一种基于太阳能聚光的熔盐射流换热器[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 211204473 U(45)授权公告日 2020.08.07

(21)申请号 201922147275.9(22)申请日 2019.12.04

(73)专利权人 北京工业大学

地址 100124 北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人 陈永昌　庞廷廷　马重芳　(74)专利代理机构 北京思海天达知识产权代理

有限公司 11203

代理人 刘萍(51)Int.Cl.

F24S 60/30(2018.01)F28D 20/00(2006.01)F28F 13/02(2006.01)

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

权利要求书1页 说明书3页 附图2页

CN 211204473 U(54)实用新型名称

一种基于太阳能聚光的熔盐射流换热器(57)摘要

一种基于太阳能聚光的熔盐射流换热器涉及换热设备领域，包括：壳体、多组U形管、左侧法兰、右侧法兰、管箱、隔板、熔盐罐、左总管、下总管、螺栓、螺母、不锈钢倾斜体。所述壳体内的底部设有一不锈钢倾斜体，所述多组U形管分别穿过左侧法兰和右侧法兰，且U形管上设有多个射流圆孔，所述左侧法兰外侧设有管箱，所述右侧法兰外侧设有熔盐罐，所述管箱中竖直设有一隔板，隔板相应位置上设有通孔为熔盐入口，所述管箱左侧设有一总管为熔盐总进口，所述右侧法兰上设有一通孔为熔盐出口，所述熔盐罐下端设有一总管为熔盐总出口。高温熔盐从多组U形管上的射流孔冲击作用于壳体上，降低了聚光后壳体的温度，使壳体受热均匀，提高了换热器的使用寿命。

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权　利　要　求　书

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1.一种基于太阳能聚光的熔盐射流换热器，其特征在于：包括：壳体(1)、螺栓(10)、螺母(11),其特征在于还包括：多组U形管(2)、左侧法兰(3)、右侧法兰(4)、管箱(5)、隔板(6)、熔盐罐(7)、左总管(8)、下总管(9)、不锈钢倾斜体(12)；所述壳体(1)内的底部设有一不锈钢倾斜体(12)，所述多组U形管分别穿过左侧法兰(3)和右侧法兰(4)，所述U形管(2)上设有多个圆形射流孔(21)，所述左侧法兰(3)的外侧设有管箱(5)，所述右侧法兰(4)的外侧设有熔盐罐(7)，所述管箱(5)中竖直设置一隔板(6)，将管箱(5)分成第一腔室(51)和第二腔室(52)，所述管箱(5)的左侧设有一左总管(8)为熔盐进口，所述右侧法兰(4)上设有一通孔为熔盐出口(91)，所述熔盐罐的下端设有一下总管(9)为熔盐总出口，所述隔板(6)上设有熔盐入口(81)；所述壳体(1)、左侧法兰(3)和管箱(5)通过螺栓及螺母固定连接，所述壳体(1)、右侧法兰(4)和熔盐罐(7)也通过螺栓及螺母固定连接。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能聚光的熔盐射流换热器，其特征在于：所述壳体底部的不锈钢倾斜体的倾斜角为5°-10°，不锈钢倾斜体底座与壳体底部的内壁固定连接。

3.根据权利要求1所述的基于太阳能聚光的熔盐射流换热器，其特征在于：相邻射流孔间距离为3-8倍的射流孔径。

4.根据权利要求1所述的基于太阳能聚光的熔盐射流换热器，其特征在于：所述U形管上的射流孔与壳体之间的距离为2-8倍的射流孔径。

5.根据权利要求1所述的基于太阳能聚光的熔盐射流换热器，其特征在于：所述隔板(6)上设有三个通孔为熔盐入口(81)；所述隔板的上方设有一通孔，左右两侧也设有一相同大小的通孔，上方的通孔孔径大于左右方的通孔孔径。

