[发明专利]基于传热改性表面的自然循环太阳能回路型集热管及方法有效

专利信息
申请号: 201410147144.X 申请日: 2014-04-14
公开(公告)号: CN103940126A 公开(公告)日: 2014-07-23
发明(设计)人: 华蒙;张良;范利武;俞自涛;胡亚才;樊建人 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: F24J2/46 分类号: F24J2/46;F24J2/50;F24J2/05
代理公司: 杭州求是专利事务所有限公司 33200 代理人: 张法高
地址: 310027 浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 基于 传热 改性 表面 自然 循环 太阳能 回路 热管 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种基于传热改性表面的自然循环太阳能回路型集热管及方法,属于太阳能热利用技术领域。

背景技术

太阳能热发电技术已成为当前太阳能高效利用的主要发展方向之一。作为当前技术最成熟、商业化程度最高的槽式太阳能热发电技术,我国目前也在逐步开展槽式太阳能热发电商业化示范项目建设。目前槽式太阳能系统采用的集热管主要为直通式集热管,其优点在于通过串联连接可获得高温蒸汽,但也存在两端温差过大,金属管应力过高,金属与玻璃管之间焊接工艺受限等问题。中国专利 ZL 200820168123.6 提出了一种同轴套管式U型集热管,提供了一种成品率高、结构简单、造价便宜 、便于大面积推广的中高温集热管。但该集热管在使用过程中出现了蒸汽出口温度偏低、集热管对流散热损失过大等问题。中国专利ZL20110318417.9为了克服上述使用过程出现的问题,通过在套管内管入口处安装热阻内嵌管,减少出口蒸汽和入口冷凝水之间的对流换热,从而改善传热,保证和提高了出口蒸汽的品质。但其缺点在于使得集热管结构更加复杂,系统可靠性降低。因此,该种类型集热管在改善性能等方面还有进一步优化的空间。

另一方面,通过微-纳表面改性技术强化传热作为一个崭新的研究领域,已得到世界范围的广泛重视,一批开创性的研究工作已经证明表面改性是一种极具前景的强化传热手段。随着研究的深入,表面浸润性对气泡动力学过程及传热的影响被逐渐重视。通常认为,亲水表面可以改善壁面液体传输特性更有利于提高临界热流密度,而根据异相成核理论疏水表面可以有效降低气泡成核所需能量势垒从而使沸腾提前。大量的实验也已经证实,通过改变表面的微-纳结构,带来表面形貌及化学性质的改变来引起表面浸润性的变化是可行的。目前,对微-纳改性表面的研究还停留在实验研究范围,而将这种新兴技术付诸于工业应用还鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于克服槽式太阳能集热技术的不足,提出一种基于传热改性表面的自然循环太阳能回路型集热管及方法。

为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

基于传热改性表面的自然循环太阳能回路型集热管包括入口法兰、套管式连接管、蒸汽出口管、改性表面内套管、单口集热管;单口集热管包括封头、波纹管、吸热管、真空玻璃管、真空抽气口、支撑构件、选择性吸光涂层、第一超亲水涂层;改性表面内套管包括导热管、超疏水涂层、第二超亲水涂层;集热管入口法兰与改性表面内套管焊接连接;改性表面内套管经套管连接管与单口集热管同轴布置;套管连接管上端开口与蒸汽出口管焊接连接;套管连接管的两端分别与改性表面内套管的入口和单口集热管开口端焊接连接;吸热管与真空玻璃管开口端通过波纹管和封头封接;吸热管与真空玻璃管闭口端之间设有支撑构件;真空玻璃管上设有真空抽气口;吸热管外表面涂有选择性吸光涂层,内表面涂有第一超亲水涂层;导热管内表面沿轴向依次涂有超疏水涂层和第二超亲水涂层。

所述的改性表面内套管中的超疏水表面涂层区域长度为总长的1/3,改性表面内套管中的第二超亲水涂层区域的长度为总长的2/3。

基于传热改性表面的自然循环太阳能回路型集热管的集热方法是:冷凝水经入口法兰流入改性表面内套管经加热产生蒸汽从单口集热管反向流入套管式连接管经蒸汽出口管流出;吸热管经选择性吸光涂层吸收透过真空玻璃管的的太阳光加热;吸热管通过内表面的第一超亲水涂层加热提高管内蒸汽干度;改性表面内套管通过单口集热管内的蒸汽进行加热;改性表面内套管通过第二超疏水涂层弱化管内前端沸腾换热系数提高热阻来提升出口蒸汽的干度;改性表面内套管通过第二超亲水涂层强化管内后端的沸腾换热系数提升集热管换热效率。

本发明通过吸热管内表面的超亲水涂层和改性表面内套管超疏水涂层提高管内出口蒸汽干度,通过改性表面内套管超亲水涂层二强化管内后端的沸腾换热系数提升集热管换热效率。

附图说明

图1是基于传热改性表面的自然循环太阳能回路型集热管结构示意图;

图2-a是本发明的单口集热管结构示意图;

图2-b是本发明的单口集热管的A-A截面图;

图3是本发明的改性表面内套管内表面超疏水表面与超亲水表面具体布置图。

图中:入口法兰1、套管式连接管2、蒸汽出口管3、改性表面内套管4、单口集热管5、封头6、波纹管7、吸热管8、真空玻璃管9、真空抽气口10、支撑构件11、选择性吸光涂层12、第一超亲水涂层13、导热管14、超疏水涂层15、第二超亲水涂层16。

 

具体实施方式

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