一种圆周阵列式径向弯曲蛇形管太阳能吸热器制造技术

本发明专利技术公开了一种圆周阵列式径向弯曲蛇形管太阳能吸热器，由若干个流动回路以并联方式组成；单个流动回路呈圆弧状，将若干个流动回路沿周向拼接成圆柱状吸热器；每个流动回路均包括N个吸热管排和N

【技术实现步骤摘要】
一种圆周阵列式径向弯曲蛇形管太阳能吸热器


[0001]本专利技术属于太阳能热发电领域，具体是一种圆周阵列式径向弯曲蛇形管太阳能吸热器。

技术介绍

[0002]吸热器是太阳能热发电系统中实现光热转换的核心部件，其安全高效运行对于整个太阳能系统的可靠性和经济性是至关重要的。太阳光通过定日镜场聚集到吸热器外侧，形成高密度非均匀的太阳能流。太阳能流经吸热器吸收传递给吸热器内部循环流动的吸热介质，自此完成了光热转换过程。
[0003]传统管式太阳能吸热器是应用最为广泛的吸热器形式之一，其以直圆管作为基本换热单元。其工作过程面临着高密度、非均匀的能流环境以及内部流体换热不均匀不充分的问题。以上问题会使造成了吸热管内存在较大温度梯度或温度峰值，这是吸热器发生应力集中或应力失效的主要原因之一。强化吸热管换热，降低吸热器内的温度峰值或温度梯度，是缓解吸热器应力失效的有效手段之一。
[0004]常见的强化吸热管换热的手段有：添加内部翅片和轧制槽道、改变流道形状等。其中，添加内部翅片和轧制槽道的方式可以使管道内部形成突出，以达到破坏流动边界层并达到强化对流换热效果的目的。但是添加内部翅片或轧制槽道会增大管道的制造难度，且不便于清洗。相比之下，改变流道形状制作难度较小，还可以增加吸热管换热面积、增强流体扰动。常见改变流道形状的方式有螺旋扭转扁管、螺旋盘管以及蛇形管。螺旋扭转扁管虽然增加了换热面积及流体扰动，但相较于传统直圆管结构更加复杂、制造成本更高，并且其仅在高普朗特数和低雷诺数情况下表现出良好的换热性能。专利CN211451416U基于螺旋盘管设计了一种太阳能塔式螺旋吸热器，该吸热器以螺旋盘管作为吸热单元，利用螺旋盘管的曲率作用强化管内工质的换热性能，以达到提高吸热器换热效果的目的。然而，较大的曲率半径对强化流体换热的作用有限，且螺旋盘管结构限制较大，适用于小型吸热器，难以胜任大型吸热器的构建。相对的，蛇形管结构灵活，更能够满足塔式电站对于大型吸热器的需求。
[0005]因此，需要设计一种以蛇形管作为基本吸热单元的新型太阳能吸热器，以相对较低的制造要求及相对简单的结构达到强化流体换热的目的。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种圆周阵列式径向弯曲蛇形管太阳能吸热器。
[0007]本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种圆周阵列式径向弯曲蛇形管太阳能吸热器，其特征在于，该吸热器由若干个流动回路以并联方式组成；单个流动回路呈圆弧状，将若干个流动回路沿周向拼接成圆柱状吸热器；
[0008]每个流动回路均包括N个吸热管排和N
‑
1个连接管道；吸热管排之间通过连接管道
依次首尾相接，形成串联式连通结构；每个流动回路的第一个吸热管排的始端为流动回路入口，最后一个吸热管排的末端为流动回路出口；
[0009]每个吸热管排均包括上端集箱、歧管、下端集箱、蛇形管、上端汇管和下端汇管；
[0010]上端集箱的一端设置有上端汇管，另一端通过K条歧管与K条蛇形管的一端连接；K条蛇形管的另一端通过K条歧管与下端集箱的一端连接；下端集箱的另一端设置有下端汇管；上端汇管和下端汇管均与连接管道连通；蛇形管沿吸热器的周向均布于上端集箱和下端集箱之间，形成圆弧状结构；每个蛇形管的波峰和波谷均指向吸热器的旋转轴。
[0011]与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：
[0012](1)本专利技术设计了一种全新的圆周阵列布置的沿吸热器径向弯曲的正弦蛇形吸热管(简称蛇形管)作为吸热单元的太阳能管式吸热器。蛇形管中心线是正弦曲线，由于正弦管道中循环存在波峰和波谷两种波形结构，当流体通过蛇形管时会受到波形结构的影响，产生二次流动，进而增强流体的扰动，加强流体湍流程度，破坏热边界层，形成较大的温度梯度，进而达到更加优秀的换热效果，从而提高吸热管出口平均温度，增强吸热器整体的吸热效率。
[0013](2)本专利技术蛇形管的位置不在同一个平面，而是圆周排列，吸热管排串联形成流动回路，流动回路并联组成一个完整的圆柱吸热器结构，对于同一太阳能吸热塔，圆弧形吸热管排结构相较于平面布置可以产生更大的周向换热面积，使较为集中的太阳能流分布更加均匀。
