Вакуумированный приемник солнечного излучения

 

Использование: изобретение позволяет повысить эффективность работы приемника солнечного излучения, предназначенного для использования в солнечных коллекторах с параболоцилиндрическими концентраторами модульных солнечных электростанций. Сущность изобретения: сконцентрированное солнечное излучение попадает на часть наружной поверхности поглощающей трубы (Т) 1 с селективным покрытием 2 через окружающую ее коаксиально прозрачную Т 3, где оно превращается в тепло, которое теплопроводностью передается через стенку Т 1 к теплоносителю. Т 3 крепится на Т 1 с помощью сильфоное 4, компенсирующих температурные расширения Т 1 и 3. Внутри Т1 коаксиально размещена вытеснительная Т 5, заглушенная с обоих торцов пробками 6 конической формы . С одного торца Т 1 плавно переходит в патрубок 7 подвода питательной воды, а с другой - в отводной патрубок (П) 8 пара Теплоноситель по П 7, обтекая пробку 6, подается Б кольцевой зазор между трубами, где закипает и превращается в пар, выходящий через П 8. Расположенные на внутренней поверхности Т 1 и наружной поверхности Т 5 многозаходные спиральные канавки (К) 10 и 11 приводят к закручиванию потока в кольцевом зазоре и образованию вихревых течений в канавках, что интенсифицирует теплообмен, резко снижает возможность образования кризиса кипения и температурные напряжения в стенке Т1. Количество заходов К10 и 11, шаг их закрутки и направления одинаковы. Расстояние между соседними К в окружном направлении равно ширине К, а Т 5 ориентирована вокруг своей оси таким образом , что К 10 и 11 расположены напротив друг друга. 2 ил. Я со ел ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 24 J 2/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ друг друга. 2 ил.. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4807688/06 (22) 02.04.90

{46) 30.08.92. Бюл, Ъ 32 (71) Государственный научно-исследовательский.энергетический институт им, Г.М. Кржижановского — {72) А.И,РЗаев, Л;Л.Филатов, В;И.Кабаков и

Г.B. Циклаури (56) Патент США

-: М 4372291, кл. F 24 J 3/02. 1983.

Авторское свидетельство СССР

:. N 1332110, кл. F 24 J2/04,,1986.

{54) ВАКУУМИРОВАННЬ!Й ПРИЕМНИК

СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Использование: изобретение позволяет повысить эффективность работы приемника солнечного излученйя, предназначенного для использования в солнечных коллекто-рах с параболоцилиндрическими концентраторами модульньгх солнечных электростанций. Сущность изобретения; сконцеитрированное Солнечное излучение попадает на часть "наружной поверхности поглощающей трубы (Т) 1 с селективным rioкрытием 2 через окружающую ее коаксиально прозрачную Т 3, где оно превращается в тепло, которое теплопроводностью передаИзобретение относится к гелиознергетике и может быть использовано в солнечных коллекторах с параболоцилиндрическими концентраторами для модульных солнечных электростанций.

Известен солнечный теплообменник, содержащий парогенерирующую трубу, трубу для подачи питательной воды значительно меньшего диаметра, расположенную

« Ж 1758359A1 ется через стенку Т 1 к теплоносителю. Т 3 крепится на Т I с помощью сильфонов 4, компенсирующих температурные раСширения Т 1 и 3. Внутри Г1 коаксиально размещена вытеснительная Т 5, заглушенная с обоих торцов пробками 6 конической формы, С одного торца Т 1 плавно переходит в патрубок 7 подвода питательной воды, а с другой — в отводной патрубок (П) 8 пара, Теплоноситель по П 7; обтекая пробку 6, подается в кольце: ой зазор между трубами, где закипает и превращается в пар, выходящий через П 8. Расположенные на вйутренней поверхности Т 1 и наружной поверхности Т 5 многозаходные спиральные канавки (К) 10 и 11 приводят к закручиванию потока в кольцевом зазоре и образованию вихревых течений в канавках, что интенсифицирует теплообмен, резко снижает возможность образования кризиса кипения и температурные напряжения в стенке Т1, Колйчество заходов К 10 и 11, шаг их закрутки и направления одинаковы. Расстояние между соседними К в окружном направлении равно шйрине К, а Т 5 ориентирована вокруг своей оси таким образом, что K 10 и 11 расположены напротив внутри парогенерирующей трубы и прозрачную стеклянную оболочку, окружающую парогенерирующую- трубу, Кольцевой кайал между внутренней поверхностью стеклянной оболочки и наружной поверхностью парогенерирующей трубы вакуумирован. Один из концов теплообменника снабжен трубой для отвода пара. Труба подачи питатЕльной воды начинается OT opoTN.1758359

10 пара от парогейерирующей йбверхности.

