一种内置连壁螺旋波浪扭片的槽式太阳能真空集热管

1.本实用新型属于太阳能光热利用领域，具体涉及一种内置连壁螺旋波浪扭片的槽式太阳能真空集热管。


背景技术：

2.随着经济快速发展导致能源紧缺，大力发展太阳能、风能、水能等清洁能源成为当务之急。太阳能光热利用是解决未来能源问题和环境污染的一条重要途径。
3.集热管是太阳能光热利用环节中一个重要部件。集热管一般包含内部金属吸热管和外层的玻璃管，二者之间抽真空。吸热管的下半圆周受到聚集的太阳光辐射，而上半圆周只接收直接入射的太阳光辐射。这将导致吸热管周向截面接收的太阳热流密度不均匀，形成不均匀的温度分布，使得吸热管产生热应变和大的热变形，由于外层玻璃管和内部金属吸热管的热物理特性有显著差异，金属管和玻璃管连接处发生应变不协调，从而导致集热管过早失效破坏。
4.因此，部分研究人员在金属吸热管内引入内插物，以减少吸热管周向截面的高温度梯度，提高集热管的安全性和稳定性，同时实现加强换热的目的。但是现有吸热管内插入物对管内流体的扰动效果和强化传热效率都有待进一步提高.


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种内置连壁螺旋波浪扭片的槽式太阳能真空集热管，该连壁螺旋波浪扭片能增强管内流体的扰动，提高集热器光热转化效率，同时还能够减少管壁与管内流体的周向温差，提高集热管的安全性和稳定性。
6.实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种内置连壁螺旋波浪扭片的槽式太阳能真空集热管，集热管放置在太阳能集热器的反光镜的上部，集热管包括玻璃外管，设置在玻璃外管内的金属内管，玻璃外管和金属内管之间为真空腔，金属内管内部有连壁螺旋波浪扭片，金属内管外表面朝向反光镜一侧涂有吸热涂层；
7.连壁螺旋波浪扭片沿集热管长度方向呈螺旋状，从而提升集热管内流体在长度方向上的扰动；连壁螺旋波浪扭片沿扭片的宽度方向呈波浪形，提升集热管内流体在集热管垂直于轴向方向的扰动。
8.进一步的，连壁螺旋波浪扭片在集热管轴向任意的垂直面上，连壁螺旋波浪扭片的边缘与金属内管内壁接触。
9.进一步的，连壁螺旋波浪扭片的厚度h为1
±
0.5mm，连壁螺旋波浪扭片沿宽度方向的波浪形为锯齿状，锯齿状的边长l为2
±
1mm。
10.进一步的，吸热涂层关于集热管最下部的线对称，吸热涂层的大小对应的圆心角为60-120
°
。
11.进一步的，吸热涂层的厚度为0.2mm-0.3mm，具体为铜涂层或铜铝复合涂层。
12.进一步的，玻璃外管、金属内管、连壁螺旋波浪扭片和吸热涂层的轴向长度均相
等。
13.进一步的，连壁螺旋波浪扭片的扭矩为250-270mm。
14.进一步的，玻璃外管的内直径d3为56
±
5mm，外直径d4为64
±
6mm；金属内管的内直径d1为36
±
4mm，外直径d2为40
±
4mm
15.本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于：
16.本申请使用连壁螺旋波浪形扭片，通过轴向方向的螺旋结构改变管内流体沿吸热管轴向流动方向，同时通过波浪形结构改变管内流体沿吸热管径向方向流动方向，实现了管内流体强烈扰动，达到了强化传热并降低金属吸热管管壁与管内流体的周向温差的目的，提高集热器光热转化效率、安全性和稳定性。
附图说明
17.图1为本实用新型的内置连壁螺旋波浪扭片的槽式太阳能真空集热管示意图。
18.图2为本实用新型的内置连壁螺旋波浪扭片的槽式太阳能真空集热管截面示意图。
19.图3为本实用新型模型尺寸示意图。
20.图4为无内置连壁螺旋波浪扭片的槽式集热管距离出水口1000mm处的温度分布图。
21.图5为无内置连壁螺旋波浪扭片的槽式集热管距离出水口500mm处的温度分布图。
22.图6为内置连壁螺旋波浪扭片的槽式集热管距离出水口1000mm处的温度分布图。
23.图7为内置连壁螺旋波浪扭片的槽式集热管距离出水口500mm处的温度分布图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
25.内置连壁螺旋波浪扭片的槽式太阳能真空集热管示意图如图1所示，该集热器包括最外层的玻璃外管2，金属内管3、金属内管3内部设置连壁螺旋波浪扭片1、所述金属内管3外表面面向反光镜一侧涂有吸热涂层4。玻璃外管2与金属内管3之间为真空腔5。
26.玻璃外管2的内直径为56mm，外直径为64mm。
27.金属内管3的内直径为36mm，外直径为40mm。
28.玻璃外管2与金属吸热管3之间抽真空。
29.抛物面反光镜几何图像为焦距为625mm，开口宽度为1000mm。
30.金属吸热材料为全铜或者铜铝复合材料，且吸热涂层4的材料为高太阳能吸收率的涂料，太阳能涂料厚度为0.2mm-0.3mm。
31.涂层4径向圆弧段长为金属内管3的下四分之一圆。
32.流体为液态水，入水口水温为300k。当水口的流速设置为0.008m/s为适宜的流速，入水口面积为半径18mm圆的面积减去连壁螺旋波浪扭片的面积，约为0.0095m2，水的流量为0.027m3/h。
33.图4和图5分别为无内置连壁螺旋波浪扭片的槽式集热管距离出水口1000 mm、500mm处的温度分布图。图6和图7分别为内置连壁螺旋波浪扭片的槽式集热管距离出水口
1000mm、500mm处的温度分布图。
34.可以看出，无内置连壁螺旋波浪扭片的集热管距离出水口1000mm、500mm 处水的温度范围分别为304.1k-332.0k和321.0k-347.4k。内置连壁螺旋波浪扭片的集热管距离出水口1000mm、500mm处水的温度范围分别为310.4 k-323.7k和330.5k-340.7k。显而易见地，内置连壁螺旋波浪扭片的集热管可有效改善水的温度分布，降低最高温度和温差范围，水温周向分布趋向均匀。同时对于水过热而产生相变有更好的抵抗效果，带来更好的安全性与更好的热性能。


