，既保持陽光穿過，又起絕熱保溫作用。其集熱芯管一般均採用外錶帶有選擇性塗層的簡單鋼管，適用介質為導熱油或熔鹽，用於帶儲熱裝置和二次換熱的太陽能發電設備。如果直接用水及蒸汽作介質來做功發電就不理想了。因為介質在管內沿軸向流動是一維流動，且以較低的速度流動，性質是層流而不是紊流，混合性不強，介質沿管軸心溫度和沿管壁面溫度存在較大的溫差。另外，真空集熱管的上、下光照強度是不同的，上部接受太陽直射光一較弱，下部接受聚光鏡的聚集光——很強。因此，採用簡單鋼管作為集熱芯管，其換熱係數和吸熱的均勻性達不到要求，這樣的集熱芯管不適合低流速狀況和水、汽兩相流狀態。而維持介質較低的流速可減小管壁面與介質的傳熱溫差，提高集熱管的集熱效率。
[0005]以上【背景技術】可參考當前槽式太陽能熱發電技術、槽式太陽能集熱裝置的結構特徵以及現有真空集熱管的結構特徵。
【發明內容】
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[0006]當前槽式太陽能集熱裝置的真空集熱管主要是要解決集熱芯管對水和蒸汽直接作為載熱介質以及汽、水兩相流的適用性問題。
[0007]本實用新型描述的雙套螺旋夾層型集熱芯管，主要由外套管、內套管和螺旋筋所構成。外套管套裝在內套管的外面，螺旋筋固定在外套管與內套管所構成的夾層中，形成螺旋形介質通道。螺旋筋可以是單頭螺旋，也可以是多頭螺旋，可獨立製作，也可附著於內套管的外表面一體製作，或附著於外套管的內表面一體製作。外套管的外表面有選擇性塗層，以吸收太陽能。內套管的兩端部有流線型封頭，在介質流過時起封堵作用並減小流動阻力。
[0008]當介質沿著螺旋形通道流動時，不僅作軸向運動，同時也作周向運動，形成二維流動。當某介質點流過集熱芯管截面上部腔室時，光照強度較弱，吸收的熱量較少，獲得的溫度較低；此介質點繼續流動，到達集熱芯管下部腔室時，光照強度很強，吸收的熱量很多，可獲得高溫；這樣，每個介質點都要經過集熱芯管截面的上部和下部腔室(實際上是全周)若干次，吸熱強弱互補，使得吸收熱量非常均勻。介質的二維流動同時也增強了換熱係數。此結構特點非常適合水和蒸汽以及汽、水兩相流。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0009]附圖是雙套螺旋夾層型集熱芯管的結構圖。圖中:1_外套管，2-內套管，3-螺旋筋。
【具體實施方式】:
[0010]附圖所示的雙套螺旋夾層型集熱芯管，外套管(I)套裝在內套管(2)的外面，二者同軸。內套管(2)的外錶帶有四頭螺旋筋(3)，要求具有較精確的尺寸，也即螺旋筋(3)與外套管(I)之間具有較小的間隙。螺旋筋(3)採用四頭螺旋的目的是獲得軸向流速與周向流速最佳的比例關係，具有最大的換熱係數和最小的流動阻力。根據需要，螺旋筋(3)還可採用二頭螺旋、三頭螺旋或五頭及以上的螺旋。外套管(I)的外表面帶有選擇性塗層，最大幅度地吸收光能，並減少對外輻射。為了節省材料、減輕重量、有利於真空集熱管的端部密封件設置，外套管(I)在靠近兩端部採用變徑管，使之從較粗的管子逐步過渡到較細的接口管。內套管(2)內部是空心的，兩端用流線型封頭密封，目的是減輕重量、增加剛度、減小流動阻力。
[0011]集熱芯管是一種壓力容器，應按壓力容器標準設計、製造和檢驗。一般採用導熱性和耐熱性好、強度高、價格低、加工容易的金屬材料(譬如20#鋼、不鏽鋼、耐熱合金鋼等)製作，可直接選用標準無縫鋼管。
【權利要求】
1.雙套螺旋夾層型集熱芯管，主要由外套管(I)、內套管(2)、螺旋筋(3)所構成，其特徵是外套管(I)套裝在內套管(2)的外面，螺旋筋(3)固定在外套管(I)與內套管(2)所構成的夾層中，形成螺旋形介質通道，外套管(I)的外表面有選擇性塗層，以吸收太陽能，內套管(2)的兩端部有流線型封頭。
【文檔編號】F24J2/46GK203405012SQ201320449183
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月26日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】汪禹 申請人:汪禹