一種連通孔面積變化的太陽能集熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽能集熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類對(duì)能源的需求量越來越大。然而煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源儲(chǔ)備量不斷減少、日益緊缺，造成價(jià)格的不斷上漲，同時(shí)常規(guī)化石燃料造成的環(huán)境污染問題也愈加嚴(yán)重，這些都大大限制著社會(huì)的發(fā)展和人類生活質(zhì)量的提高。太陽能熱轉(zhuǎn)化是一種能量轉(zhuǎn)換效率和利用率高而且成本低廉、可在全社會(huì)廣泛推廣的太陽能利用方式。在太陽能熱利用裝置中，關(guān)鍵是要將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的器件稱為太陽能集熱器。但目前的太陽能集熱器內(nèi)部設(shè)置翅片，以增強(qiáng)換熱。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中給出了一種管板式結(jié)構(gòu)的太陽能集熱器，而且因?yàn)閮?nèi)部設(shè)置翅片，從而導(dǎo)致壓力增加，為了減少壓力，在翅片上設(shè)置連通孔，但是一般連通孔的翅片和間距都是相同的，這樣導(dǎo)致受熱強(qiáng)的位置產(chǎn)生壓力過大，連通孔不足以起到緩解壓力的作用，從而導(dǎo)致集熱器的部分因?yàn)槌袎禾蠖褂脡勖婚L(zhǎng)，因此需要克服這一情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種節(jié)能環(huán)保的太陽能集熱器，提高一種緩解集熱管內(nèi)壓力的集熱器。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種太陽能集熱器，包括集熱管、反射鏡和集熱板，相鄰的兩個(gè)集熱管之間通過集熱板連接，從而使多個(gè)集熱管和相鄰的集熱板之間形成管板結(jié)構(gòu);所述太陽能集熱器系統(tǒng)包括兩塊管板結(jié)構(gòu)，所述兩塊管板結(jié)構(gòu)之間形成一定的夾角，所述夾角方向與反射鏡的圓弧線結(jié)構(gòu)彎曲的方向相對(duì)，反射鏡的焦點(diǎn)位于管板結(jié)構(gòu)形成的夾角之間，所述的集熱管的橫截面是長(zhǎng)方形，所述的集熱板連接長(zhǎng)方形的角；
所述集熱管內(nèi)部設(shè)置內(nèi)翅片，所述內(nèi)翅片連接長(zhǎng)方形的對(duì)角，所述內(nèi)翅片將集熱管內(nèi)部分為多個(gè)小通道，在內(nèi)翅片上設(shè)置連通孔，從而使相鄰的小通道彼此連通；
其特征在于，沿著兩塊管板結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)向兩邊最低位置延伸方向上，不同集熱管的連通孔的面積越來越大。
[0006]作為優(yōu)選，沿著兩塊管板結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)向兩邊最低位置延伸方向上，不同集熱管的連通孔的面積越來越大的幅度不斷的增加。
[0007]作為優(yōu)選，最大的連通孔面積與最小的連通孔面積的比值小于1.27。
[0008]作為優(yōu)選，每個(gè)集熱管內(nèi)的連通孔數(shù)量相同。
[0009]作為優(yōu)選，所述的集熱管橫截面積是正方形，所述正方形的內(nèi)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，所述連通孔為圓，所述連通孔的半徑r，所述同一翅片上相鄰的連通孔圓心之間的距離為I，滿足如下關(guān)系:
l/L*10=a*ln(r/L*10)+b; 其中In是對(duì)數(shù)函數(shù)，a，b是參數(shù)，1.5〈a〈l.6,2.9〈b〈3.0;
0.34<1/L<0.38;
0.14<r/L<0.17;
30mm<L<120mm；
5mm<r<17mm0
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):
I)提供了一種新式結(jié)構(gòu)的太陽能集熱器，可以保證不同集熱管內(nèi)部保持基本相同的壓力，從而延長(zhǎng)集熱管整體使用壽命，而且還可以保證集熱管內(nèi)翅片的換熱面積，強(qiáng)化傳熱。
[0011]2)通過集熱管內(nèi)的通孔的面積的規(guī)律變化，達(dá)到最優(yōu)的集熱效果以及流動(dòng)阻力。
