CN104567028B - 传热改善型蓄热式太阳能集热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传热改善型蓄热式太阳能集热装置。包括冷流体进口管、环形分流腔、强化换热管、集热腔、蓄热体、热流体出口管、汇流腔、保温层、透镜；集热装置本体从内到外顺次设有集热腔、蓄热体、强化换热管，强化换热管下端与环形分流腔相连，环形分流腔与冷流体进口管相连，强化换热管上端与汇流腔相连，汇流腔与热流体出口管相连，集热腔腔口处安装有透镜，冷流体进口管、环形分流腔、强化换热管、蓄热体、汇流腔外均敷设有保温层。本发明通过增加强化肋片以及对蓄热体结构进行优化设计，在保证太阳能集热器吸热、蓄热、换热一体化设计的基础上，简化了管路的设计，强化了蓄热体的导热能力，减小了蓄热体的径向温差，提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种传热改善型蓄热式太阳能集热装置，属于太阳能热利用技术领域。
背景技术
目前，传统能源储量日益减少，环境污染问题日益加重，开发和利用太阳能等可再生能源不仅可以为人类社会提供巨大的能源，还可以节约常规化石燃料、保护生态环境。因此，太阳能资源的开发和利用长期以来受到了世界各国的重视，并成为我国当前能源发展的重要方向，但是由于太阳能的辐照的间断性、不稳定性以及能量密度低等一系列问题，对太阳能光热利用系统稳定运作带来了很大的挑战。通过太阳能蓄热系统可以将多余的太阳能热量暂时储存起来，等到没有日照或日照不足时再将这部分热量释放出来，从而保证了整个太阳能光热利用系统的安全性与稳定性。
目前常见的太阳能蓄热系统包括相变潜热蓄热和显热蓄热两种，其中对于先热换热器而言，为了减小蓄热体本省的温差应力以及提高换热效率，单纯在蓄热体外表面布置换热管道在很多情况下已不满足设计雪球，往往会要求在蓄热体内部安装换热管道，这就大大增加了蓄热体的加工程序和难度，而且管路过长，换热器本身的换热温差也增加，对于管道的维护也存在诸多的问题。
因此，太阳能光热利用系统在优化管路结构，实现太阳能集热装置长期稳定、安全运行，提高太阳能源利用率等方面有进一步改善、提升的空间。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提出一种传热改善型蓄热式太阳能集热装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
传热改善型蓄热式太阳能集热装置包括冷流体进口管、环形分流腔、强化换热管、集热腔、蓄热体、热流体出口管、汇流腔、保温层、透镜；
集热装置本体从内到外顺次设有集热腔、蓄热体、强化换热管，强化换热管下端与环形分流腔相连，环形分流腔与冷流体进口管相连，强化换热管上端与汇流腔相连，汇流腔与热流体出口管相连，集热腔腔口处安装有透镜，冷流体进口管、环形分流腔、强化换热管、蓄热体、汇流腔外均敷设有保温层；
蓄热体包括蓄热本体、半圆管道装槽、第一内插肋片槽、第二内肋槽道；
蓄热本体的外壁面均匀开设半圆管道装槽，半圆管道装槽的中心以及两个半圆管道装槽之间分别设有第一内插肋片槽和第二内插肋片槽；
强化换热管包括光管、连接肋片板、第一内插肋片板、第二内插肋片板；
光管与内插肋片板焊接连接，第一内插肋片板与第一内插肋片槽配合安装，并与半圆管道装槽紧密贴合，连接肋片板与第二内插肋片板焊接连接，第二内插肋片板与第二内插肋片槽配合安装，光管之间分别与连接肋片板两端焊接连接。
所述的蓄热体采用石墨或高温混凝土显热蓄热材料。
所述的连接肋片板、第一内插肋片板、第二内插肋片板材料的导热系数高于蓄热体材料的导热系数。
所述的蓄热体顶部的坡度角为30°-60°角。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
（1）本发明实现了太阳能集热系统与蓄热系统的一体化集成，简化了管道的布置方式以及蓄热体的加工结构，降低了系统的制造成本。
（2）本发明通过采用内插肋片和在蓄热体表面开槽的方式，再增加换热面的同时有效地改善了蓄热体的温差分布。
附图说明
图1是传热改善型蓄热式太阳能集热装置结构示意图；
图2是传热改善型蓄热式太阳能集热装置的A-A截面图；
图3是传热改善型蓄热式太阳能集热装置的强化换热管结构简图；
图4是传热改善型蓄热式太阳能集热装置的蓄热体结构简图；
图中：冷流体进口管1、环形分流腔2、强化换热管3、集热腔4、蓄热体5、热流体出口管6、汇流腔7、保温层8、透镜9、集热管10、连接肋片板11、第一内插肋片板12、第二内插肋片板13、蓄热本体14、半圆管道装槽15、第一内插肋片槽16、第二内肋槽道17。
