一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種管式太陽(yáng)能吸熱器，具體涉及一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，屬于太陽(yáng)能熱利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能以其儲(chǔ)量的無限性、開發(fā)利用的清潔性，成為21世紀(jì)解決開發(fā)利用化石能源帶來的能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等問題的有效途徑之一。太陽(yáng)能資源的利用按照能量轉(zhuǎn)化方式可以分為光熱轉(zhuǎn)換利用、光電轉(zhuǎn)換利用和光化學(xué)轉(zhuǎn)換利用。其中，太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電是太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換的有效途徑之一，它具有清潔、無污染等優(yōu)點(diǎn)。但是由于太陽(yáng)能資源具有能流密度低，易受到晝夜、季節(jié)、和地理瑋度等因素影響的缺點(diǎn)，必須通過聚集技術(shù)將低熱流密度的太陽(yáng)輻射聚集起來，形成高匯聚的太陽(yáng)能熱流以實(shí)現(xiàn)降低熱損失和高效的能源利用。傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)包括發(fā)電子系統(tǒng)、傳熱和蓄熱系統(tǒng)、集熱子系統(tǒng)。集熱子系統(tǒng)由聚光系統(tǒng)、吸熱器和跟蹤系統(tǒng)等部件構(gòu)成。太陽(yáng)光輻射經(jīng)過聚光系統(tǒng)匯聚后形成了高倍匯聚的太陽(yáng)能輻射能，照射到安裝在聚光系統(tǒng)焦平面處的吸熱器上，加熱吸熱管內(nèi)的換熱流體，產(chǎn)生熱水或蒸汽驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生電能。
[0003]由于受晝夜、季節(jié)、地理瑋度和天氣變化等因素的影響，太陽(yáng)能的熱利用具有顯著的間斷性和不均勻性，導(dǎo)致太陽(yáng)能吸熱器承受反復(fù)高溫差的熱沖擊循環(huán)，吸熱器容易產(chǎn)生高的熱應(yīng)變并引發(fā)吸熱器玻璃管罩破裂以及吸熱器的彎曲變形并最終失效。
[0004]傳統(tǒng)拋物槽式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)整體示意圖如圖1所示，太陽(yáng)光經(jīng)過槽式聚光系統(tǒng)聚集并反射后，照射到金屬圓管太陽(yáng)能吸熱器外表面下半段；圓管式太陽(yáng)能吸熱器示意圖如圖2至圖3所示，金屬圓管太陽(yáng)能吸熱器吸熱管外表面的下半段受到高匯聚熱流密度的照射，而金屬圓管太陽(yáng)能吸熱管外表面上半段為非匯聚的低太陽(yáng)能熱流密度的照射。因此，金屬圓管太陽(yáng)能吸熱器外表面的熱流密度場(chǎng)分布為高度非均勻的，金屬圓管太陽(yáng)能吸熱器容易承受高的溫度梯度，并引發(fā)熱變形及金屬管壁的失效。由于金屬圓管的熱變形遠(yuǎn)大于玻璃罩的熱變形，金屬管與玻璃罩之間的巨大熱變形差異，容易引起玻璃罩破裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0006]鑒于此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，以至少解決金屬圓管太陽(yáng)能吸熱器金屬管的熱變形問題、并實(shí)現(xiàn)金屬管內(nèi)強(qiáng)化傳熱的目的。本發(fā)明提出一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，采用外凸波紋管替代傳統(tǒng)拋物槽式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)中的圓管以實(shí)現(xiàn)提高強(qiáng)化傳熱、均勻化管式吸熱器的溫度場(chǎng)分布并達(dá)到降低管式吸熱器的熱變形的目的。
[0007]本發(fā)明提出的一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，包括真空玻璃罩，還包括波節(jié)管，所述波節(jié)管安裝在真空玻璃罩內(nèi)，波節(jié)管與真空玻璃罩之間形成真空段，波節(jié)管內(nèi)構(gòu)成傳熱流體通道；所述波節(jié)管為外凸形波節(jié)管。
[0008]進(jìn)一步地:所述波節(jié)管的波節(jié)比p/D為4.3至14，P為相鄰波峰之間的距離，D為波節(jié)管非波形段的直徑。通過改變不同的波節(jié)比p/D實(shí)現(xiàn)不同的強(qiáng)化傳熱和降低熱應(yīng)變的效果。
[0009]進(jìn)一步地:所述波節(jié)管的波節(jié)比p/D為4.3。如此設(shè)置，外凸波節(jié)管太陽(yáng)能吸熱管努賽爾數(shù)(Nu)比傳統(tǒng)圓管式太陽(yáng)能吸熱器努賽爾數(shù)(Nu)提高達(dá)8%。