[0012]3)本發(fā)明通過多次試驗(yàn)，在保證換熱量最大以及流動(dòng)阻力滿足要求的情況下，得到一個(gè)最優(yōu)的太陽能集熱器優(yōu)化結(jié)果，并且通過試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，從而證明了結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明集熱管橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明內(nèi)翅片連通孔分布示意圖；
圖4是本發(fā)明內(nèi)翅片連通孔錯(cuò)列分布示意圖；
圖5是本發(fā)明集熱管內(nèi)正方形尺寸示意圖。
[0014]附圖標(biāo)記如下:
I反射鏡，2集熱管，3集熱板，4內(nèi)翅片，5連通孔，6小通道。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0016]圖1展示了一種太陽能集熱器，所述集熱器包括集熱管2、反射鏡I和集熱板3，相鄰的兩個(gè)集熱管2之間通過集熱板3連接，從而使多個(gè)集熱管2和相鄰的集熱板3之間形成管板結(jié)構(gòu);所述太陽能集熱器系統(tǒng)包括兩塊管板結(jié)構(gòu)，所述兩塊管板結(jié)構(gòu)之間形成一定的夾角，所述夾角方向與反射鏡的圓弧線結(jié)構(gòu)彎曲的方向相對(duì)，反射鏡I的焦點(diǎn)D位于管板結(jié)構(gòu)形成的夾角之間。
[0017]作為一個(gè)改進(jìn)，所述的集熱管2的橫截面是長(zhǎng)方形，所述的集熱板3連接長(zhǎng)方形的角。
[0018]現(xiàn)有技術(shù)一般都采用圓管結(jié)構(gòu)，但是在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)采用圓管結(jié)構(gòu)，對(duì)于兩個(gè)圓管之間距離比較近時(shí)，因?yàn)閮蓚€(gè)靠近的圓弧之間的距離很小，使得兩個(gè)圓管相鄰的部分無法充分地吸收太陽能。而本發(fā)明通過設(shè)置集熱管橫截面為方管結(jié)構(gòu)，克服了圓管結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，使得相鄰的集熱管2之間具有相對(duì)于圓管來說較多的空間，從上部照射和下部反射，使得太陽能能夠反射進(jìn)去，從而達(dá)到吸熱均勻，從其他角度反射，相對(duì)于圓管而言，也能夠達(dá)到吸收更多熱量的目的。
[0019]作為優(yōu)選，所述的集熱管2的橫截面是正方形。
[0020]傳統(tǒng)的集熱器都是將集熱管直接設(shè)置在焦點(diǎn)上，一旦位置發(fā)生偏移，則熱量就不會(huì)集熱到集熱管中，通過上述結(jié)構(gòu)，太陽光照射在反射鏡I，通過反射鏡I反射到管板結(jié)構(gòu)，將熱量集熱到管板結(jié)構(gòu)中的集熱管2中。通過這種結(jié)構(gòu)，即使因?yàn)榘惭b或者運(yùn)行問題導(dǎo)致管板結(jié)構(gòu)位置發(fā)生改變，則太陽能依然會(huì)集熱到集熱管2中，從而避免熱量損失；同時(shí)因?yàn)閭鹘y(tǒng)的集熱器都是將集熱管直接設(shè)置在焦點(diǎn)上，造成集熱管局部過熱，造成集熱管局部損失過大，壽命過短，甚至造成集熱管內(nèi)部過熱，產(chǎn)生過熱蒸汽，充滿整個(gè)集熱管，造成集熱管內(nèi)部壓力過大，損壞集熱管，而采取本申請(qǐng)的結(jié)構(gòu)，既可以將熱量充分的吸收，又可以將熱量相對(duì)的分散，避免熱量過于集中，使得整體集熱管吸熱均勻，延長(zhǎng)集熱管的使用壽命。
[0021]作為一個(gè)優(yōu)選，反射鏡I的焦點(diǎn)D位于兩塊管板結(jié)構(gòu)最低端連線的中點(diǎn)上。通過上述設(shè)置，可以保證最大程度上吸收太陽能，避免太陽能因?yàn)榻裹c(diǎn)偏移而損失，同時(shí)還能保證板狀結(jié)構(gòu)盡量可能減少遮擋的照射在反射鏡I上的陽光。通過實(shí)驗(yàn)證明，采用上述結(jié)構(gòu)，太陽能吸收的效果最好。
[0022]作為優(yōu)選，所述集熱管2內(nèi)部設(shè)置內(nèi)翅片4，所述內(nèi)翅片4連接長(zhǎng)方形的對(duì)角，如圖2所示。所述內(nèi)翅片4將集熱管2內(nèi)部分為多個(gè)小通道6，在內(nèi)翅片上設(shè)置連通孔5，從而使相鄰的小通道6彼此連通。
[0023]通過設(shè)置內(nèi)翅片4，將集熱管2內(nèi)部分為多個(gè)小通道6，進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，但是相應(yīng)的流體流動(dòng)的壓力增加。通過設(shè)置連通孔5，保證相鄰的小通道6之間的連通，從而使得壓力大的小通道內(nèi)的流體可以向鄰近的壓力小的小通道內(nèi)流動(dòng)，解決冷凝端的內(nèi)部各個(gè)小流道27壓力不均勻以及局部壓力過大的問題，從而促進(jìn)了流體在換熱通道內(nèi)的充分流動(dòng)，同時(shí)通過連通孔5的設(shè)置，也降低了集熱管內(nèi)部的壓力，提高了換熱效率，同時(shí)也提高了集熱管的使用壽命。
