沸騰傳熱改善型直通式自然循環(huán)太陽能集熱管及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種沸騰傳熱改善型直通式自然循環(huán)太陽能集熱管及方法。它包括冷凝水入口管、第一波紋管、合金封接環(huán)、真空玻璃管、吸熱管、真空抽氣口、第二波紋管、蒸汽出口管、選擇性吸光涂層、超親水改性表面涂層。本發(fā)明通過吸熱管與冷凝水入口管和蒸汽出口管的布置導(dǎo)致在吸熱管的下半管形成冷凝水滯留區(qū)；進(jìn)而導(dǎo)致冷凝水在吸熱管下半管區(qū)域進(jìn)行池沸騰；同時(shí)，通過在吸熱管下半管表面涂裝超親水表面強(qiáng)化吸熱管內(nèi)沸騰換熱，進(jìn)而提高集熱管換熱效率，使管內(nèi)流動(dòng)與傳熱情況改善，形成一種新的集熱管以及集熱方法。
【專利說明】 沸騰傳熱改善型直通式自然循環(huán)太陽能集熱管及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種沸騰傳熱改善型直通式自然循環(huán)太陽能集熱管及方法，屬于太陽能熱利用【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]真空集熱管作為光熱轉(zhuǎn)換部件，與拋物面槽式聚光器組合使用，形成拋物面槽式集熱器，可以為太陽能熱發(fā)電、太陽能海水淡化、太陽能空調(diào)、工業(yè)生產(chǎn)等提供熱能。
[0003]目前槽式太陽能系統(tǒng)采用的集熱管主要為直通式集熱管，通過串聯(lián)連接可獲得高溫蒸汽。但這種結(jié)構(gòu)形式往往會(huì)使集熱管兩端溫差過大，金屬管應(yīng)力過高，金屬與玻璃管之間焊接工藝受到一定限制。串聯(lián)連接又增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，對整體系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性提出了挑戰(zhàn)。由于槽式集熱器的固有性能，決定了真空集熱管在工作時(shí)管壁始終是單側(cè)受熱，且拋物面反射鏡反射聚焦的輻射能流密度高且分布不均勻。因此，該種類型集熱管所存在的缺陷和固有特性啟發(fā)了我們對它進(jìn)行優(yōu)化和改善。
[0004]另一方面，通過微-納表面改性技術(shù)強(qiáng)化傳熱作為一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域，已得到世界范圍的廣泛重視，一批開創(chuàng)性的研究工作已經(jīng)證明表面改性是一種極具前景的強(qiáng)化傳熱手段。隨著研究的深入，表面浸潤性對氣泡動(dòng)力學(xué)過程及傳熱的影響被逐漸重視。通常認(rèn)為，親水表面可以改善壁面液體傳輸特性更有利于提高臨界熱流密度。大量的實(shí)驗(yàn)也已經(jīng)證實(shí)，通過改變表面的微-納結(jié)構(gòu)，帶來表面形貌及化學(xué)性質(zhì)的改變來引起表面浸潤性的變化是可行的。目前，對微-納改性表面的研究還停留在實(shí)驗(yàn)研究范圍，而將這種新興技術(shù)付諸于工業(yè)應(yīng)用還鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服槽式太陽能集熱技術(shù)的缺陷，同時(shí)將新興技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)實(shí)際，提出一種沸騰傳熱改善型直通式自然循環(huán)太陽能集熱管及方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
