一種相變蓄熱型太陽能集熱管及調(diào)控加熱方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種相變蓄熱型太陽能集熱管及調(diào)控加熱方法。它包括內(nèi)套管、外套吸熱管、環(huán)形強化換熱肋片、真空玻璃管、蓄熱層、波紋連接管、端蓋、真空抽氣口；內(nèi)套管與外套吸熱管之間通過環(huán)形強化換熱肋片焊接形成蓄熱層，內(nèi)套管兩端分別與波紋連接管焊接連接，波紋連接管通過端蓋與真空玻璃管實現(xiàn)密封連接，端蓋上設(shè)有真空抽氣口。本發(fā)明通過在集熱管增加相變蓄熱層，利用相變蓄熱材料保證了不同輻照條件下集熱管換熱溫差的恒定，保證了集熱管流量和溫度的穩(wěn)定性，有效的克服了太陽能間歇性特征引起太陽能集熱系統(tǒng)溫度波動的問題，為太陽能集熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了很好的技術(shù)支撐。
【專利說明】一種相變蓄熱型太陽能集熱管及調(diào)控加熱方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能集熱管技術(shù)，尤其涉及一種相變蓄熱型太陽能集熱管及調(diào)控加熱方法。

【背景技術(shù)】
[0002]集熱管是光熱太陽能系統(tǒng)的核心換熱元件，如何提高和改善現(xiàn)有太陽能集熱管的性能，對于提高太陽能系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。由于太陽輻照受天氣因素影響很大，呈現(xiàn)出間歇性波動的特點，如何在間歇性輻照條件下實現(xiàn)集熱管的穩(wěn)定傳熱以及太陽能系統(tǒng)的連續(xù)供熱是提高太陽能集熱系統(tǒng)性能的關(guān)鍵點之一。
[0003]蓄熱是解決太陽能連續(xù)供熱而不受輻照間歇性影響的有效手段之一，傳統(tǒng)的蓄熱都是通過建立蓄熱其來實現(xiàn)，此方法僅能保證太陽能系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定供熱，但并沒有解決集熱管的連續(xù)穩(wěn)定供熱問題，而且，大型的蓄熱裝置的投資成本較高，對于家用等分布式太陽能系統(tǒng)并不適用。
[0004]對于分布式系統(tǒng)而言，需要提供一種直接蓄熱的方式來降低間歇性輻照對集熱管性能的影響，保證集熱管連續(xù)穩(wěn)定的加熱。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種相變蓄熱型太陽能集熱管及調(diào)控加熱方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
相變蓄熱型太陽能集熱管包括內(nèi)套管、外套吸熱管、環(huán)形強化換熱肋片、真空玻璃管、蓄熱層、波紋連接管、端蓋、真空抽氣口 ；內(nèi)套管與外套吸熱管之間通過環(huán)形強化換熱肋片焊接形成蓄熱層，內(nèi)套管兩端分別與波紋連接管焊接連接，波紋連接管通過端蓋與真空玻璃管實現(xiàn)密封連接，端蓋上設(shè)有真空抽氣口。
[0007]所述的外套吸熱管的表面鍍有選擇性涂層。所述的蓄熱層內(nèi)填充有相變蓄熱材料。所述的環(huán)形強化換熱肋片上除兩端為密閉端外，內(nèi)部肋片上均設(shè)有流通孔。相變蓄熱型太陽能集熱管包括直通管式和U型套管式兩種形式，其中，U型套管式集熱管的真空玻璃管與外套吸熱管之間裝有支撐架。
[0008]相變蓄熱型太陽能集熱管的調(diào)控加熱方法:入射太陽能光通過外套吸熱管，并通過環(huán)形強化換熱肋片快速將熱量傳輸給蓄熱層及內(nèi)套管；內(nèi)套管吸收熱量后加熱管內(nèi)工質(zhì)，實現(xiàn)熱量輸送；蓄熱層內(nèi)的相變蓄熱材料通過鑲邊換熱吸收熱量實現(xiàn)對富于熱量的儲存，同時保證集熱管的換熱溫差的恒定，環(huán)形強化換熱肋片上的流通孔保證了相變蓄熱材料融化以后在蓄熱層自由流動，以保證管內(nèi)蓄熱溫度的均勻性。當(dāng)瞬時太陽光發(fā)生變化時，蓄熱層內(nèi)的相變蓄熱材料通過融化/凝固來吸收/釋放熱量，在保證換熱溫差恒定的條件下，保證對內(nèi)套管的穩(wěn)定連續(xù)傳熱，從而實現(xiàn)了集熱管換熱工質(zhì)流量和溫度的恒定，避免了集熱管溫度和流量因為太陽光的瞬時變化而波動，提高了集熱管對太陽輻照條件的適應(yīng)性。。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果:
1)通過在集熱管上增加一層相變蓄熱層，通過相變蓄熱實現(xiàn)對富裕輻照能量的有效儲存以及在輻照不足時的穩(wěn)定供能作用；
2)利用相變蓄熱材料實現(xiàn)了集熱管內(nèi)換熱溫差的恒定，從而保證了集熱管溫度和流量不受太陽輻照波動的影響；
3)內(nèi)套管與外套吸熱管之間通過環(huán)形強化換熱肋片提高了傳熱速率，從而降低了外套管由于換熱速率較低出現(xiàn)溫度過高的問題；
4)通過環(huán)形強化換熱肋片上開設(shè)流通孔，保證了蓄熱材料在蓄熱層內(nèi)的有效流通，以提高集熱管的溫度均勻性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1 (a)是直通管式相變蓄熱型太陽能集熱管示意圖；
圖1(b)是U型套管式相變蓄熱型太陽能集熱管示意圖；
圖2(a)是集熱管A-A截面示意圖；
圖2 (b)是集熱管B-B截面示意圖；
圖中:內(nèi)套管1、外套吸熱管2、環(huán)形強化換熱肋片3、真空玻璃管4、蓄熱層5、波紋連接管6、端蓋7、真空抽氣口 8、流通孔9、支撐架10。

【具體實施方式】
[0011]如圖1所示，相變蓄熱型太陽能集熱管包括內(nèi)套管1、外套吸熱管2、環(huán)形強化換熱肋片3、真空玻璃管4、蓄熱層5、波紋連接管6、端蓋7、真空抽氣口 8 ;內(nèi)套管I與外套吸熱管2之間通過環(huán)形強化換熱肋片3焊接形成蓄熱層5，內(nèi)套管I兩端分別與波紋連接管6焊接連接，波紋連接管6通過端蓋7與真空玻璃管4實現(xiàn)密封連接，端蓋7上設(shè)有真空抽氣口8。
[0012]所述的外套吸熱管2的表面鍍有選擇性涂層。所述的蓄熱層5內(nèi)填充有相變蓄熱材料。所述的環(huán)形強化換熱肋片3上除兩端為密閉端外，內(nèi)部肋片上均設(shè)有流通孔9。所述的相變蓄熱型太陽能集熱管，包括直通管式和U型套管式兩種形式，其中，U型套管式集熱管的真空玻璃管4與外套吸熱管2之間裝有支撐架10。
[0013]相變蓄熱型太陽能集熱管調(diào)控加熱方法:入射太陽能光通過外套吸熱管2，并通過環(huán)形強化換熱肋片3快速將熱量傳輸給蓄熱層5及內(nèi)套管I ;內(nèi)套管I吸收熱量后加熱管內(nèi)工質(zhì)，實現(xiàn)熱量輸送；蓄熱層5內(nèi)的相變蓄熱材料通過鑲邊換熱吸收熱量實現(xiàn)對富于熱量的儲存，同時保證集熱管的換熱溫差的恒定，環(huán)形強化換熱肋片3上的流通孔9保證了相變蓄熱材料融化以后在蓄熱層5自由流動，以保證管內(nèi)蓄熱溫度的均勻性。當(dāng)瞬時太陽光發(fā)生變化時，蓄熱層5內(nèi)的相變蓄熱材料通過融化/凝固來吸收/釋放熱量，在保證換熱溫差恒定的條件下，保證對內(nèi)套管I的穩(wěn)定連續(xù)傳熱，從而實現(xiàn)了集熱管換熱工質(zhì)流量和溫度的恒定，避免了集熱管溫度和流量因為太陽光的瞬時變化而波動，提高了集熱管對太陽輻照條件的適應(yīng)性。。
[0014]相變蓄熱型太陽能集熱管的工作過程如下:太陽光照射到集熱管上，外套吸熱管上選擇性吸光涂層吸收太陽光進行加熱，熱量通過環(huán)形強化換熱肋片加熱蓄熱層和內(nèi)套管內(nèi)的換熱工質(zhì)。正常工況條件下，蓄熱層的溫度為相變材料的熔點溫度，蓄熱層為半熔融狀態(tài)，由于輻射吸熱量與內(nèi)套管內(nèi)的換熱量相同，因此，蓄熱層內(nèi)的凈吸熱量為零，蓄熱材料不進一步融化，保證了蓄熱層的有效調(diào)節(jié)余量。
