一种集热方法技术

本发明专利技术公开一种集热方法，集热过程为；阳光照射真空集热管，使真空集热管内壁的脉动热管的外侧铜管内的液态工质吸热形成气塞，在气塞的推动下，工质将热量输送至储水箱内并进行换热冷凝，并回落至外侧铜管内继续与真空集热管的内壁进行导热，如此往复，不断与储水箱进行换热；当外侧铜管与储水箱内的温差越来越小，外侧铜管内的压力变高，在内部压力的推动下，工质将回流到被相变材料包裹的内侧铜管内被相变材料冷凝，实现热量过余时储热，而工质冷凝后再回流给相邻的外侧铜管补充液态工质，如此往复，实现闭环路柱状绕组结构的脉动热管的单向循环集热。本发明专利技术可有效减小接触热阻，提高热管的运行效率，集热效率高。集热效率高。集热效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种集热方法


[0001]本专利技术涉及太阳能热利用
，特别是一种集热方法。

技术介绍

[0002]使用热管式真空管进行太阳能集热，具有集热范围广、热损失小、不易炸管等优点，配合不同的聚光方式可以提升太阳能能量品位。为了稳定集热器工作温度、延长工作时间，可以在热管式真空管内填充储能相变材料。传统的热管式真空管结构中，热管与真空管内壁接触面积小，热阻大，并且温度波动大；而在管内填充相变材料的各种热管式真空管集热装置，工作原理是通过真空管收集太阳能辐射传递给与真空管内壁直接接触的相变材料，再由相变材料传递给位于真空管中间的热管，相变材料一般选用低过冷度的有机相变材料，虽有一定的储能效果，但高热阻的有机相变材料与真空管直接接触，会造成真空管内部的热管难以启动，影响装置集热的初始效率；目前市场上存在的复合抛物面聚光技术对太阳能集热器能量品位提升有限。例如公告号为CN209230041U、公告日为2019.8.9的中国专利：一种基于菲涅尔线聚光集热的太阳能热水器，其热管整体被相变材料包裹，热管与真空管内壁完成没有接触，热阻大，热管运行效率低，导致集热效率低下。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种集热方法，可有效减小接触热阻，提高热管的运行效率，集热效率高。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种集热方法，集热过程如下：
[0006]太阳光照射在真空集热管上，真空集热管的外壁导热至内壁，使紧贴真空集热管内壁的脉动热管的外侧铜管内的液态工质吸热形成气塞，在气塞的推动下，外侧铜管内的工质将热量输送至储水箱内并进行换热，外侧铜管内的工质随之冷凝，并在重力的作用下回落至外侧铜管内继续与真空集热管的内壁进行导热，如此往复，不断与储水箱进行换热；
[0007]当储水箱内的水温升高后，脉动热管的外侧铜管与储水箱内的温差越来越小，外侧铜管内的工质不能完全被冷凝，会形成更多更长的气塞，外侧铜管内的压力越来越高，在内部压力的推动下，工质将回流到被相变材料包裹的内侧铜管内，此时，工质的多余热量被相变材料吸收后冷凝，热量储存在相变材料中，实现热量过余时储热，而工质被冷凝后再回流，给相邻的外侧铜管补充液态工质，如此往复，实现闭环路柱状绕组结构的脉动热管的单向循环集热。
[0008]一种应用上述集热方法的脉动热管，所述脉动热管是由多根铜管通过弯头连接形成首尾相连的闭环路柱状绕组结构，包括蒸发段、冷凝段，其中冷凝段用于伸入储水箱内，蒸发段用于伸入所述真空集热管内；所述真空集热管的内壁处构建有腔体，所述腔体内填充有相变材料；所述脉动热管的蒸发段中位于绕组外侧的外侧铜管紧贴所述真空集热管的内壁、位于绕组内侧的内侧铜管置于所述腔体中被相变材料包裹。
[0009]本专利技术的脉动热管为闭环路柱状绕组结构，其中蒸发段中位于绕组外侧的外侧铜管紧贴真空集热管的内壁，降低接触热阻，蒸发段将热量传递给冷凝段后，过余热量传递到绕组内侧的内侧铜管与腔体内的相变材料耦合，实现储热功能；闭环路柱状绕组结构的脉动热管的外侧铜管与真空集热管的内壁直接接触，而相变材料不与真空集热管的内壁接触，改善了传统热管式真空管热阻大的缺点，并且外侧铜管集热先经储水箱冷凝后再经过内侧铜管进行储热，相比普通相变储热热管式真空管产水速度提高，在热量过余时实现储热；普通脉动热管启动时存在一定的随机性，而在本专利技术中，由于真空集热管工作时内部的温度差异，脉动热管的每个弯头绕组连接的两根铜管内存在一定的压力差，外侧铜管吸热后形成气塞先经过顶端弯头传热给储水箱，再越过顶端弯头传热给内侧铜管，然后由内侧铜管与相变材料在腔体内耦合后冷凝，实现热量过余时储热，最后再回流到底端弯头，为相邻的另一外铜管补充液态工质，由此往复，可以实现脉动热管的单向运行，优化启动特性，提高脉动热管的运行效率。
[0010]进一步，所述腔体的腔壁采用聚四氟乙烯构建形成，且腔壁的外侧与所述真空集热管的内壁之间形成有多个容纳槽，所述脉动热管的蒸发段中位于绕组外侧的外侧铜管置于所述容纳槽中并紧贴所述真空集热管的内壁。
[0011]储热腔体的腔壁使用聚四氟乙烯材质，绝热性好重量轻，减小夜间相变材料漏热。