[0010]進(jìn)一步地:所述波節(jié)管的波節(jié)比p/D為9.4。如此設(shè)置，外凸波節(jié)管太陽(yáng)能吸熱管的最大熱應(yīng)變比傳統(tǒng)圓管式太陽(yáng)能吸熱器的最大熱應(yīng)變降低達(dá)13%。
[0011]進(jìn)一步地:所述波節(jié)管的波節(jié)比p/D為6.2。如此設(shè)置，外凸波節(jié)管太陽(yáng)能吸熱管與內(nèi)凹式吸熱管相比，其有效降低流體的壓降達(dá)48%，同時(shí)強(qiáng)化了換熱效果。
[0012]進(jìn)一步地:所述波節(jié)管與真空玻璃罩同軸設(shè)置。
[0013]本發(fā)明所達(dá)到的效果為:
[0014]本發(fā)明采用外凸波紋管替代傳統(tǒng)拋物槽式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)中的圓管以實(shí)現(xiàn)提高強(qiáng)化傳熱、均勻化管式吸熱器的溫度場(chǎng)分布并達(dá)到降低管式吸熱器的熱變形的目的。數(shù)值分析結(jié)果表明，本文提出的外凸波紋管太陽(yáng)能吸熱管與傳動(dòng)圓管式太陽(yáng)能吸熱器相比較，努賽爾數(shù)(Nu)提高達(dá)8%，最大熱應(yīng)變降低達(dá)13%。
[0015]相比于內(nèi)凹式波紋結(jié)構(gòu)管式太陽(yáng)能吸熱器，本文所提出的外凸式波節(jié)結(jié)構(gòu)吸熱管不但可以有效降低流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力，有效降低流體的壓降。而且，可以提高吸熱管與換熱流體間的換熱量，強(qiáng)化了換熱效果。
【附圖說明】
[0016]圖1為傳統(tǒng)拋物槽式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)整體示意圖；
[0017]圖2為圓管式太陽(yáng)能吸熱器示意圖；
[0018]圖3為圖2的橫截面示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明的一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為不同波節(jié)比(p/D)下波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器的努賽爾數(shù)(Nu)與傳統(tǒng)圓管式太陽(yáng)能吸熱器努賽爾數(shù)(Nu)的對(duì)比圖；
[0021]圖6為不同波節(jié)比(p/D)下波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器的最大熱應(yīng)變與傳統(tǒng)圓管式太陽(yáng)能吸熱器最大熱應(yīng)變的對(duì)比圖；
[0022]圖7為相同波節(jié)比(p/D)下外波節(jié)結(jié)構(gòu)與內(nèi)波節(jié)結(jié)構(gòu)的管式太陽(yáng)能吸熱器的沿程壓降的對(duì)比圖；
[0023]圖8為相同波節(jié)比(p/D)下外波節(jié)結(jié)構(gòu)與內(nèi)波節(jié)結(jié)構(gòu)的管式太陽(yáng)能吸熱器的有效換熱量的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡(jiǎn)明起見，在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會(huì)隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對(duì)得益于本發(fā)明公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。
[0025]在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0026]如附圖4和圖5所示本發(fā)明的實(shí)施例1提供了一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，包括真空玻璃罩1，還包括波節(jié)管2，所述波節(jié)管2安裝在真空玻璃罩I內(nèi)，波節(jié)管2與真空玻璃罩I之間形成真空段3，波節(jié)管2內(nèi)構(gòu)成傳熱流體通道4 ;所述波節(jié)管2為外凸形波節(jié)管，波節(jié)管2與真空玻璃罩I同軸設(shè)置；所述波節(jié)管2的波節(jié)比p/D為4.3。如此設(shè)置，外凸波節(jié)管太陽(yáng)能吸熱管努賽爾數(shù)(Nu)比傳統(tǒng)圓管式太陽(yáng)能吸熱器努賽爾數(shù)(Nu)提高達(dá)8%。
[0027]另外，根據(jù)一種實(shí)現(xiàn)方式，如附圖4和圖6所示本發(fā)明的實(shí)施例2提供了一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，包括真空玻璃罩1，還包括波節(jié)管2，所述波節(jié)管2安裝在真空玻璃罩I內(nèi)，波節(jié)管2與真空玻璃罩I之間形成真空段3，波節(jié)管2內(nèi)構(gòu)成傳熱流體通道4 ;所述波節(jié)管2為外凸形波節(jié)管，波節(jié)管2與真空玻璃罩I同軸設(shè)置；所述波節(jié)管2的波節(jié)比p/D為9.4。如此設(shè)置，外凸波節(jié)管太陽(yáng)能吸熱管的最大熱應(yīng)變比傳統(tǒng)圓管式太陽(yáng)能吸熱器的最大熱應(yīng)變降低達(dá)13%。
