一种具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管及吸热器的制作方法

1.本实用新型属于换热技术领域，具体而言，涉及一种具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管及吸热器。


背景技术：

2.塔式太阳能光热电站的吸热器是电站的重要设备之一，它将定日镜所捕捉、反射、聚焦的太阳能直接转化为可以高效利用的高温热能，为发电机组提供所需的热源或动力源，从而实现太阳能热发电的过程。
3.塔式太阳能光热电站的吸热器为多列竖直吸热管以垂直于地面方式紧密分布于吸热器表面，传热介质流经吸热管内部，通过对流传热吸收热量。塔式太阳能吸热器的吸热管一般选用多根直管段竖直平行排列，通过直管段表面接受太阳光的辐射，并把热量传递给管内流动的吸热工质，吸热管两端通过膨胀弯头连接至回流集箱，实现工质的连续流动。目前的吸热管一般选用中空的耐热合金光管。
4.如图1、图2所示，塔式太阳能光热吸热器由多个管屏模块a拼装组成，每个管屏模块a包括上集箱b、下集箱c、受热管组d、固定管夹、支撑装置和刚性框架。其中，受热管组d由多列吸热管e以垂直于地面方式紧密分布排列，吸热管e为直管，传热介质流经吸热管e内部，通过对流传热吸收热量。每个吸热管e的两端分别通过焊接的方式与膨胀弯头f固定连接，多个焊接后的吸热管e和膨胀弯头f按照设计需求紧密排列，上集箱b和下集箱c分别与焊接后的受热管组d两端的膨胀弯头f连通固定。
5.吸热器外侧是用于吸收太阳能辐射能量的吸热面，内侧是和保温绝热材料接触的绝热面，目前塔式太阳能吸热器传热工质一般为熔盐。由于吸热管单侧接受太阳辐射的照射，造成吸热器运行过程中，吸热管管壁金属在横截面上形成较大的温度梯度，以及吸热管内工质的温度沿着吸热面向绝热面逐渐降低。这种温度的不均匀性分布，在吸热器低负荷工况下降低工质流速时更为明显。由于工质的温度不均匀性分布，靠近吸热管绝热面的工质不能被充分的加热，降低了吸热器的整体传热系数；吸热管管壁金属温度梯度的存在，造成吸热管向单侧弯曲变形，增大与相邻吸热管之间的间隙，增加漏光率，增加吸热管温差弯曲应力。