[0015]當(dāng)太陽輻照快速升高時，由于內(nèi)套管內(nèi)的流量恒定，富于熱量則通過蓄熱層中的蓄熱材料融化吸熱進行儲存。當(dāng)太陽輻照快速降低時，蓄熱層內(nèi)的蓄熱材料凝固釋放熱量，對內(nèi)套管工質(zhì)繼續(xù)進行加熱。由于蓄熱材料通過凝固和融化過程來調(diào)節(jié)輻照變化輻照熱流與內(nèi)套管內(nèi)換熱熱流之間的平衡，而且，相變過程中，蓄熱材料的溫度不變，保證了換熱的溫差，從而有效的保證了內(nèi)套管內(nèi)的流量和蒸汽品質(zhì)，同時保證了太陽輻照快速上升過程中外套管的溫度的穩(wěn)定，最終實現(xiàn)了對改善集熱管溫度對太陽輻照的靈敏系數(shù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。
[0016]本發(fā)明裝置通過在集熱管上增加一層相變蓄熱層，通過相變蓄熱實現(xiàn)對富余輻照能量的有效儲存，有效的克服了太陽能間歇性特征引起太陽能集熱系統(tǒng)溫度波動的問題，為太陽能集熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了很好的技術(shù)支撐。內(nèi)套管與外套吸熱管之間通過環(huán)形強化換熱肋片提高了傳熱速率，從而降低了外套管由于換熱速率較低出現(xiàn)溫度過高的問題。通過環(huán)形強化換熱肋片上開設(shè)流通孔，保證了蓄熱材料在蓄熱層內(nèi)的有效流通，以提高集熱管的溫度均勻性。
【權(quán)利要求】
1.一種相變蓄熱型太陽能集熱管，其特征在于包括內(nèi)套管(I)、外套吸熱管(2)、環(huán)形強化換熱肋片(3)、真空玻璃管(4)、蓄熱層(5)、波紋連接管(6)、端蓋(7)、真空抽氣口(8);內(nèi)套管(I)與外套吸熱管(2)之間通過環(huán)形強化換熱肋片(3)焊接形成蓄熱層(5)，內(nèi)套管(1)兩端分別與波紋連接管(6)焊接連接，波紋連接管(6)通過端蓋(7)與真空玻璃管(4)實現(xiàn)密封連接，端蓋(7 )上設(shè)有真空抽氣口( 8 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄熱型太陽能集熱管，其特征在于所述的外套吸熱管(2)的表面鍍有選擇性涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄熱型太陽能集熱管，其特征在于所述的蓄熱層(5)內(nèi)填充有相變蓄熱材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄熱型太陽能集熱管，其特征在于所述的環(huán)形強化換熱肋片(3)上除兩端為密閉端外，內(nèi)部肋片上均設(shè)有流通孔(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄熱型太陽能集熱管，其特征在于該集熱管包括直通管式和U型套管式兩種形式，其中，U型套管式集熱管的真空玻璃管(4)與外套吸熱管(2)之間裝有支撐架(10)。
6.一種使用如權(quán)利要求1所述相變蓄熱型太陽能集熱管的調(diào)控加熱方法，其特征在于:入射太陽能光通過外套吸熱管(2)，并通過環(huán)形強化換熱肋片(3)快速將熱量傳輸給蓄熱層(5)及內(nèi)套管(I);內(nèi)套管(I)吸收熱量后加熱管內(nèi)工質(zhì)，實現(xiàn)熱量輸送；蓄熱層(5)內(nèi)的相變蓄熱材料通過鑲邊換熱吸收熱量實現(xiàn)對富于熱量的儲存，同時保證集熱管的換熱溫差的恒定，環(huán)形強化換熱肋片(3)上的流通孔(9)保證了相變蓄熱材料融化以后在蓄熱層(5)自由流動，以保證管內(nèi)蓄熱溫度的均勻性；當(dāng)瞬時太陽光發(fā)生變化時，蓄熱層(5)內(nèi)的相變蓄熱材料通過融化/凝固來吸收/釋放熱量，在保證換熱溫差恒定的條件下，保證對內(nèi)套管(I)的穩(wěn)定連續(xù)傳熱，從而實現(xiàn)了集熱管換熱工質(zhì)流量和溫度的恒定，避免了集熱管溫度和流量因為太陽光的瞬時變化而波動，提高了集熱管對太陽輻照條件的適應(yīng)性。
【文檔編號】F24J2/46GK104359240SQ201410574426
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】張良, 王宇飛, 朱子欽, 華蒙, 王濤, 范利武, 俞自濤, 胡亞才 申請人:浙江大學(xué)