Это приводит к росту времени испарения 15

40

50 носителя и возможно даже его 55 воположного конца теплообменника и проходит по всей парогенерирующей трубы.

Прокачиваемая через подающую трубу питательная вода разбрызгивается через маленькие отверстия в ее стенке на горячую внутреннюю поверхность парогенерирующей трубы, где превращается в пар, Недостатком данного устройства является следующее.

При попадании капель жидкости íà горячую поверхность парогенерирующей трубы возникает явление, когда капли, частично испаряясь, оттесняются потоком капель, росту температуры стенки и возникновению кризиса орошения, сопровождающемуся сильными локальными перегревами и пульсациями температуры стейки.

Последнее обуславливает значительные термические и усталостные напряжения в материале парогенерирующей трубы, особенно в условиях переменной солнечной инсоляции.

Известен солнечный тепловой коллектор, содержащий поглотитель, выполненный в виде трубы с внутренними спиральными выступами с коаксиально размещенным в ней трубчатым нагревателем с наружными спиральными выступами. Труба и нагреватель образуют кольцевой канал, в котором установлена спиральная лента из эластичного материала. Периодическими колебаниями давления нагреваемого воздуха вйзывают соответствующие сокращения эластичной ленты, что приводит к перемешиванию нагреваемого воздуха в радиальном и осевом направлениях, Недостатки данного устройства:следующие. Во-первых, пульсационный режим работы устройства из-за периодических колебаний давления воздуха, что отрицательно сказывается на теплообменных характеристиках работы устройства и может привести к ухудшению теплообмена при достаточно высоких тепловых потоках, сопровождающемуся сильными. локальными перегревами и пульсациями температуры стенки.. Bo-вторых. при применении в качестве теплоносителя несжимаемых жидкостей (например, воды), колебания давления приведут к сильным пульсациям расхода теплоопрокидыванию. Такой режим работы также способствует ухудшению теплообмена вследствие возникновения застойных зон.

Кроме того, резко увеличивается гидравлическое сопротивление и соответственно мощность, затрачиваемая на прокачку теплоносителя.

Целью изобретения является повышение эффективности использования солнечной энергии приемником солнечного излучения за счет обеспечения беспульсационного, бескризисного режима работы при использовании приемника для парообразования.

Укаэанная цель достигается тем, что в приемнике солнечного излучения. содержащем установленные коаксиально внутреннюю вытесчительную трубу, промежуточную поглощающую и наружную прозрачную трубу, патрубки подвода и отвода теплоносителя. сообщенные с зазором между вытеснительной и поглощающей трубами и спиральные канавки, выполненные на внутренней поверхности поглощающей трубы и внешней поверхности вытеснительнойтрубы, вытеснительная труба заглушена с обоих торцов, спиральные канавки поглощающей и вытеснительной трубы размещены напротив друг друга, выполнены с

5 одинаковыь1 шагом закрутки, ширина канавок равна расстоянию между ними, На фиг. 1 изображен приемник солнечного излучения, продольный разрез; на фиг.

2 — то же. поперечное сечение.

0 Приемник солнечного излучения содер- жит поглощающую трубу 1 с селективным покрытием 2 на наружной поверхности, окруженную коаксиально прозрачной трубой

3, Труба 3 крепится на трубе 1 с помощью

5 сильфонов 4, предназначенных для компенсации разности температурных расширений трубы 3 и трубы 1, Кольцевое пространство, образованное трубами 1 и 3 сильфонами 4 вакуумировано до давления

10 -10 мм рт.ст.

Внутри трубы 1 коаксиально размещена вытеснительная труба 5, заглушенная с обоих торцов пробками 6 конической формы. С одного торца труба 1 плавно переходит в патрубок подвода питательной воды 7, а с другой — в патрубок отвода пара 8. Труба 5

- закреплена внутри трубы 1 с помощью перемычек 9. На внутренней поверхности трубы 1 методом электрохимической обработки нанесены многоэаходные спиральные канавки 10, а на наружной поверхности трубы

5 — многозаходные спиральные канавки 11.