6.根据权利要求1所述的基于太阳能聚光的熔盐射流换热器，其特征在于：所述的隔板将管箱分成大小不等的两个腔室。

7.根据权利要求1所述的基于太阳能聚光的熔盐射流换热器，其特征在于：U形管内熔盐的温度为200℃以上。

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一种基于太阳能聚光的熔盐射流换热器

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技术领域

[0001]本实用新型涉及换热设备领域，尤其涉及一种采用熔盐为工质的太阳能聚光射流的换热器。

背景技术

[0002]换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器，在石油、化工、能源、动力、食品等工业领域应用广泛。近年来，由于能源紧张和环境保护等问题，对传热强化技术的研究以及相应的换热器的研发要求越来越高，而要提高传热效率，做好节能减排，必须合理组织热交换过程并利用和回收余热，这往往和合理设计与使用换热器密不可分。随着科学技术的迅速发展，高温、高压高热流等极端工况越来越多见，在这些苛刻条件下，尽管某些场合仍使用普通的蛇管式和套管式换热器，但由于它们的换热效率较低，金属消耗大，结构笨重，所以迫切需要新型的换热器。射流冲击方法因流体垂直冲击换热面形成很薄的边界层而具有极高的传热效率，其对流换热系数要比一般管内流动高几倍甚至是一个数量级，因此，射流冲击作为一种极其有效的强化传热手段，已经得到了广泛的应用，并且在未来的工业应用中将发挥更加重要的作用。近年来，熔盐作为新型的传热蓄热工质，因其工作温度范围广、蒸汽压力低、粘度低、稳定性强、热容高等优点，受到日益广泛的关注和应用，特别适用于高温高热流等极端条件下的传热蓄热过程，可用于太阳能、核能和高温工业余热等多种能源形式，目前国际上的定日镜的聚光比为200-3000，通过定日镜将普通的太阳光聚形成高能量密度的光束作用于换热器，其运行温度高为500℃-1500℃，对于如此高聚光比条件下的换热器性能提出了更高要求，面临着高温高热流的巨大挑战！而熔盐工质与射流冲击技术的结合，可以显著地提高换热器的传热效率，并有效地改善换热器的工作性能，为新型换热器的合理设计和应用提供支持。实用新型内容

[0003]本实用新型的目的设计为了解决现有换热器设计面对高温高热流条件时存在的问题，提出一种基于太阳能聚光的熔盐射流换热器。[0004]为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：[0005]一种基于太阳能聚光的熔盐射流换热器包括：壳体、多组U形管、左侧法兰、右侧法兰、管箱、隔板、熔盐罐、左总管、右总管、螺栓、螺母、不锈钢倾斜体。所述壳体内的底部设有一具有一定倾斜角度的不锈钢体，所述多组U形管分别穿过左侧法兰和右侧法兰，所述U形管上设有多个圆形射流孔，所述左侧法兰的外侧设有管箱，所述右侧法兰的外侧设有熔盐罐，所述管箱中竖直设置一隔板，将管箱分成第一腔室和第二腔室，所述管箱的左侧设有一总管为熔盐总进口，所述右侧法兰上设有一通孔为熔盐出口，所述熔盐罐的下端设有一总管为熔盐总出口，所述隔板相应位置上设有三个圆形通孔为熔盐进口。所述壳体、左侧法兰和管箱通过螺栓螺母固定连接，所述壳体、右侧法兰和熔盐罐也通过螺栓螺母固定连接。[0006]优选地，所述不锈钢体的倾斜角为5°-10°，即不锈钢体的底面与不锈钢体的斜面

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的夹角为5°-10°，该斜面向右下方倾斜，不锈钢体底面与壳体内底面相切，使熔盐能通畅的流出，避免其积存于换热器底部。[0007]优选地，所述管箱内设有一竖直隔板，形成缓冲区，避免熔盐直接冲击到U型管管口。

[0008]优选地，所述隔板的左右两侧及上方均设有通孔，且上方的通孔孔径要大于左右方的通孔孔径。避免由于熔盐自身重力而不能使其均匀的流入到各个U形管中。[0009]优选地，所述U形管和壳体的材质为抗冲击抗腐蚀的金属，因为熔盐具有腐蚀性，本实用新型通过采用防腐蚀的金属U形管和壳体，提高设备的使用寿命。[0010]优选地，所述的U形管的管径一般为20mm左右，相邻管间的净空距离大于6mm。[0011]优选地，所述左右两侧法兰上的通孔位置与U形管的位置一一对应，起到固定U形管的作用。

