一种太阳能蒸汽发生器转让专利
申请号 : CN201810731237.5
文献号 : CN110513666B
文献日 : 2020-08-14
发明人 : 不公告发明人
申请人 : 安徽太极计算机有限公司
摘要 :
本发明提供了一种太阳能蒸汽发生器,包括反射镜和汽包,所述汽包位于反射镜的焦点位置,所述反射镜将太阳能反射给汽包用于加热汽包中的水,汽包内部设置热管,所述热管包括集箱和散热端,所述集箱设置在汽包的底部,所述散热端与集箱连通,所述散热端从集箱上部开始向上延伸,所述散热端内设置分离装置,所述分离装置是片状结构。本发明进一步提高稳流效果,强化传热,而且制造简单。
权利要求 :
1.一种太阳能蒸汽发生器,包括反射镜和汽包,所述汽包位于反射镜的焦点位置,所述反射镜将太阳能反射给汽包用于加热汽包中的水,汽包内部设置热管,所述热管包括集箱和散热端,所述集箱设置在汽包的底部,所述散热端与集箱连通,所述散热端从集箱上部开始向上延伸,所述散热端内设置分离装置,所述分离装置是片状结构,所述片状结构在集热管的横截面上设置;所述分离装置为正方形通孔和正八边形通孔组成,所述正方形通孔的边长等于正八边形通孔的边长,所述正方形通孔的四个边分别是四个不同的正八边形通孔的边,正八边形通孔的四个互相间隔的边分别是四个不同的正方形通孔的边。
2.如权利要求1所述的蒸汽发生器,其特征在于,所述散热端为多根,所述集箱的底部连接在汽包的内壁上。
3.如权利要求1所述的蒸汽发生器,其特征在于,所述集箱的底部是汽包的内壁。
4.如权利要求1所述的太阳能蒸汽发生器,其特征在于,散热端的横截面是正方形。
说明书 :
一种太阳能蒸汽发生器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种蒸汽发生器技术,尤其涉及一种新式结构的热管的蒸汽发生器。
背景技术
[0002] 热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件,它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质,透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外,其导热能力超过任何已知金属的导热能力。
[0003] 热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业,自从被引入散热器制造行业,使得人们改变了传统散热器的设计思路,摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式,采用热管技术使得散热器获得满意的换热效果,开辟了散热行业新天地。目前热管广泛的应用于各种换热设备,其中包括电力领域,例如电厂的余热利用等。
[0004] 蒸汽发生器是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为蒸汽的机械设备。蒸汽发生器应用领域广泛,广泛适用于制衣厂,干洗店,饭店,馍店,食堂,餐厅,厂矿,豆制品厂等场所。目前的蒸汽发生器也广泛应用于各种疾病的治疗中,尤其是应用于对肌肉、韧带等因为老化和老损引起的慢性病的治疗,例如CN2167709Y专利,但是目前的现有技术中,例如CN2167709Y专利,因为直接通过加热来产生蒸汽,会导致产生的蒸汽温度过高,而且会导致产生的蒸汽中水分过多,而药物因为是颗粒所以可能会出现沉积在下部,所以喷出的蒸汽中有效成分含量过低,而且温度过高,而且现有技术中智能化程度不高,无法进行有效的智能化操作。
[0005] 背景技术中,当利用太阳能加热蒸汽发生器,太阳能或者直接加热汽包,或者通过二次换热产生蒸汽,尤其是直接加热汽包,利用汽包内部的对流换热来进行汽包上部和下部的流体对流换热,但是此种情况下需要下部热流体自然对流到上部,换热效率低。
[0006] 此外,热管在换热中换热流体都是汽水混合物。热管在蒸发过程中,不可避免的会携带液体到蒸汽端内,同时因为冷凝端的放热冷凝,从而使得冷凝端中存在液体,液体也不可避免的与蒸汽混合,从而使得热管内的流体是汽液混合物,汽液混合物存在导致汽体混成一团,与液体之间换热能力下降,大大的影响了换热的效率。