[0014](3)本专利技术的每个蛇形管的波峰和波谷均指向吸热器的旋转轴(即蛇形管中心线与吸热器的旋转轴处于同一竖直面)，这种布置可以使蛇形管吸热器比传统直管吸热器在高度方向产生更大的换热面积。
[0015](4)本专利技术的吸热器可以根据实际工程工况合理选择结构参数、吸热管排数量、单个吸热管排所包含的蛇形管数量，在尽量强化传热的同时合理的控制整体吸热器的结构，且相较于传统的直管式吸热器，并无显著困难的加工工艺。
[0016](5)以本专利技术吸热器应用于以超临界CO2为传热工质的换热中，保证了传热工质的流动阻力和压力损失，显著的提升了换热效果。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的吸热器的整体结构立体示意图；
[0018]图2为本专利技术的吸热管排的主视示意图；
[0019]图3为本专利技术的图2中的管排沿D
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D方向的断面图；
[0020]图4为本专利技术的蛇形管的左视示意图；
[0021]图5为本专利技术的图4中的蛇形管沿A
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A、B
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B和C
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C方向的断面图；
[0022]图6为本专利技术实施例2的蛇形管和直管在相同边界条件下的出口截面的平均温度随外部热流密度变化的点线图；
[0023]图7为本专利技术实施例2的蛇形管和直管在相同边界条件下出口截面的最高温度和最低温度随外部热流密度变化的点线图；
[0024]图8为本专利技术实施例2的蛇形管和直管在相同边界条件下出口截面温差随外部热流密度变化的点线图。
[0025]图中，吸热管排1、连接管道2、流动回路入口3、流动回路出口4；上端集箱11、歧管12、下端集箱13、蛇形管14、上端汇管15、下端汇管16；蛇形管中心线21。
具体实施方式
[0026]下面给出本专利技术的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本专利技术，不限制本专利技术权利要求的保护范围。
[0027]本专利技术提供了一种圆周阵列式径向弯曲蛇形管太阳能吸热器(简称吸热器)，其特征在于，该吸热器由若干个流动回路以并联方式组成；单个流动回路呈圆弧状，将若干个流动回路沿周向拼接成圆柱状，形成吸热器；工作时，以吸热器的旋转轴为中心轴进行旋转；
[0028]每个流动回路均包括N个吸热管排1和N
‑
1个连接管道2；吸热管排1之间通过连接管道2依次首尾相接，形成串联式连通结构；每个流动回路的第一个吸热管排1的始端为流动回路入口3，最后一个吸热管排1的末端为流动回路出口4；吸热管排1的数量N根据传热流体出口温度的设计需要确定，本实施例中传热流体的出口温度(即流动回路出口4处的温度)为400～800℃；
[0029]每个吸热管排1均包括上端集箱11、歧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆周阵列式径向弯曲蛇形管太阳能吸热器，其特征在于，该吸热器由若干个流动回路以并联方式组成；单个流动回路呈圆弧状，将若干个流动回路沿周向拼接成圆柱状吸热器；每个流动回路均包括N个吸热管排和N
‑
1个连接管道；吸热管排之间通过连接管道依次首尾相接，形成串联式连通结构；每个流动回路的第一个吸热管排的始端为流动回路入口，最后一个吸热管排的末端为流动回路出口；每个吸热管排均包括上端集箱、歧管、下端集箱、蛇形管、上端汇管和下端汇管；上端集箱的一端设置有上端汇管，另一端通过K条歧管与K条蛇形管的一端连接；K条蛇形管的另一端通过K条歧管与下端集箱的一端连接；下端集箱的另一端设置有下端汇管；上端汇管和下端汇管均与连接管道连通；蛇形管沿吸热器的周向均布于上端集箱和下端集箱之间，形成圆弧状结构；每个蛇形管的波峰和波谷均指向吸热器的旋转轴。2.根据权利要求1所述的圆周阵列式径向弯曲蛇形管太阳能吸热器，其特征在于，吸热管排的数量N根据传热流体出口温度的设计需要确定，流动回路出口处的温度为400～800℃。3.根据权利要求1所述的圆周阵列式径向弯曲蛇形管太阳能吸热器，其特征在于，相邻歧管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坤，张翔，张展鹏，闵春华，饶中浩，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：