[实用新型]双套螺旋夹层型集热芯管

说明书

技术领域：

本实用新型属于新能源或可再生能源领域中的太阳能光热利用技术，是真空集热管的核心部件，适用于水及蒸汽作为介质。

背景技术：

真空集热管主要用于太阳能热水器和槽式太阳能集热装置。

太阳能热水器出口介质参数(温度和压力)较低，一般采用全玻璃真空集热管，为双套管结构，内外管之间抽成真空。因内外管均采用相同的玻璃材料，避免了热胀冷缩的差胀问题。而槽式太阳能集热装置用于太阳能热发电设备，为提高热发电效率，要求介质参数非常高，所以不能采用全玻璃真空集热管，而必须采用具有金属集热芯管的真空集热管，差胀问题通过补偿件来解决。

当前槽式太阳能集热装置使用的真空集热管主要由外壳玻璃管、集热芯管、补偿件和端部密封件等组成，在外壳玻璃管与集热芯管之间抽成真空，既保持阳光穿过，又起绝热保温作用。其集热芯管一般均采用外表带有选择性涂层的简单钢管，适用介质为导热油或熔盐，用于带储热装置和二次换热的太阳能发电设备。如果直接用水及蒸汽作介质来做功发电就不理想了。因为介质在管内沿轴向流动是一维流动，且以较低的速度流动，性质是层流而不是紊流，混合性不强，介质沿管轴心温度和沿管壁面温度存在较大的温差。另外，真空集热管的上、下光照强度是不同的，上部接受太阳直射光——较弱，下部接受聚光镜的聚集光——很强。因此，采用简单钢管作为集热芯管，其换热系数和吸热的均匀性达不到要求，这样的集热芯管不适合低流速状况和水、汽两相流状态。而维持介质较低的流速可减小管壁面与介质的传热温差，提高集热管的集热效率。

以上背景技术可参考当前槽式太阳能热发电技术、槽式太阳能集热装置的结构特征以及现有真空集热管的结构特征。

发明内容：

当前槽式太阳能集热装置的真空集热管主要是要解决集热芯管对水和蒸汽直接作为载热介质以及汽、水两相流的适用性问题。

本实用新型描述的双套螺旋夹层型集热芯管，主要由外套管、内套管和螺旋筋所构成。外套管套装在内套管的外面，螺旋筋固定在外套管与内套管所构成的夹层中，形成螺旋形介质通道。螺旋筋可以是单头螺旋，也可以是多头螺旋，可独立制作，也可附着于内套管的外表面一体制作，或附着于外套管的内表面一体制作。外套管的外表面有选择性涂层，以吸收太阳能。内套管的两端部有流线型封头，在介质流过时起封堵作用并减小流动阻力。

当介质沿着螺旋形通道流动时，不仅作轴向运动，同时也作周向运动，形成二维流动。当某介质点流过集热芯管截面上部腔室时，光照强度较弱，吸收的热量较少，获得的温度较低；此介质点继续流动，到达集热芯管下部腔室时，光照强度很强，吸收的热量很多，可获得高温；这样，每个介质点都要经过集热芯管截面的上部和下部腔室(实际上是全周)若干次，吸热强弱互补，使得吸收热量非常均匀。介质的二维流动同时也增强了换热系数。此结构特点非常适合水和蒸汽以及汽、水两相流。

附图说明：

附图是双套螺旋夹层型集热芯管的结构图。图中：1-外套管，2-内套管，3-螺旋筋。

具体实施方式：

附图所示的双套螺旋夹层型集热芯管，外套管(1)套装在内套管(2)的外面，二者同轴。内套管(2)的外表带有四头螺旋筋(3)，要求具有较精确的尺寸，也即螺旋筋(3)与外套管(1)之间具有较小的间隙。螺旋筋(3)采用四头螺旋的目的是获得轴向流速与周向流速最佳的比例关系，具有最大的换热系数和最小的流动阻力。根据需要，螺旋筋(3)还可采用二头螺旋、三头螺旋或五头及以上的螺旋。外套管(1)的外表面带有选择性涂层，最大幅度地吸收光能，并减少对外辐射。为了节省材料、减轻重量、有利于真空集热管的端部密封件设置，外套管(1)在靠近两端部采用变径管，使之从较粗的管子逐步过渡到较细的接口管。内套管(2)内部是空心的，两端用流线型封头密封，目的是减轻重量、增加刚度、减小流动阻力。

集热芯管是一种压力容器，应按压力容器标准设计、制造和检验。一般采用导热性和耐热性好、强度高、价格低、加工容易的金属材料(譬如20#钢、不锈钢、耐热合金钢等)制作，可直接选用标准无缝钢管。