[0007] 针对上述问题,本发明在前面发明的基础上进行了改进,提供了一种新的结构的太阳能蒸汽发生器,充分利用热源,降低能耗,提高燃烧效果。
发明内容
[0008] 针对上述问题,本发明在前面发明的基础上进行了改进,提供了一种新的热管结构蒸汽发生器,以实现太阳能的充分利用。
[0009] 为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:
[0010] 一种太阳能蒸汽发生器,包括反射镜和汽包,所述汽包位于反射镜的焦点位置,所述反射镜将太阳能反射给汽包用于加热汽包中的水,汽包内部设置热管,所述热管包括集箱和散热端,所述集箱设置在汽包的底部,所述散热端与集箱连通,所述散热端从集箱上部开始向上延伸,所述散热端内设置分离装置,所述分离装置是片状结构,所述片状结构在集热管的横截面上设置;所述分离装置为正方形通孔和正八边形通孔组成,所述正方形通孔的边长等于正八边形通孔的边长,所述正方形通孔的四个边分别是四个不同的正八边形通孔的边,正八边形通孔的四个互相间隔的边分别是四个不同的正方形通孔的边。
[0011] 作为优选,所述散热端为多根,所述集箱的底部连接在汽包的内壁上。
[0012] 一种太阳能蒸汽发生器,包括反射镜和汽包,所述汽包位于反射镜的焦点位置,所述反射镜将太阳能反射给汽包用于加热汽包中的水,其特征在于,汽包内部设置热管,所述热管包括集箱和散热端,所述集箱设置在汽包的底部,所述散热端与集箱连通,所述散热端从集箱上部开始向上延伸,所述散热端为多根,所述集箱的底部连接在汽包的内壁上。
[0013] 作为优选,所述集箱的底部是汽包的内壁。
[0014] 作为优选,至少两根相邻的热管之间设置连通管。
[0015] 作为优选,所述汽包和热管是一体化制造。
[0016] 作为优选,所述集箱的下壁面是汽包的底部的面。
[0017] 作为优选,所述热管围绕集箱上部壁面中心点环形多层分布。
[0018] 作为优选,沿着集箱上部壁面中心点设置多层热管,每层热管的轴线与中心点的距离相同,从而形成以集箱上部壁面中心点为圆心的圆弧结构。
[0019] 作为优选,在水平面投影上,散热端3正方形截面的边长为B2,同一层的相邻的散热端圆心之间的距离为L,散热端的圆心与相邻排的临近的两个散热端圆心构成等腰三角形的顶角为N,同一层所在圆的直径D2,相邻内层的圆的直径D1,则满足下面要求:
[0020] Sin(N)=a-b*S2-c*S,S=d*B2/(D2-D1),a,b,c是参数,满足如下要求:
[0021] 0.846
[0022] 作为优选,a=0.847,b=0.5292,c=0.847,d=1.1286。
[0023] 0.33
[0024] 作为优选,随着B2/L的逐渐变小,a越来越大,b越来越小,c越来越大。
[0025] 与现有技术相比较,本发明具有如下的优点:
[0026] 1)本发明对太阳能蒸汽发生器进行了改进,通过在汽包底部设置热管,通过热管传热速度快的特点,快速的将太阳能传递到汽包的上部,提高对太阳能的热传输速度,能够进一步满足热量的吸收能力。
[0027] 2)本发明提供了一种新式正方形通孔和正八边形通孔相结合的新式结构的分离装置的太阳能集热器,通过正方形和正八边形,使得形成的正方形孔和正八边形孔的边形成的夹角都是大于等于90度,从而使得流体能够充分流过每个孔的每个位置,避免或者减少流体流动的短路。本发明通过新式结构的分离装置将两相流体分离成液相和气相,将液相分割成小液团,将气相分割成小气泡,抑制液相的回流,促使气相顺畅流动,起到稳定流量的作用,提高换热效果。相对于现有技术中的分离装置,进一步提高稳流效果,强化传热,而且制造简单。
[0028] 3)本发明通过合理的布局,使得正方形和正八边形通孔分布均匀,从而使得整体上的横街面上的流体分割均匀,避免了现有技术中的环形结构沿着周向的分割不均匀问题。
[0029] 4)本发明通过正方形孔和正八边形孔的间隔均匀分布,从而使得大孔和小孔在整体横截面上分布均匀,而且通过相邻的分离装置的大孔和小孔的位置变化,使得分隔效果更好。
[0030] 5)本发明通过设置分离装置为片状结构,使得分离装置结构简单,成本降低。
