一种接近逆流换热效果的太阳能真空集热管及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种接近逆流换热效果的太阳能真空集热管及其系统，包括外管和内管，所述外管内套设有内管，外管和内管之间形成真空腔，所述内管内设有换热管，所述内管与换热管之间填充相变材料；所述换热管包括进口集管、出口集管和与进口集管和出口集管相连通的管子，所述的进口集管在内管的内侧，出口集管在内管的外侧。本发明专利技术提供一种相变蓄热式太阳能真空集热管，将入口集管设置在内部，出口集管设置在外部，使得热交换的形式形成类似换热效果最好的逆流换热的形式，从而达到最佳的换热效果。

Solar vacuum heat collecting tube and system close to counter current heat exchange effect

The invention provides a close countercurrent heat transfer solar vacuum tube and its system, including the outer tube and the inner tube, the outer tube is sheathed in the inner tube and the outer tube and the inner tube is formed between the vacuum chamber, the inner tube is provided with a heat exchange tube, pipe and heat exchange tubes with phase change material the inner; the heat exchange tube comprises inlet header pipe and set, export and import and export pipe pipe connecting pipe, the inner pipe imports in the inner tube, outer tube, tube exit. The present invention provides a phase change type solar vacuum tube, the tube entrance set is arranged in the interior of the outlet header is arranged outside the heat exchange form, which is similar to the effect of heat transfer best counterflow heat exchanger form, so as to achieve the best heat exchange effect.