沸騰傳熱改善型直通式自然循環(huán)太陽能集熱管包括冷凝水入口管、第一波紋管、合金封接環(huán)、真空玻璃管、吸熱管、真空抽氣口、第二波紋管、蒸汽出口管、選擇性吸光涂層、超親水改性表面涂層；冷凝水入口管、第一波紋管、吸熱管、第二波紋管、蒸汽出口管順次焊接連接；真空玻璃管套于所述吸熱管外，真空玻璃管的兩端通過合金封接環(huán)分別與第一波紋管和第二波紋管封接；真空玻璃管上設(shè)有真空抽氣口 ；吸熱管的外表面涂有選擇性吸光涂層，吸熱管的下半管內(nèi)表面涂有超親水改性表面涂層。
[0007]所述的吸熱管內(nèi)徑為冷凝水入口管和蒸汽出口管內(nèi)徑的2倍；冷凝水入口管與吸熱管同軸布置，蒸汽出口管與吸熱管截面內(nèi)切布置。
[0008]基于表面改性的結(jié)構(gòu)改善型太陽能集熱方法是:吸熱管與冷凝水入口管和蒸汽出口管的布置導(dǎo)致在吸熱管的下半管形成冷凝水滯留區(qū)；太陽光經(jīng)聚光后透過真空玻璃管，經(jīng)吸熱管外表面的選擇性吸光涂層被加熱，冷凝水自冷凝水入口管進(jìn)入吸熱管后在下半管區(qū)域進(jìn)行池沸騰，產(chǎn)生的蒸汽從吸熱管經(jīng)蒸汽出口管排出；同時(shí)，通過在吸熱管下半管表面涂裝超親水表面強(qiáng)化吸熱管內(nèi)沸騰換熱，進(jìn)而提高集熱管換熱效率，改善管內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱特征。
[0009]本發(fā)明通過吸熱管與冷凝水入口管和蒸汽出口管的布置導(dǎo)致在吸熱管的下半管形成冷凝水滯留區(qū)；進(jìn)而導(dǎo)致冷凝水在吸熱管下半管區(qū)域進(jìn)行池沸騰；同時(shí)，通過在吸熱管下半管表面涂裝超親水表面強(qiáng)化吸熱管內(nèi)沸騰換熱，進(jìn)而提高集熱管換熱效率，使管內(nèi)流動(dòng)與傳熱情況改善，形成一種新的集熱管以及集熱方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是沸騰傳熱改善型直通式自然循環(huán)太陽能集熱管結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是沸騰傳熱改善型直通式自然循環(huán)太陽能集熱管的A-A截面圖；
圖中:冷凝水入口管1、第一波紋管2、合金封接環(huán)3、真空玻璃管4、吸熱管5、真空抽氣口 6、第二波紋管7、蒸汽出口管8、選擇性吸光涂層9以及超親水表面10。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1、2所示，沸騰傳熱改善型直通式自然循環(huán)太陽能集熱管包括冷凝水入口管1、第一波紋管2、合金封接環(huán)3、真空玻璃管4、吸熱管5、真空抽氣口 6、第二波紋管7、蒸汽出口管8、選擇性吸光涂層9、超親水改性表面涂層10 ;冷凝水入口管1、第一波紋管2、吸熱管5、第二波紋管7、蒸汽出口管8順次焊接連接；真空玻璃管4套于所述吸熱管5外，真空玻璃管4的兩端通過合金封接環(huán)3分別與第一波紋管2和第二波紋管7封接；真空玻璃管4上設(shè)有真空抽氣口 6 ;吸熱管5的外表面涂有選擇性吸光涂層9，吸熱管5的下半管內(nèi)表面涂有超親水改性表面涂層10。
[0012]所述的吸熱管5內(nèi)徑為冷凝水入口管I和蒸汽出口管8內(nèi)徑的2倍；冷凝水入口管I與吸熱管5同軸布置，蒸汽出口管8與吸熱管5截面內(nèi)切布置。
[0013]基于表面改性的結(jié)構(gòu)改善型太陽能集熱方法是:吸熱管5與冷凝水入口管I和蒸汽出口管8的布置導(dǎo)致在吸熱管5的下半管形成冷凝水滯留區(qū)；太陽光經(jīng)聚光后透過真空玻璃管4，經(jīng)吸熱管5外表面的選擇性吸光涂層9被加熱，冷凝水自冷凝水入口管I進(jìn)入吸熱管5后在下半管區(qū)域進(jìn)行池沸騰，產(chǎn)生的蒸汽從吸熱管5經(jīng)蒸汽出口管7排出；同時(shí)，通過在吸熱管5下半管表面涂裝超親水表面9強(qiáng)化吸熱管5內(nèi)沸騰換熱，進(jìn)而提高集熱管換熱效率，改善管內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱特征。