[0024]優(yōu)選的，沿著集熱管2內(nèi)流體的流動(dòng)方向，所述連通孔5的面積不斷的增加。
[0025]所述的連通孔5為圓形結(jié)構(gòu)，沿著集熱管2內(nèi)流體的流動(dòng)方向，所述圓形結(jié)構(gòu)的半徑不斷的增加。
[0026]因?yàn)檠刂療峁?內(nèi)流體的流動(dòng)方向，集熱管2內(nèi)的流體不斷的吸熱甚至蒸發(fā)，因此使得集熱管的壓力不斷的增加，而且因?yàn)檫B通孔5的存在，使得集熱管2內(nèi)部的壓力分配越來越均勻，因此連通孔的面積需要很大，通過設(shè)置不斷的變大，從而使得在保證熱管內(nèi)部壓力均勻和壓力的情況下，通過連通孔面積的變化來增加換熱面積，從而提高換熱效率。
[0027]優(yōu)選的，沿著集熱管2內(nèi)流體的流動(dòng)方向，所述連通孔5的面積不斷的增加的幅度不斷增加。通過如此設(shè)置，也是符合流動(dòng)壓力的變化規(guī)律，進(jìn)一步降低流動(dòng)阻力的同時(shí)，提高換熱效率。通過如此設(shè)置，通過是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可以提高9%左右的換熱效率，同時(shí)阻力基本保持不變。
[0028]優(yōu)選的，沿著集熱管2內(nèi)流體的流動(dòng)方向，連通孔5的分布數(shù)量越來越多，進(jìn)一步優(yōu)選，所述連通孔數(shù)量26不斷的增加的幅度不斷增加。
[0029]通過上述數(shù)量的分布原理與面積減少原理相同，與連通孔數(shù)量完全相同相比，通過數(shù)量分布來減少流通面積。
[0030]在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，連通孔5的面積不能過小，過小的話會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)阻力的增加，從而導(dǎo)致?lián)Q熱的減弱，連通孔5的面積不能過大，面積過大，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱面積的減少，從而降低換熱效果。同樣，集熱管2的橫截面積不能過大，過大導(dǎo)致管板結(jié)構(gòu)單位長(zhǎng)度上分布的換熱管過少，同樣導(dǎo)致?lián)Q熱效果變差，集熱管流動(dòng)面積也不能過小，過小會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)阻力增加，從而導(dǎo)致?lián)Q熱效果變差。因此連通孔5與集熱管橫截面面積及其相鄰連通孔5之間的距離必須滿足一定要求。
[0031]因此，本發(fā)明是通過多個(gè)不同尺寸的集熱器的上千次數(shù)值模擬以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在滿足工業(yè)要求承壓情況下(1MPa以下)，在實(shí)現(xiàn)最大換熱量的情況下，總結(jié)出的最佳的集熱器的尺寸優(yōu)化關(guān)系。
[0032]本發(fā)明是集熱器管2橫截面是正方形下進(jìn)行的尺寸優(yōu)化。
[0033]所述正方形的內(nèi)邊長(zhǎng)(即正方形的外邊長(zhǎng)減去壁厚)為L(zhǎng)，所述連通孔的半徑r，所述同一翅片上相鄰的連通孔之間的距離為1，滿足如下關(guān)系:
l/L*10=a*ln(r/L*10)+b;
其中In是對(duì)數(shù)函數(shù)，a，b是參數(shù)，1.5〈a〈l.6,2.9〈b〈3.0;
0.34<1/L<0.38;
0.14<r/L<0.17;
30mm〈L〈120mm;
5mm<r<17mm0
[0034]其中，I等于相鄰連通孔5圓心之間的距離。如圖3、4所示的左右相鄰和上下相鄰的連通孔圓心之間的距離。
[0035]進(jìn)一步優(yōu)選，15mm〈l〈45mm。
[0036]優(yōu)選的，隨著r/L的增加，所述的a,b增加。
[0037]作為優(yōu)選，&=1.57々=2.93。
[0038]作為優(yōu)選，同一個(gè)集熱管的I和r選擇平均I和r。
[0039]作為優(yōu)選，如圖3、4所示，每個(gè)內(nèi)翅片上設(shè)置多排連通孔5，如圖4所示，所述多個(gè)連通孔5為錯(cuò)排結(jié)構(gòu)。通過錯(cuò)排接構(gòu)，可以進(jìn)一步提高換熱，降低壓力。
[0040]作為優(yōu)選，不同集熱管2內(nèi)翅片4中的連通孔5的直徑不相同。沿著兩塊管板結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)(即最高位置)向兩邊最低位置(即圖2集熱管A向B、C方向)延伸方向上，不同