[0028]另外，根據(jù)一種實(shí)現(xiàn)方式，如附圖4和圖7、圖8所示本發(fā)明的實(shí)施例3提供了一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，包括真空玻璃罩1，還包括波節(jié)管2，所述波節(jié)管2安裝在真空玻璃罩I內(nèi)，波節(jié)管2與真空玻璃罩I之間形成真空段3，波節(jié)管2內(nèi)構(gòu)成傳熱流體通道4 ;所述波節(jié)管2為外凸形波節(jié)管，波節(jié)管2與真空玻璃罩I同軸設(shè)置；所述波節(jié)管2的波節(jié)比p/D為6.2。如此設(shè)置，相比于內(nèi)凹式波紋結(jié)構(gòu)管式太陽(yáng)能吸熱器，本文所提出的外凸式波節(jié)結(jié)構(gòu)吸熱管不但可以有效降低流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力，有效降低流體的壓降(圖7所示)。而且，可以提高吸熱管與換熱流體間的換熱量(圖8所示)，強(qiáng)化換熱效果更佳。
[0029]雖然本發(fā)明所揭示的實(shí)施方式如上，但其內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案而采用的實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭示的核心技術(shù)方案的前提下，可以在實(shí)施的形式和細(xì)節(jié)上做任何修改與變化，但本發(fā)明所限定的保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書限定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，包括真空玻璃罩(1)，其特征在于:還包括波節(jié)管(2)，所述波節(jié)管(2)安裝在真空玻璃罩(I)內(nèi)，波節(jié)管(2)與真空玻璃罩(I)之間形成真空段(3)，波節(jié)管(2)內(nèi)構(gòu)成傳熱流體通道(4);所述波節(jié)管(2)為外凸形波節(jié)管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，其特征在于:所述波節(jié)管(2)的波節(jié)比p/D為4.3至14，P為相鄰波峰之間的距離，D為波節(jié)管(2)非波形段的直徑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，其特征在于:所述波節(jié)管(2)的波節(jié)比p/D為4.3 ;p為相鄰波峰之間的距離，D為波節(jié)管(2)非波形段的直徑。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，其特征在于:所述波節(jié)管(2)的波節(jié)比p/D為9.4 ;p為相鄰波峰之間的距離，D為波節(jié)管(2)非波形段的直徑。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，其特征在于:所述波節(jié)管(2)的波節(jié)比p/D為6.2 ;p為相鄰波峰之間的距離，D為波節(jié)管(2)非波形段的直徑。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，其特征在于:所述波節(jié)管(2)與真空玻璃罩(I)同軸設(shè)置。
【專利摘要】一種具有強(qiáng)化傳熱和降低熱變形的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，屬于太陽(yáng)能利用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為了解決金屬圓管太陽(yáng)能吸熱器金屬管的熱變形的問題、并實(shí)現(xiàn)金屬管內(nèi)強(qiáng)化傳熱的目的。本發(fā)明的波節(jié)管式太陽(yáng)能吸熱器，包括真空玻璃罩，還包括波節(jié)管，波節(jié)管安裝在真空玻璃罩內(nèi)，波節(jié)管與真空玻璃罩之間形成真空段，波節(jié)管內(nèi)構(gòu)成傳熱流體通道；波節(jié)管為外凸形波節(jié)管。本發(fā)明采用外凸波紋管替代傳統(tǒng)拋物槽式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)中的圓管以實(shí)現(xiàn)提高強(qiáng)化傳熱、均勻化管式吸熱器的溫度場(chǎng)分布并達(dá)到降低管式吸熱器的熱變形的目的。
【IPC分類】F24J2/26
【公開號(hào)】CN105066476
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510490558
【發(fā)明人】譚建宇, 王富強(qiáng), 來慶志, 謝銀模, 馬蘭新, 王程超
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月12日