技术实现要素：

6.本实用新型针对现有技术缺陷，提出一种具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管及吸热器，塔式太阳能吸热管内扭转结构带增强吸热管内部吸热工质的横向扰动，降低由于吸热管单侧接受太阳辐射而造成的吸热工质在吸热管横截面上的温度不均，提高吸热管的总体吸热能力；同时，吸热管内吸热工质的温度均匀性提高，带动吸热管管体的横截面上金属温度梯度降低，吸热管温差应力和变形的降低，提高了吸热器的运行安全性，减少漏光率。
7.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案提供了一种具有强化传热构件的塔
式太阳能吸热管，所述塔式太阳能吸热管包括吸热管管体和强化传热构件，所述强化传热构件设置在所述吸热管管体内部与所述吸热管管体同轴，所述强化传热构件包括带状结构；
8.所述带状结构在其延伸方向上绕所述塔式太阳能吸热管轴向发生扭转。
9.进一步地，所述带状结构的宽度与所述塔式太阳能吸热管的内径相匹配，所述带状结构的长度与所述塔式太阳能吸热管的高度相匹配。
10.进一步地，所述吸热管管体的两端管口与吸热器的膨胀弯头连接；
11.所述强化传热构件采用金属带，所述金属带的两端与所述吸热管管体的内壁固定连接。
12.进一步地，所述金属带的厚度为0.6mm-1mm。
13.进一步地，所述金属带的扭转节距为所述吸热管管体内径的3-5倍。
14.进一步地，所述吸热管管体具有直管结构。
15.进一步地，所述金属带采用耐高温工质的抗氧化和腐蚀材料。
16.一种吸热器，所述吸热器由多个管屏模块拼装组成，每个所述管屏模块包括上集箱、下集箱、受热管组、膨胀弯头和刚性框架；
17.所述受热管组由多列吸热管并排排列，所述吸热管采用上述任意一项所述的具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管；
18.每个所述吸热管的两端分别与膨胀弯头固定连接，多个焊接后的所述吸热管和所述膨胀弯头按照预设的排列方式紧密布置，所述上集箱和下集箱分别与焊接后的所述受热管组两端的所述膨胀弯头连通固定，装配后的所述上集箱、所述下集箱、所述受热管和所述膨胀弯头固定安装在所述刚性框架上。
19.需要说明的是，本专利中所提到的带状结构的宽度和高度与所述吸热管的匹配指的是二者带状结构适于容纳在塔式太阳能吸热管内部。
20.本实用新型的有益效果是：
21.本实用新型的吸热管内部具有强化传热构件，该强化传热构件为扭转形结构带，其宽度高度分别与吸热管的内径和高度相匹配，当吸热工质以相同速度流过加装了内部强化传热构件的吸热管时，对比于中空的光管，由于吸热工质被强化传热构件增加了横向扰动，传热工质在吸热管横截面上温度的不均匀分布大为降低，能够使吸热器在吸热面的传热系数提高12.2％-14.6％，使吸热器的总体吸热能力显著提高，为承载更高热流密度及更高吸热容量的吸热器提供了设计空间。吸热管内吸热工质的温度均匀性提高，带动了吸热管横截面上金属温度梯度的降低，降低温差应力的同时，吸热管表观最大变形量从4.5mm降低为2.8mm，减少漏光率并提高了吸热器的运行安全性。
附图说明
22.图1是现有技术的应用场景中吸热器的立体结构图一；
23.图2是现有技术的应用场景中吸热器的立体结构图二；
24.图3是本实用新型的塔式太阳能吸热管的整体结构示意图；
25.图4是本实用新型的塔式太阳能吸热管单侧接收太阳辐射示意图。
26.其中，a-管屏模块；b-上集箱；c-下集箱；d-受热管组；e-吸热管；f-膨胀弯头；1-吸
热管管体；2-金属带。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.如图3所示，本实施例提供了一种具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管，该吸热管包括吸热管管体1和金属带2。
29.吸热管管体1为直管结构；金属带2的两端与吸热管管体1的内壁采用焊接的方式固定。吸热管管体1的单侧受太阳光的辐射，金属带2用于导向传递吸热管管体1内部的吸热工质，增加吸热管管体1内部吸热工质的横向扰动，提高传热工质在吸热管管体1的横截面上温度的均匀分布。
30.金属带2为扭转带状结构，该扭转带状结构的厚度为0.6mm-1mm，扭转带状结构的宽度与吸热管管体1的内径相匹配，其宽度略小于吸热管管体1的内径；扭转节距为吸热管管体1的内径的3-5倍，金属带2采用耐高温工质的抗氧化和腐蚀材料，金属带2的长度与吸热管管体1的高度相匹配，其长度小于或等于吸热管管体1的高度。
31.在本实施例中，金属带2的材料采用s31609或s34779，在其他实施例中，金属带2的材料能够采用如s30409、s32169、ns336和其他耐高温工质的抗氧化和腐蚀材料。
32.本实用新型提供了一种吸热器，该吸热器是由多个管屏模块拼装组成，每个管屏模块包括上集箱、下集箱、受热管组、膨胀弯头和刚性框架。其中，受热管组由多列吸热管以垂直于地面方式紧密分布排列，吸热管为直管，传热介质流经吸热管内部，通过对流传热吸收热量。每个吸热管的两端分别通过焊接的方式与膨胀弯头固定连接，多个焊接后的吸热管和膨胀弯头按照设计需求紧密排列，上集箱和下集箱分别与焊接后的受热管组两端的膨胀弯头连通固定，装配后的上集箱、下集箱、受热管和膨胀弯头固定安装在刚性框架上。
33.本实施例中的吸热器的吸热管为上述的具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管，吸热管管体1的两端管口与膨胀弯头焊接连通。