[0031] 6)本发明通过在吸热管高度方向上设置相邻分离装置之间的距离、分离装置的孔的边长、吸热管的管径、管间距等参数大小的规律变化,研究了上述参数的最佳的关系尺寸,从而进一步达到稳流效果,降低噪音,提高换热效果。
[0032] 7)本发明通过对分离装置各个参数的变化导致的换热规律进行了广泛的研究,在满足流动阻力情况下,实现换热效果的最佳关系式。
[0033] 8)提供了一种新式结构的太阳能集热器,通过在集热管之间设置衡压管,保证了各个集热管中压力的均匀,流体流量的分配均匀以及流体运动阻力的分配均匀。
附图说明
[0034] 图1是本发明太阳能蒸汽发生器结构示意图。
[0035] 图2是本发明蒸汽发生器设置连通管的结构示意图。
[0036] 图3为本发明热管水平面投影结构示意图。
[0037] 图4为本发明控制结构示意图。
[0038] 图5本发明分离装置横截面结构示意图;
[0039] 图6本发明分离装置另一个横截面结构示意图;
[0040] 图7是本发明分离装置在集热管内布置示意图;
[0041] 图8是本发明分离装置在集热管内布置横截面示意图;
[0042] 图中:1-反光镜,2-汽包,3–热管,4-分离装置,41正方形通孔,42正八边形通孔,43边,5-蒸汽出口,6-连通管,7-中央控制器,8-集箱,9-水进口
具体实施方式
[0043] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0044] 本文中,如果没有特殊说明,涉及公式的,“/”表示除法,“×”、“*”表示乘法。
[0045] 如图1-4公开了一种利用热管的太阳能蒸汽发生器,所述蒸汽发生器包括反射镜1和汽包2,所述汽包2位于反射镜1的焦点位置,所述反射镜1将太阳能反射给汽包2用于加热汽包2中的水,所述蒸汽发生器还包括设置在汽包2内的热管,如图1所示,所述热管设置在汽包2内部,所述热管包括集箱8和散热端3,所述集箱8设置在汽包2的底部,所述散热端3与集箱8连通,所述散热端3从集箱8上部壁面开始向上延伸,所述散热端3为多根,所述集箱8的底部连接在汽包2的内壁上。
[0046] 传统的太阳能蒸汽发生器都是通过太阳光直接照射汽包产生蒸汽,利用汽包内部的对流换热来进行汽包上部和下部的流体对流换热,但是此种情况下需要下部热流体自然对流到上部,换热效率低,本发明通过在汽包底部设置热管,因为热管受热后里面的气体立刻蒸发上升的热管的上部的蒸发端,在上部进行换热,这样热量就快速的传递到汽包上部,可以快速的提高换热效率,提高太阳能的热利用率。
[0047] 本发明通过在下端设置集箱,将热量先集中在集箱中,然后传递给热管散热端,可以快速将热量传递出去。
[0048] 作为优选,所述集箱8的底部是汽包2的内壁。这样使得热管和汽包可以作为一个整体,将汽包的内壁作为热管的下端壁面,减少接触热阻,使得整体结构紧凑、[0049] 作为优选,所述汽包和热管是一体化制造。
[0050] 热管中因为吸收太阳能,使得热管出现汽液两相流,从而使得热管内的流体是汽液混合物。因此本发明采取了新的结构,来分割汽相和液相,使得换热加强。
[0051] 热管内设置分离装置4,所述分离装置4的结构如图5、6所示。所述分离装置4是片状结构,所述片状结构在热管3的横截面上设置;所述分离装置4为正方形和正八边形结构组成,从而形成正方形通孔41和正八边形通孔42。如图5所述正方形通孔41的边长等于正八边形通孔42的边长,所述正方形通孔的四个边43分别是四个不同的正八边形通孔的边43,正八变形通孔的四个互相间隔的边43分别是四个不同的正方形通孔的边43。
[0052] 本发明采用新式结构的分离装置,具有如下优点:
[0053] 1)本发明提供了一种新式正方形通孔和正八边形通孔相结合的新式结构的分离装置,通过正方形和正八边形,使得形成的正方形孔和正八边形孔的边形成的夹角都是大于等于90度,从而使得流体能够充分流过每个孔的每个位置,避免或者减少流体流动的短路。本发明通过新式结构的分离装置将两相流体分离成液相和气相,将液相分割成小液团,将气相分割成小气泡,抑制液相的回流,促使气相顺畅流动,起到稳定流量的作用,具有减振降噪的效果,提高换热效果。相对于现有技术中的分离装置,进一步提高稳流效果,强化传热,而且制造简单。
[0054] 2)本发明通过合理的布局,使得正方形和正八边形通孔分布均匀,从而使得整体上的横街面上的流体分割均匀,避免了现有技术中的环形结构沿着周向的分割不均匀问题。