【技术实现步骤摘要】
一种接近逆流换热效果的太阳能真空集热管及系统
本专利技术属于太阳能集热管
，尤其涉及一种接近逆流换热效果的太阳能真空集热管及系统。
技术介绍
太阳能作为最清洁的能源之一，在环境污染严重的今天得到了越来越广泛的关注和应用。然而由于季节、昼夜等自然条件的限制以及阴晴雨雪等随机天气因素的影响，太阳辐照度呈现分散性和间歇性，给大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续稳定的能源，就需要将晴朗日间的太阳辐射储存起来，以供夜间及阴雨天使用。相变蓄热材料利用物质在相变过程中产生的相变热来进行热量的储存和利用，具有蓄热密度高、蓄放热过程近似等温等优点，可以很好的应用于太阳能储存。可查的文献表明，国内外已经有很多专家学者尝试相变蓄热式太阳能集热器的研制。如太阳能相变蓄热集热管(申请号：200820150741.8)披露了相变蓄热材料封装于密封容器中，密封容器置于太阳能集热管中，在太阳能集热管与密封容器之间填充传热介质。这项技术的缺点为球形密封容器在传热介质中随机性较高，难以保证集热管的温度和流量稳定，而且复杂的结构增加了制作成本，降低了使用寿命。相变储能型太阳能真空集热管(申请号：201410024269.3)披露了金属翅片成层状设置在内壁内并划分为多个换热空间，在每个换热空间内填充相变材料，U型水管通过换热空间进行换热。这项技术的缺点为当相变材料过热时，集热管内高压力难以释放，造成安全隐患。相变蓄热式太阳能真空集热管及其组成的太阳能热水器(申请号：201510321109.X)披露了金属内管内填充有相变蓄热材料，相变蓄热材料内埋有U型换热管，U型换热管的进口端和出口端均伸出金属内管的开口端并穿过密封盖固定。这项技术的缺点是单纯的U型换热管与相变材料间换热面积较小，换热效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种接近逆流换热效果的太阳能真空集热管，有效解决太阳能利用分散性、间接性问题，提高相变材料导热系数，提高换热效率，安全稳定，使用寿命长等优点。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种接近逆流换热效果的太阳能真空集热管，包括外管和内管，所述外管内套设有内管，外管和内管之间形成真空腔，所述内管内设有换热管，所述内管与换热管之间填充相变材料；其特征在于，所述换热管包括进口集管、出口集管和与进口集管和出口集管相连通的管子，所述的进口集管在内管的内侧，出口集管在内管的外侧。作为优选，所述管子是浮动盘管，浮动盘管为一个或者多个，每个浮动盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束的端部通过集箱连通，使得管束的端部形成管束自由端，所述多根圆弧形的管束形成串联结构。作为优选，所述同心圆是以内管的中心线为圆心的圆。作为优选，距离圆心越远，所述的管束之间的间距越小。作为优选，距离圆心越远，所述的管束之间的间距越小的幅度不断的增加。作为优选，从同心圆的圆心向外，至少设置三根管束，其中连通第n根和n+1根之间的集箱和连通第n+1根和第n+2根之间的集箱位于不同端，其中n>＝1。作为优选，所述进口集管和出口集管位于第一端，所述的连通第1根和2根之间的集箱位于第一端相对的第二端。作为优选，所述外管的第一端设有真空抽气口，所述外管和内管之间设有吸气剂，所述吸气剂与真空抽气口相对应；所述真空抽气口呈尖嘴状。作为优选，所述内管的第一端外侧设有支撑件，所述吸气剂设置于支撑件上；所述支撑件呈S形或U型或W形。作为优选，所述相变材料为由石蜡和纳米铝粉混合物制成。作为优选，所述混合物中纳米铝粉的质量分数为0.3～0.6％。作为优选，设进口集管和出口集管的内径为R，距离圆心最近的圆弧的半径为r1，换热器内管的内径为r2，管束的内径为c，管间距为d，满足如下关系：(r2-r1)/d＝(R/c)a；其中a是系数，满足如下条件：1.2<＝R/c<＝1.5，3.42<＝a<＝7.60；1.5<R/c<＝1.8，2.36<＝a<3.42；1.8<R/c<＝2.1，1.87<＝a<2.36。30mm<r1<40mm；70mm<r2<80mm；100mm<r3<110mm；5mm<R<15mm。作为优选，随着R/c的增加，a的数值不断的减小。一种真空集热系统，包括前面所述的真空集热管。与现有技术相比较，本专利技术具有如下的优点：1、通过如此设置能够使得集热管的换热效率达到最大。因为管束内流动的是冷流体，内管4和外管6之间的蓄热材料的温度是从外向内温度越来越低。因为外部的蓄热材料(即靠近内管外壁)首先被太阳能加热，因此温度最高，而内部的蓄热材料因为吸收太阳能少，因此温度最低。将入口集管31设置在内部，出口集管32设置在外部，使得热交换的形式形成类似换热效果最好的逆流换热的形式，从而达到最佳的换热效果。2、首次采用弹性管束结构作为集热管，并将弹性管束和相变材料结合在一起，弹性管束对相变材料有很好的响应，可以产生较大的扰动，提高换热效率，激发多阶频率的振动，能量分布较均匀。3、通过理论分析、数值模拟和实验研究的方式，对弹性管束的结构尺寸进行了优化，使得弹性管束的结构达到最大的震动效果，从而进一步扰动相变材料，提高换热效果。4、在真空管与集热管间填充相变材料，将晴朗日间的太阳辐射储存起来，以供夜间及阴雨天使用，有效解决了太阳能利用分散性、间接性的问题。5、采用石蜡与纳米铝粉混合物作为相变材料，在基本保持石蜡原本的相变潜热及相变温度的同时，提高导热系数30％以上。附图说明图1为本专利技术太阳能真空集热管的结构图；图2为图1中A-A截面的剖视图；图3是图2中的结构尺寸示意图。附图标记如下：1-抽气口、2-吸气剂、3-弹性管束、4-金属内管、5-选择性吸收涂层、6-玻璃外管、7-相变材料、8-可伐合金、9-波纹管、10-吸气膜、11-支撑件、31-进口集管、32-出口集管、33-管束、34-集箱具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。如图1所示的一种接近逆流换热效果的太阳能真空集热管，包括外管6和内管4，所述外管6内套设有内管4，外管6和内管4之间形成真空腔，所述内管4内设有换热管，所述内管4与换热管之间填充相变材料；所述换热管为换热盘管3，所述换热盘管为弹性管束盘管3。本专利技术创造性的将弹性管束3应用到太阳能集热器中，通过设置弹性管束，使得流体在弹性管束内加热流动的时候，对弹性管束进行冲击，从而诱导弹性管束震动，达到强化传热的效果，同时还能防止弹性管束的结垢。在外部的相变材料，在吸热中也不断的融化，慢慢的在加热管内也会形成流动，同时结合管束的震动，加快了相变材料的流动，进一步强化了对太阳能热量的吸收。进一步优选，所述的内管4是金属内管，所述的外管6是玻璃外管。进一步优选，所述的换热盘管3的结构如图2所示，所述换热盘管3包括进口集管31、出口集管32和浮动盘管33，浮动盘管33与进口集管31和出口集管32相连通；浮动盘管31为一个或者多个，每个浮动盘管31包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接近逆流换热效果的太阳能真空集热管，包括外管和内管，所述外管内套设有内管，外管和内管之间形成真空腔，所述内管内设有换热管，所述内管与换热管之间填充相变材料；其特征在于，所述换热管包括进口集管、出口集管和与进口集管和出口集管相连通的管子，所述的进口集管在内管的内侧，出口集管在内管的外侧。

【技术特征摘要】
1.一种接近逆流换热效果的太阳能真空集热管，包括外管和内管，所述外管内套设有内管，外管和内管之间形成真空腔，所述内管内设有换热管，所述内管与换热管之间填充相变材料；其特征在于，所述换热管包括进口集管、出口集管和与进口集管和出口集管相连通的管子，所述的进口集管在内管的内侧，出口集管在内管的外侧。2.如权利要求1所述的太阳能真空集热管，其特征在于，所述管子是浮动盘管，浮动盘管为一个或者多个，每个浮动盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束的端部通过集箱连通，使得管束的端部形成管束自由端，所述多根圆弧形的管束形成串联结构。3.如权利要求1所述的太阳能真空集热管，其特征在于，所述同心圆是以内管的中心线为圆心的圆。4.如权利要求3所述的太阳能真空集热管，其特征在于，距离圆心越远，所述的管束之间的间距越小。5.如权利要求4所述的太阳能真空集热管，其特征在于，距离圆心越远，所述的管束之间的间距越小的幅度不断的增加。6.如权利要求2所述的太阳能真空集热管，其特征在于，从同心圆的圆心向外，至少设置三根管束，其中连通第n根和n+1根之间的集箱和连通第n+1根和第n+2根之间的集箱位于不同端，其中n>...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈岩，杨天润，孙锲，王长江，李海龙，罗峰，尹弘毅，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37