При этом количество заходов канавок 10 равно количеству заходов канавок 11. шаг закрутки (т.е. длина, на которой канавки совершает оборот вокруг оси трубы на 3600) канавок 10 равен шагу закрутки канавок 11.

Закрутка канавок 10 и 11 имеет одинаковое направление(левое или правое). расстояние между соседними канавками в окружном на1758359 правлении равно ширине канавок, а труба 5 ориентирована вокруг своей оси таким образом, что канавки 11 расположены напротив канавок 10.

Поскольку труба 5 не участвует в про- 5 цессе теплообменэ, то для обеспечения концентрации кольцевого зазора между трубами 1 и 5 материал и толщина стенки трубы 5 подбирается таким образом, чтобы вес трубы 5 с учетом канавок и инертного 10 газа. заполняющего ее внутренний обьем, был равен Архимедовой силе, действующей на трубу в потоке теплоносителя.

Устройство работает следующим образом. 15

Сконцентрированное солнечное излучение сквозь прозрачную трубу 3 попадает на часть наружной поверхности поглощающей трубы 1 с селективным покрытием 2, 20 где превращается в тепло и теплопроводностью передается к внутренней поверхности трубы 1.

Теплоноситель(например, вода) по патрубку 7. обтекая пробку 6, подается в коль- 25 ценой зазор, образованный трубами 1 и 5.

Двигаясь rio кольцевому зазору, теплоносителя нагревается, воспринимая тепло от трубы 1, закипает и превращается в пар, который отводится через патрубок 8, т.е, 30 приемник солнечного излучения работает в режиме прямоточного парогенератора с вынужденной циркуляцией теплоносителя, Такой реж и работы позволяет получать на выходе приемника пар с массовым паросо- 35 держанием вплоть до единицы. а также осуществлять перегрев пара.

Спиральные канавки 10 и 11 оказывают следующее воздействие на поток. Во-пер- 40 вых, весь поток закручивается B кольцевом зазоре относительно оси приемника, т.е. скорость потока приобретает радиальную составляющую. Во-вторых, в канавках 10 и

11 возникают вихри Тейлора-Гертлера, на- 45 правленные в противоположные стороны, что обуслэж .,вает возникновение вихревых течений в пространстве между расположенными напротив друг друга канавками 10 и

11. 50

Сложное закрученное движение теплоносителя приводит к тому, что, во-первых, выравнивается распределение температуры стенки трубы 1 по периметру, за счет чего уменьшаются температурные напряжения в материале стенки трубы. Во-вторых, интенсифицируется теплообмен от стенки трубы к однофазной жидкости, что ведет к уменьшению температуры стенки трубы 1 при постоянном тепловом потоке на экономайзерном участке приемника — прямоточного парогенератора. В-третьих, значительно возрастает величина критического теплового потока, соответствующего кризису теплообмена 1 рода при кипении, что предотвращает возможность его возникновения и, следовательно, локального перегрева стенки трубы. В-четвертых, увеличивается, вплоть до единицы, граничное массовое паросодержэние, при котором наступает режим ухудшенного теплообмена при кипении, стабилизируется область перехода к этому режиму, сокращается сама зона ухудшенното теплообмена.

Формула изобретения

Вакуумированный приемник солнечного излучения, содержащий коаксиально установленные внутреннюю вытеснительную трубу, промежуточную поглощающую трубу и наружную прозрачную трубу, патрубки подвода и отвода теплоносителя, сообщенные с зазором между вытеснительной и поглощающей трубами, при этом на внутренней поверхности поглощающей трубы и нэ внешней поверхности вытеснительной трубы выполнены спиральные канавки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования солнечной энергии за счет обеспечения беспульсационного, бескризисного режима работы при использовании приемника для парообразования, вытеснительная труба заглушена с обоих торцов, спиральные канавки поглощающей и вытеснительной трубы размещены напротив друг друга, выполнены с одинаковым шагом закрутки, ширина канавок равна расстоянию между ними.

1758359

Составитель Л,Филатов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Н.Кешеля

Редактор И,Касарда

Заказ 2986 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям йоткрь1тиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патен, r. Ужгород, ул.Гагарина, 101