技术特征：
1.一种内置连壁螺旋波浪扭片的槽式太阳能真空集热管，其特征在于，集热管放置在太阳能集热器的反光镜的上部，集热管包括玻璃外管(2)，设置在玻璃外管(2)内的金属内管(3)，玻璃外管(2)和金属内管(3)之间为真空腔(5)，金属内管(3)内部有连壁螺旋波浪扭片(1)，金属内管(3)外表面朝向反光镜一侧涂有吸热涂层(4)；连壁螺旋波浪扭片(1)沿集热管长度方向呈螺旋状，从而提升集热管内流体在长度方向上的扰动；连壁螺旋波浪扭片(1)沿扭片的宽度方向呈波浪形，提升集热管内流体在集热管垂直于轴向方向的扰动。2.根据权利要求1所述的真空集热管，其特征在于，连壁螺旋波浪扭片(1)在集热管轴向任意的垂直面上，连壁螺旋波浪扭片的边缘与金属内管(3)内壁接触。3.根据权利要求1所述的真空集热管，其特征在于，连壁螺旋波浪扭片(1)的厚度h为1
±
0.5mm，连壁螺旋波浪扭片(1)沿宽度方向的波浪形为锯齿状，锯齿状的边长l为2
±
1mm。4.根据权利要求1所述的真空集热管，其特征在于，吸热涂层(4)关于集热管最下部的线对称，吸热涂层(4)的大小对应的圆心角为60-120
°
。5.根据权利要求4所述的真空集热管，其特征在于，吸热涂层(4)的厚度为0.2mm-0.3mm，具体为铜涂层或铜铝复合涂层。6.根据权利要求1所述的真空集热管，其特征在于，玻璃外管(2)、金属内管(3)、连壁螺旋波浪扭片(1)和吸热涂层(4)的轴向长度均相等。7.根据权利要求2所述的真空集热管，其特征在于，连壁螺旋波浪扭片(1)的扭矩为250-270mm。8.根据权利要求7所述的真空集热管，其特征在于，玻璃外管(2)的内直径d3为56
±
5mm，外直径d4为64
±
6mm；金属内管(3)的内直径d1为36
±
4mm，外直径d2为40
±
4mm。

技术总结
本实用新型属于太阳能光热利用领域，具体涉及一种内置连壁螺旋波浪扭片的槽式太阳能真空集热管。包括玻璃外管和内置连壁螺旋波浪扭片的金属内管，玻璃外管和金属内管之间为真空，金属内管外表面面向安装在集热管下方的反光镜一侧涂有吸热涂层。本实用新型通过插入扰动部件改变集热管内流体的流动方向，延长了流体管内流动距离，使之与集热管壁面的换热更加充分，增强吸热管与工作介质的换热能力。同时连壁螺旋波浪扭片增大了金属与工作介质的换热面积。本实用新型采用连壁螺旋波浪形结构的扭片，能增强流体扰动，提高集热效率，减少周向温差，对于水过热而产生相变有更好的抑制效果，提高集热管的安全性和稳定性。提高集热管的安全性和稳定性。提高集热管的安全性和稳定性。


技术研发人员：魏新龙 王帅 彭云 周琦俊 周雨桦 顾敏恒
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：2022.08.18
技术公布日：2022/12/9