[0055] 3)本发明通过正方形孔和正八边形通孔的间隔均匀分布,从而使得大孔和小孔在整体横截面上分布均匀,而且通过相邻的分离装置的大孔和小孔的位置变化,使得分隔效果更好。
[0056] 4)本发明通过设置分离装置为片状结构,使得分离装置结构简单,成本降低。
[0057] 本发明通过设置正方形孔和正八边形分离装置,相当于在换热管内增加了内换热面积,强化了换热,提高了换热效果。
[0058] 本发明因为将气液两相在换热管的所有横截面位置进行了分割,从而在整个换热管截面上实现气液界面以及气相边界层的分割与冷却壁面的接触面积并增强扰动,大大的降低了噪音和震动,强化了传热。
[0059] 作为优选,所述分离装置包括两种类型,如图5,6所示,第一种类型是正方形中心分离装置,正方形位于热管或者冷凝管的中心,如图6所示。第二种是正八边形中心分离装置,正八边形位于热管的中心,如图5所示。作为一个优选,上述两种类型的分离装置相邻设置,即相邻设置的分离装置类型不同。即与正方形中心分离装置相邻的是正八边形中心分离装置,与正八边形中心分离装置相邻的是正方形中心分离装置。本发明通过正方形孔和正八边形孔的间隔均匀分布,从而使得大孔和小孔在整体横截面上分布均匀,而且通过相邻的分离装置的大孔和小孔的位置变化,使得通过大孔的流体接下来通过小孔,通过小孔的流体接下来通过大孔,进一步进行分隔,促进汽液的混合,使得分隔和换热效果更好。
[0060] 作为优选,所述散热端3的横截面是正方形或者圆形。
[0061] 作为优选,散热端3内设置多个分离装置,沿着散热端3下部向上部方向,分离装置之间的间距不断变小。设距离散热端3的入口的距离为H,相邻分离装置之间的间距为S,S=F1(H),即S是以高度H为变量的函数,S’是S的一次导数,满足如下要求:
[0062] S’<0;
[0063] 主要原因是因为热管内液体不断受热产生蒸汽,在上升过程中,蒸汽不断的越来越多,导致气液两相流中的汽体越来越多,因为汽液两相流中的汽相越来越多,热管内的换热能力会随着汽相增多而相对减弱,震动及其噪音也会随着汽相增加而不断的增加。因此需要设置的相邻分离装置之间的距离越来越短。
[0064] 通过实验发现,通过上述的设置,既可以最大程度上减少震动和噪音,同时可以提高换热效果。
[0065] 进一步优选沿着散热端3下部向上部方向,相邻分离装置之间的距离越来越短的幅度不断增加。即S”是S的二次导数,满足如下要求:
[0066] S”>0;
[0067] 通过实验发现,通过如此设置,能够进一步降低7%左右的震动和噪音,同时提高8%左右的换热效果。
[0068] 作为优选,沿着散热端3下部向上部方向,正方形的边长越来越小。距离热管的下端的距离为H,正方形的边长为C,C=F2(H),C’是C的一次导数,满足如下要求:
[0069] C’<0;
[0070] 进一步优选,沿着散热端3下部向上部方向,正方形的边长越来越小的幅度不断的增加。C”是C的二次导数,满足如下要求:
[0071] C”>0。
[0072] 具体理由参见前面分离装置间距变化。
[0073] 作为优选,相邻分离装置之间的距离保持不变。
[0074] 作为优选,所述热管内壁设置缝隙,所述分离装置的外端设置在缝隙内。
[0075] 作为优选,热管为多段结构焊接而成,多段结构的连接处设置分离装置。
[0076] 通过分析以及实验得知,分离装置之间的间距不能过大,过大的话导致减震降噪以及分隔的效果不好,同时也不能过小,过小的话导致阻力过大,同理,正方形的边长也不能过大或者过小,也会导致减震降噪的效果不好或者阻力过大,因此本发明通过大量的实验,在优先满足正常的流动阻力(总承压为2.5Mpa以下,或者单根热管的沿程阻力小于等于5Pa/M)的情况下,使得减震降噪达到最优化,整理了各个参数最佳的关系。
[0077] 作为优选,相邻分离装置之间的距离为M1,正方形通孔的边长为B1,散热端3为正方形截面,散热端3正方形截面的边长为B2,满足如下要求:
[0078] M1/B2=a*Ln(B1/B2)+b
[0079] 其中a,b是参数,其中1.739
[0080] 11
[0081] 1.9
[0082] 18
[0083] 20°