具体实施方式
如图1、2所示，传热改善型蓄热式太阳能集热装置包括冷流体进口管1、环形分流腔2、强化换热管3、集热腔4、蓄热体5、热流体出口管6、汇流腔7、保温层8、透镜9；
集热装置本体从内到外顺次设有集热腔4、蓄热体5、强化换热管3，强化换热管下端与环形分流腔2相连，环形分流腔与冷流体进口管1相连，强化换热管上端与汇流腔7相连，汇流腔与热流体出口管6相连，集热腔4腔口处安装有透镜9，冷流体进口管1、环形分流腔2、强化换热管3、蓄热体5、汇流腔7外均敷设有保温层8；
蓄热体5包括蓄热本体14、半圆管道装槽15、第一内插肋片槽16、第二内肋槽道17；
蓄热本体14的外壁面均匀开设半圆管道装槽15，半圆管道装槽的中心以及两个半圆管道装槽之间分别设有第一内插肋片槽16和第二内插肋片槽17；
强化换热管3包括光管10、连接肋片板11、第一内插肋片板12、第二内插肋片板13；
光管10与内插肋片板12焊接连接，第一内插肋片板与第一内插肋片槽16配合安装，并与半圆管道装槽15紧密贴合，连接肋片板11与第二内插肋片板13焊接连接，第二内插肋片板13与第二内插肋片槽17配合安装，光管10之间分别与连接肋片板11两端焊接连接。
所述的蓄热体5采用石墨或高温混凝土显热蓄热材料。
所述的连接肋片板11、第一内插肋片板12、第二内插肋片板13材料的导热系数高于蓄热体5材料的导热系数。
所述的蓄热体5顶部的坡度角为30°-60°角。
本发明的具体工作过程如下：
太阳光照射于反射镜聚焦于集热腔腔口处，经透镜分配后照射到蓄热体的内壁吸热面，蓄热体吸热后温度升高。连接肋片板、第一内插肋片板、第二内插肋片板作为强化换热肋片，增加了光管与蓄热体之间的换热面积，强化了蓄热体与光管之间的换热。而且，由于第一内插肋片板、第二内插肋片板均具有较高的导热系数，通过第一内插肋片槽和第二内肋槽道保证了蓄热体径向得导热速率，降低了蓄热体的温差，保证了蓄热体的均温性。当蓄热体温度升高到换热阈值温度时，强化换热管内的流体开始被加热，并最终流入汇流腔中经热流体出口管流出，完成流体工质的加热过程。
在加热过程中，当太阳辐照发生变化时，本装置通过蓄热体的温度变化，依靠蓄热体的蓄热能力，从而保证装置的流量和出口参数的相对稳定。当蓄热体温度超过达到设计极限时，则通过改变流量以保证换热器的安全性和可靠性。
本发明通过对太阳能集热腔吸热、蓄热、换热的集成、一体化设计，使得装置结构紧凑，管路简单，很好地解决了太阳能热量输出不稳定的问题，同时，本发明引入了肋片强化传热技术，有效地提高了系统的换热效果，缩短了换热管路的长度，降低了装置的成本，经济效益可观。
Claims (4)
1.一种传热改善型蓄热式太阳能集热装置，其特征在于包括冷流体进口管（1）、环形分流腔（2）、强化换热管（3）、集热腔（4）、蓄热体（5）、热流体出口管（6）、汇流腔（7）、保温层（8）、透镜（9）；
集热装置本体从内到外顺次设有集热腔（4）、蓄热体（5）、强化换热管（3），强化换热管下端与环形分流腔（2）相连，环形分流腔与冷流体进口管（1）相连，强化换热管上端与汇流腔（7）相连，汇流腔与热流体出口管（6）相连，集热腔（4）腔口处安装有透镜（9），冷流体进口管（1）、环形分流腔（2）、强化换热管（3）、蓄热体（5）、汇流腔（7）外均敷设有保温层（8）；
蓄热体（5）包括蓄热本体（14）、半圆管道装槽（15）、第一内插肋片槽（16）、第二内肋槽道（17）；
蓄热本体（14）的外壁面均匀开设半圆管道装槽（15），半圆管道装槽的中心以及两个半圆管道装槽之间分别设有第一内插肋片槽（16）和第二内插肋片槽（17）；
强化换热管（3）包括光管（10）、连接肋片板（11）、第一内插肋片板（12）、第二内插肋片板（13）；
光管（10）与第一内插肋片板（12）焊接连接，第一内插肋片板与第一内插肋片槽（16）配合安装，并与半圆管道装槽（15）紧密贴合，连接肋片板（11）与第二内插肋片板（13）焊接连接，第二内插肋片板（13）与第二内插肋片槽（17）配合安装，光管（10）之间分别与连接肋片板（11）两端焊接连接。
2.根据权利要求1所述的一种传热改善型蓄热式太阳能集热装置，其特征在于所述的蓄热体（5）采用石墨或高温混凝土显热蓄热材料。
3.根据权利要求1所述的一种传热改善型蓄热式太阳能集热装置，其特征在于所述的连接肋片板（11）、第一内插肋片板（12）、第二内插肋片板（13）材料的导热系数高于蓄热体（5）材料的导热系数。
4.根据权利要求1所述的一种传热改善型蓄热式太阳能集热装置，其特征在于所述的蓄热体（5）顶部的坡度角为30°-60°角。
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