[0012]进一步，所述腔体的腔壁除形成所述容纳槽之外的部分均固贴有导热金属片，并通过所述导热金属片与所述真空集热管的内壁贴紧。塞入的导热金属片可增强真空集热管内壁与脉动热管之间的导热性能。
[0013]进一步，外侧铜管的管身与所述容纳槽之间的间隙使用导热硅脂无缝填充，可进一步减小接触热阻。
[0014]进一步，所述脉动热管的整体外径与所述真空集热管的内径之差不超过1mm，使脉动热管的外侧与真空集热管的内壁之间尽可能无缝直接接触，减小接触热阻。
[0015]进一步，所述脉动热管的两端弯头数均不超过8个，且弯头的弯曲半径不小于10mm，以保证弯头处截面通道形状不发生明显扁曲，造成流动阻力过大影响脉动热管性能。
[0016]进一步，所述脉动热管的铜管采用紫铜材料制成，导热系数高有利于传热，硬度较低方便加工操作；且铜管的内径不超过4mm，以充分发挥表面张力作用，使脉动热管运行时更容易生成驱动脉动热管运行的气塞，更好的启动运行；同时置于管内的液态工质包括去离子水或自湿润流体，充液率在40％～70％。
[0017]本专利技术还提供太阳能利用系统，包括上述的脉动热管、线性菲涅尔透镜、真空集热管、复合抛物面聚光器、储水箱和支架，所述线性菲涅尔透镜、复合抛物面聚光器分别置于所述真空集热管的上下两侧且固定在所述支架上，且两者的聚光光轴均与所述真空集热管的轴心重合，所述真空集热管通过所述支架固定并倾斜设置，所述储水箱固定在所述支架的顶部并与所述真空集热管的顶部连通，所述脉动热管的冷凝段通过安装孔伸入所述储水箱内，蒸发段伸入所述真空集热管内。
[0018]安装时，线性菲涅尔透镜采用支架固定，安装于真空集热管上方一定距离及角度，使聚光光轴与真空集热管的轴心重合；复合抛物面聚光器采用支架固定在真空集热管下方一定距离和角度，使其聚光光轴也与真空集热管的轴心重合；闭环路柱状绕组结构的脉动热管与真空集热管的结构适配，蒸发段的内侧铜管通入装有相变材料的腔体内，外侧铜管
的外表面紧贴真空集热管的内壁，冷凝段穿过安装孔进入储水箱；真空集热管与储水箱利用铝合金的支架进行固定，其中真空集热管倾斜设置，倾斜角在15
°
～65
°
，装置可依据地理位置不同调节不同倾斜角度适应不同太阳高度角，具体可通过调节铝合金的支架实现。
[0019]其中，在安装孔处用聚氨酯发泡保温材料包裹铜管做绝热处理形成绝热段，最后再使用胶水进行密封防漏。
[0020]由于采用线性菲涅尔透镜进行平行聚光，透镜存在一定曲度，可实现一定程度免跟踪性；辅以复合抛物面聚光器进行二次聚光，使得真空集热管能够充分利用太阳光辐射，提高热流密度，提升热量品位，同时，可以减少真空集热管的安装数量，降低设备成本。
[0021]进一步，所述真空集热管的结构为玻璃双层同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集热方法，其特征在于，集热过程如下：太阳光照射在真空集热管(2)上，真空集热管(2)的外壁导热至内壁，使紧贴真空集热管(2)内壁的脉动热管(4)的外侧铜管(41)内的液态工质吸热形成气塞，在气塞的推动下，外侧铜管(41)内的工质将热量输送至储水箱(5)内并进行换热，外侧铜管(41)内的工质随之冷凝，并在重力的作用下回落至外侧铜管(41)内继续与真空集热管(2)的内壁进行导热，如此往复，不断与储水箱(5)进行换热；当储水箱(5)内的水温升高后，脉动热管(4)的外侧铜管(41)与储水箱(5)内的温差越来越小，外侧铜管(41)内的工质不能完全被冷凝，会形成更多更长的气塞，外侧铜管(41)内的压力越来越高，在内部压力的推动下，工质将回流到被相变材料(8)包裹的内侧铜管(42)内，此时，工质的多余热量被相变材料(8)吸收后冷凝，热量储存在相变材料(8)中，实现热量过余时储热，而工质被冷凝后再回流，给相邻的外侧铜管(41)补充液态工质，如此往复，实现闭环路柱状绕组结构的脉动热管(4)的单向循环集热。2.一种应用权利要求1的集热方法的脉动热管，其特征在于，所述脉动热管(4)是由多根铜管通过弯头连接形成首尾相连的闭环路柱状绕组结构，包括蒸发段(401)、冷凝段(403)，其中冷凝段(403)用于伸入储水箱(5)内，蒸发段(401)用于伸入真空集热管(2)内；所述真空集热管(2)的内壁处构建有腔体(7)，所述腔体(7)内填充有相变材料(8)；所述脉动热管(4)的蒸发段(401)中位于绕组外侧的外侧铜管(41)紧贴所述真空集热管(2)的内壁、位于绕组内侧的内侧铜管(42)置于所述腔体(7)中被相变材料(8)包裹。3.根据权利要求2所述的脉动热管，其特征在于，所述腔体(7)的腔壁采用聚四氟乙烯构建形成，且腔壁的外侧与所述真空集热管(2)的内壁之间形成有多个容纳槽(9)，所述脉动热管(4)的蒸发段(401)中位于绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡艳鑫，苏梓沛，肖佳煜，江鉴潮，莫连健，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：