[发明专利]一种金属泡沫强化传热的槽式太阳能集热管

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能槽式热发电领域，具体涉及一种在内部部分填充金属泡沫强化传热的槽式太阳能热发系统中的真空集热装置。

背景技术

目前，大规模商业化应用的槽式太阳能热发电系统以导热油或水为换热工质，将清洁无污染的太阳辐射能转换成电能，近二十年来成为国内外备受瞩目的新能源发电形式。其中，关键部件集热管的热性能对整个系统的影响很大。大量学者对槽式太阳能热发电系统的集热管的传热特性进行了研究，发现集热管本身的周向热流分布极不均，这将导致管聚光侧的热膨胀大于非聚光侧从而导致较大的热应力，并最终导致管寿命的降低。因此，对太阳能集热管热性能的优化提出了更高的要求。

在现有的管式换热器中，均采用全周布置的强化传热措施；针对真空集热管的强化传热措施也很少，一般的方法是采用毛细结构，或其他内壁面强化传热措施，在强化传热时，并未考虑太阳能集热管周向热流密度分布的特点。集热管与聚光镜之间是相对静止的，由于聚光系统对太阳的跟踪，聚光区始终固定在集热管的下侧，因此太阳能集热管表面聚光侧才是接受热量最大即热流密度最大的部分，这一侧的热流密度分布极不均匀，因此，有针对性的对其进行强化件的布置，在增加同样流动阻力的同时提高强化传热的效果。在这样的背景下，我们希望设计一种结合太阳能集热管特点，在不增加泵耗的同时，提升强化传热效果的新型太阳能集热管。

采用填充金属泡沫或其他强化传热措施的同时，总是增加了介质在管内流动的沿程阻力损失。完全填充金属泡沫可以使得强化传热效果明显提高，但极大的增加了管内流动的沿程损失，在增加相同流动阻力的情况下，针对太阳能集热管特有的热流密度分布特点，布置强化传热部件的综合效果会得到明显提升。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种针对集热管周向热流密度分布，有效降低管壁周向温差，大幅提高集热管热性能的金属泡沫强化传热的式槽式太阳能集热管。

技术方案：本发明的金属泡沫强化传热的槽式太阳能集热管，包括玻璃管、封装在所述玻璃管内部的金属管、设置于玻璃管两端的封装装置，所述封装装置包括金属-玻璃封接接头、法兰、波纹管；金属管的两端外侧与法兰连接，波纹管的两端与金属-玻璃封接接头连接，波纹管设置在法兰与金属-玻璃封接接头之间，玻璃管和金属管之间抽真空；在所述金属管内一侧填充有金属泡沫，在金属管的径向剖面上，填充有所述金属泡沫的区域是以剖面直径为对称轴的轴对称图形。

本发明中，金属管管壁外侧设置有吸气剂，用于吸附管内残留气体以保持真空。

本发明中，金属泡沫是由液态金属镍或铝与高温发泡剂混合发泡冷却后形成的高孔隙率的固态金属泡沫，其孔隙率在0.9~0.98之间。

本发明中，金属泡沫的截面高度h与金属管内径Di的比值在0.7~0.8之间。

本发明中，金属-玻璃封接接头为可将玻璃管端面高温熔封在波纹管端面的熔封接头。

本发明中，玻璃管将金属管封装在内部，通过吸气口抽出空气，由吸气剂吸附管内残留气体以保持真空；金属管与钢管之间的封接装置，由金属-玻璃封接接头，法兰，波纹管组成；金属-玻璃接头用于紧密连接金属和玻璃，波纹管具有一定的弹性，可补偿金属与玻璃在高温下不同的热膨胀，法兰将波纹管固定在金属管上。在金属管内壁单侧，填充了高孔隙率的金属泡沫。

本发明在集热管内填充的金属泡沫，是由液态金属混合高温金属发泡剂，冷却形成多孔状的固态金属泡沫，其孔隙率较高，在0.9~0.98之间，有效的降低了工作介质通过时的阻力损失。金属泡沫填充于金属管内一侧，其分布沿着通过管中心的Y轴对称，其高度h与内径Di的比值在0.6~0.8之间。由于金属泡沫直接铸造在金属管内，使得管壁与金属泡沫材料紧密的结合，有效的降低了两种材料的接触热阻，且避免了传统内壁面强化传热措施加工复杂的缺点。

有益效果：本发明集热管在金属管内一侧填充金属泡沫，针对集热管外壁的热流密度分布来布置集热管安装位置，将填充有金属泡沫的一侧设置在集热管非聚光侧，重构了管内的流场，使得热流密度较大的聚光侧的流速得到较大的提升；同时由于金属泡沫本身较强的导热性能，增强了非聚光侧流体的传热，使得两侧的流体传热均得到强化。本发明适合应用于以各种载热介质为工质，周向热流密度分布极不均匀的槽式太阳能热发电系统。

附图说明

图1为本发明的集热管结构剖面示意图；

图2为本发明的集热管X-Y轴向剖面图，其中Di是指金属管的内径，h是指管内填充的金属泡沫的高度。