[0014]沸騰傳熱改善型直通式自然循環(huán)太陽能集熱管內(nèi)部傳熱與流動(dòng)過程如下:太陽光通過聚光反射鏡透過真空玻璃管，大部分光能被吸熱管外表面的的選擇性涂層吸收轉(zhuǎn)化為熱能，來加熱吸熱管內(nèi)的蒸汽。冷凝水自冷凝水入口管進(jìn)入吸熱管后被加熱，在吸熱管下半管受熱進(jìn)行池沸騰，產(chǎn)生的蒸汽從吸熱管上半管經(jīng)蒸汽出口管排出。
[0015]本發(fā)明將新興的表面微-納改性技術(shù)引入太陽能集熱裝置中，通過修飾吸熱管內(nèi)表面，改變其浸潤性，得到具優(yōu)良沸騰特性的超親水表面來強(qiáng)化沸騰傳熱，是將科學(xué)研究前沿技術(shù)引入工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的有益嘗試。與此同時(shí)，本發(fā)明還對直通式集熱管幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將冷凝水入口管、吸熱管和蒸汽出口管的位置做了優(yōu)化布置，在吸熱管的下半管形成冷凝水滯留區(qū)，是冷凝水在此區(qū)域進(jìn)行池沸騰，改善了集熱管整體的流動(dòng)與換熱條件，克服了現(xiàn)有的集熱裝置中的一系列缺陷。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)顯而易見。
【權(quán)利要求】
1.一種沸騰傳熱改善型直通式自然循環(huán)太陽能集熱管，其特征在于包括冷凝水入口管(I)、第一波紋管(2)、合金封接環(huán)(3)、真空玻璃管(4)、吸熱管(5)、真空抽氣口(6)、第二波紋管(7)、蒸汽出口管(8)、選擇性吸光涂層(9)、超親水改性表面涂層(10);冷凝水入口管(I)、第一波紋管(2)、吸熱管(5)、第二波紋管(7)、蒸汽出口管(8)順次焊接連接；真空玻璃管(4 )套于所述吸熱管(5 )外，真空玻璃管(4 )的兩端通過合金封接環(huán)(3 )分別與第一波紋管(2)和第二波紋管(7)封接；真空玻璃管(4)上設(shè)有真空抽氣口(6);吸熱管(5)的外表面涂有選擇性吸光涂層(9)，吸熱管(5)的下半管內(nèi)表面涂有超親水改性表面涂層(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沸騰傳熱改善型直通式自然循環(huán)太陽能集熱管，其特征在于所述的吸熱管(5)內(nèi)徑為冷凝水入口管(I)和蒸汽出口管(8)內(nèi)徑的2倍；冷凝水入口管(I)與吸熱管(5)同軸布置，蒸汽出口管(8)與吸熱管(5)截面內(nèi)切布置。
3.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的基于表面改性的結(jié)構(gòu)改善型太陽能集熱方法，其特征在于:吸熱管(5)與冷凝水入口管(I)和蒸汽出口管(8)的布置導(dǎo)致在吸熱管(5)的下半管形成冷凝水滯留區(qū)；太陽光經(jīng)聚光后透過真空玻璃管(4)，經(jīng)吸熱管(5)外表面的選擇性吸光涂層(9 )被加熱，冷凝水自冷凝水入口管(I)進(jìn)入吸熱管(5 )后在下半管區(qū)域進(jìn)行池沸騰，產(chǎn)生的蒸汽從吸熱管(5)經(jīng)蒸汽出口管(7)排出；同時(shí)，通過在吸熱管(5)下半管表面涂裝超親水表面(9)強(qiáng)化吸熱管(5)內(nèi)沸騰換熱，進(jìn)而提高集熱管換熱效率，改善管內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱特征。
【文檔編號(hào)】F24J2/24GK103940110SQ201410147151
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】華蒙, 張良, 范利武, 俞自濤, 胡亞才, 樊建人 申請人:浙江大學(xué)