[0012]优选地，所述右侧法兰上的通孔孔径略大于U形管的孔径，避免对U形管造成热应力破坏。

[0013]优选地，所述右侧法兰上开有一通孔，使熔盐能充分的流出，避免其堆积于换热器内而降低换热效果。[0014]优选地，所述U形管前端的开口端与管板固定连接且与管板表面平齐。[0015]优选地，每组U形管一侧上的开设有多个射流圆孔，且射流孔径为2mm-5mm,使得熔盐能充分喷射及覆盖到需要聚光换热的换热器表面，利用射流冲击进行高效换热。[0016]优选地，射流圆孔的排列方式可以是顺排也可以是叉排。[0017]优选地，射流圆孔间距离为3-8倍的射流孔径，本实用通过采用一定大小的射流孔间距，这样既不会因为射流孔间距太小，相邻两股射流流体工质相互吸附，减小射流流体与环境流体的接触面积，从而削弱传热，也不会因为射流孔间距离太大，而使换热不均匀，避免了由于传热工质无法及时带走热量使得换热面温度过高而导致热应力破坏的问题。[0018]优选地，U形管上的射流孔与壳体之间的距离为2-8倍的射流孔径，具体值由换热面和环境温度来确定，本实用通过采用一定大小的射流高度，强化了熔盐工质与壳体间的换热效果。

[0019]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，利用射流冲击进行高效传热，同时，采用合理的射流阵列排布方式，可以极大的提高传热效率，来减少换热面的受热不均匀性，提高换热器的使用寿命，特别适用于高温高热流等极端条件下的传热蓄热过程。

附图说明

[0020]图1为基于太阳能聚光的熔盐射流换热器的剖视图。[0021]图2为隔板的左视图。[0022]图3为右侧法兰的左视图。

[0023]图4为圆孔顺排和插排时截取一段U形管的主视图。[0024]图中：1.壳体，2.多组U形管，3.左侧法兰，4.右侧法兰，5.管箱，6.隔板，7.熔盐罐，8.左总管，9.下总管，10.螺栓，11.螺母，12.不锈钢倾斜体，21.射流圆孔，51.第一腔室，52.第二腔室，81.熔盐入口，91.熔盐出口。

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具体实施方式

[0025]下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。[0026]如图1所示，本发明从右往左依次设置有熔盐罐7、右侧法兰4、多组U型形管2、壳体1、左侧法兰3、管箱5，在管箱5的左侧设有一总管8，作为熔盐的总进口，熔盐罐7的下方设有一总管9，作为熔盐的总出口。所述壳体1与管箱5通过位于壳体1左端的法兰3以及螺栓10螺母11进行固定连接，所述壳体1与熔盐罐7通过位于壳体1右侧的法兰4以及螺栓10螺母11进行固定连接，所述右侧法兰4、多组U型形管2、熔盐罐7、壳体1、左侧法兰3、管箱5依次连接，整体呈矩形结构，此外，壳体1内还设有一不锈钢倾斜体12，倾斜角度为10°，且其底部与壳体1的内底面相切。

[0027]如图1和2所示，所述管箱5内部还设有一隔板6，将管箱1分为大小不等的两个腔室，第一腔室51和第二腔室52，且第一腔室51大于第二腔室52，使熔盐能快速的充满第二腔室52，最终流入到各组U形管2中，同样所述隔板6上设有三个圆孔，且上方的圆孔大于左右两侧的圆孔，使熔盐能充分均匀的流入到各组U形管2中。[0028]如图1、3所示，所述U形管2穿插于左侧法兰3和右侧法兰4，U形管2的直管端与左侧法兰3平齐，弯管端位于右侧法兰4的右端，同时，左侧法兰3上设有于U形管管径大小相等的通孔，且所述左侧法兰3上的通孔数量与U形管直管数量相同，所述右侧法兰4上设有孔径略大于U形管2孔径的通孔，且所述右侧法兰4上除设有与U形管2直管数量相等的通孔之外，还设有一熔盐出口91，使射流于换热器内部的熔盐等快速的流出。所述U形管上开设有多个射流圆孔21，射流圆孔通过一定的方式进行排布，如图4(a)、(b)所示，射流圆孔之间可以顺排，也可以叉排。[0029]工作原理：

[0030]开启一种基于太阳能聚光的熔盐射流换热器，换热器表面即壳体吸收聚焦后太阳光温度升高，大于200℃的高温熔盐以一定的速度从左总管流入到第一腔室，通过隔板上的熔盐入口流入到第二腔室，从而流入到U形管内，再通过U形管上的射流孔形成射流冲击作用于壳体上，在壳体表面形成很薄的边界层，实现了高热流量的传热，对壳体进行冷却产生的高温熔盐从右侧法兰的熔盐出口流出，流入到熔盐罐，最后从熔盐罐下方的下总管流出，进入其他装置中，将吸收太阳光的壳体上的热量带走，降低了壳体表面的温度，从而实现壳体与周围介质的高效换热。[0031]除上述实例外，本实用新型换包括其他实例方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，凡根据本实用新型实质所作出的等效修饰和变化，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

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图1

图2

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图4

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