34.如图4所示，水平箭头表示太阳能辐射在吸热管的单侧，该面为吸收太阳能辐射能量的吸热面，与吸热面相背的另一侧为具有保温绝热材料的绝热面；竖直箭头表示吸热工质的传导方向，吸热管内部具有吸热工质。
35.在本实施例中吸热工质采用熔盐。
36.在一种实施例中，吸热管管体1的内径为29.5mm，吸热管管体1采用ns336材质；金属带2采用s31609材质，金属带2为扭转形带状结构、且通过端部点焊方式固定安装在吸热管管体1的内壁。
37.金属带2的厚度为0.8mm，宽度为28mm，金属带2的扭转节距为吸热管内直径的4倍，扭转节距为120mm。
38.金属带2的尺寸能够使金属带2安装于吸热管管体1内部，而不影响吸热工质的流动阻力，同时，熔盐在吸热管管体1内流动时，受到金属带2的阻挡被迫增加横向流动，使熔盐交替流经吸热管管体1的吸热面和绝热面，使得吸热管管体1的内部整体横截面内吸热工
质的温度均匀性提高，吸热工质的吸热能力得到充分利用，提高吸热器的总体吸热量。该实施例的吸热器的传热系数提高12.2％-14.6％，吸热管表观最大变形量从4.5mm降低为2.8mm。
39.在另一种实施例中，吸热管管体1的内径为18.5mm，吸热管管体1采用ns336材质；金属带2为扭转形带状结构，采用s34779材质，金属带2通过端部点焊方式固定安装在吸热管管体1的内壁。
40.金属带2的厚度为0.6mm，宽度为17.2mm，金属带2的扭转节距为吸热管内直径的4.3倍，扭转节距为80mm。
41.金属带2的尺寸能够使金属带2安装于吸热管管体1内部，而不影响吸热工质的流动阻力，同时，熔盐在吸热管管体1内流动时，受到金属带2的阻挡被迫增加横向流动，使熔盐交替流经吸热管管体1的吸热面和绝热面，使得吸热管管体1的内部整个横截面内吸热工质的温度均匀性提高，吸热工质的吸热能力得到充分利用，吸热器的总体吸热量有所提高。同时，吸热管管体1的横截面上金属温度梯度降低，吸热管温差应力和变形的降低，提高了吸热器的运行安全性，并减少了漏光率。该实施例的吸热器的传热系数提高12.2％-14.6％，吸热管表观最大变形量从4.5mm降低为2.8mm。
42.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管，其特征在于，所述塔式太阳能吸热管包括吸热管管体(1)和强化传热构件，所述强化传热构件设置在所述吸热管管体(1)内部与所述吸热管管体(1)同轴，所述强化传热构件包括带状结构；所述带状结构在其延伸方向上绕所述塔式太阳能吸热管轴向发生扭转。2.根据权利要求1所述的具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管，其特征在于，所述带状结构的宽度与所述塔式太阳能吸热管的内径相匹配，所述带状结构的长度与所述塔式太阳能吸热管的高度相匹配。3.根据权利要求1所述的具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管，其特征在于，所述吸热管管体(1)的两端管口与吸热器的膨胀弯头连接；所述强化传热构件采用金属带(2)，所述金属带(2)的两端与所述吸热管管体(1)的内壁固定连接。4.根据权利要求3所述的具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管，其特征在于，所述金属带(2)的厚度为0.6mm-1mm。5.根据权利要求3所述的具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管，其特征在于，所述金属带(2)的扭转节距为所述吸热管管体(1)内径的3-5倍。6.根据权利要求1所述的具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管，其特征在于，所述吸热管管体(1)具有直管结构。7.根据权利要求3所述的具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管，其特征在于，所述金属带(2)采用耐高温工质的抗氧化和腐蚀材料。8.一种吸热器，其特征在于，所述吸热器由多个管屏模块拼装组成，每个所述管屏模块包括上集箱、下集箱、受热管组、膨胀弯头和刚性框架；所述受热管组由多列吸热管并排排列，所述吸热管采用权利要求1-6任意一项所述的具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管；每个所述吸热管的两端分别与膨胀弯头固定连接，多个焊接后的所述吸热管和所述膨胀弯头按照预设的排列方式紧密布置，所述上集箱和下集箱分别与焊接后的所述受热管组两端的所述膨胀弯头连通固定，装配后的所述上集箱、所述下集箱、所述受热管和所述膨胀弯头固定安装在所述刚性框架上。

技术总结
本申请属于换热技术领域，具体而言，涉及一种具有强化传热构件的塔式太阳能吸热管及吸热器，吸热管包括吸热管管体和强化传热构件，强化传热构件设置在吸热管管体内部与吸热管管体同轴，强化传热构件包括带状结构；带状结构的宽度和长度分别与吸热管的内径和高度相匹配；带状结构在其延伸方向上绕吸热管轴向发生扭转；本申请的带状结构增强吸热管内部吸热工质的横向扰动，降低了由于吸热管单侧接受太阳辐射而造成的吸热工质在吸热管横截面上的温度不均，提高了吸热管总体吸热能力，提高吸热管内吸热工质的温度均匀性，带动吸热管管体的横截面上金属温度梯度降低，吸热管温差应力和变形的降低，提高了吸热器的运行安全性，减少漏光率。减少漏光率。减少漏光率。


技术研发人员：田青豪 姚志豪
受保护的技术使用者：恒基能脉新能源科技有限公司
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/9/13