CN100396998C - 太阳能高温真空吸热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能高温真空吸热管，属于太阳能光热利用技术领域。该集热管包括玻璃套管、同轴安装在玻璃套管内部的吸热金属管，以及位于二者之间的波纹补偿器，吸热金属管的端部附近通过内法兰盘与波纹补偿器的一端密封焊接，波纹补偿器的另一端与过渡金属管端部密封焊接，过渡金属管内壁与所述玻璃套管接合处贴合密封粘接，构成第一道密封，过渡金属管端密封焊接有包绕到玻璃套管外壁的翻边结构，翻边结构与玻璃套管外壁接合处装有真空密封件以及压紧件，压紧件通过与翻边结构的连接将真空密封件压紧在玻璃套管外壁，形成第二道密封。本发明工艺简单，成本较低，实用性强，可推动槽式太阳能集热技术的发展。

Description

太阳能高温真空吸热管

技术领域

本发明涉及一种太阳能高温吸热管，尤其是一种可用于槽式太阳能热发电系统的高温真空吸热管，属于太阳能光热利用技术领域。

背景技术

二十世纪以来，矿物燃料不断消耗，储量日渐枯竭，环境污染日趋严重，人类对大自然的总体需求与污染物排放量，早在1980年前后就已超过了地球的可承受能力。人们对开发利用新能源的渴望日益迫切，而太阳能热发电、光伏发电等新技术的不断发展为解决现有的各种技术难题提供了有力保证。大部分发展中国家，尤其是人口密集的发展中国家，太阳能资源丰富，都具有很好的发展太阳能热发电技术的资源基础，是太阳能技术很好的市场，存在巨大的市场发展潜力。其中槽式太阳能集热技术，特别是槽式太阳能热发电技术具有良好的商业化前景，已成为世界各国争相研究的热点之一。所谓槽式太阳能热发电系统，是采用多个跟踪太阳的槽型抛物面聚光器聚集太阳光，加热吸热管内的工质，产生过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。从1985-1991年的6年间，以色列和美国联合组建的LUZ太阳能热发电国际有限公司，在美国加州沙漠相继建成了9座槽式太阳能热发电站，总装机容量353.8MW，并投入并网营运，发电成本降到8美分/kWh。目前还有一些槽式太阳能热发电站正在建设。

高温真空吸热管是槽式太阳能热发电系统的核心部件，玻璃管内保持真空以减少热损失，吸热金属管和玻璃套管的热膨胀系数差异明显，因此采用波纹补偿器连接，波纹补偿器和玻璃套管间采用可伐合金(一种既可与金属焊接、也可与玻璃匹配熔接的特殊合金)封接。这种高温真空吸热管制造技术目前仅由德、以色列等国家的少数厂家掌握。

检索发现，申请号为031588328的中国发明专利申请公开了一种太阳能用吸热管，该专利申请通过结构改进，提出了一种更为耐用的吸热管。然而，其中仍然离不开可伐合金封接——即玻璃——金属——过渡件。

申请人在以前的研究中，也设计过采用可伐合金封接的技术方案，但经过实践和进一步研究发现，含有可伐合金封接结构的技术方案存在以下不足之处：一是由于采用可伐合金封接加工工艺复杂，成本居高不下；二是玻璃管和可伐合金封接处因为存在应力等原因，容易破裂或导致真空失效。申请人在申请号为200610037883.9的发明专利中提出了一种采用密封粘接方法实现吸热金属管和玻璃套管真空封接的技术方案，经过进一步研究，申请人认为还有必要进一步加强密封并改进结构。

发明内容

本发明的目的在于：针对以上现有技术存在的缺点，通过对封接结构及方法的改进，提出一种将密封粘接与压紧密封有机结合的太阳能高温真空吸热管，从而在避免采用可伐合金封接技术的情况下，达到足够的封接强度，实现真空密封的要求，同时明显降低封接难度和成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种太阳能高温真空吸热管，包括玻璃套管、同轴安装在玻璃套管内部的吸热金属管，以及位于二者之间的波纹补偿器，所述吸热金属管涂敷高温选择性吸收涂层，所述玻璃套管与吸热金属管之间是真空层，所述吸热金属管的端部附近通过与之密封焊接的内法兰盘与波纹补偿器的一端密封焊接，所述波纹补偿器的另一端与过渡金属管端部密封焊接，其改进之处在于：所述过渡金属管插装在玻璃套管内，所述过渡金属管与所述玻璃套管内壁接合处贴合密封粘接，构成第一道密封，所述过渡金属管端密封焊接有包绕到玻璃套管外壁的翻边结构，所述翻边结构与玻璃套管外壁接合处装有真空密封件以及压紧件，所述压紧件通过与翻边结构的连接将真空密封件压紧在玻璃套管外壁，形成第二道密封。

这样，分别在玻璃套管内外，以密封粘接和压紧密封筑起至少两道真空密封“防线”——第一道是过渡金属管与玻璃套管相套贴合的密封粘接，第二道是压紧件将真空密封件压紧的密封结构，在第一道密封的基础上进一步增强真空密封，必要时，还可以再增加压紧密封装置。

事实上，上述每一道真空密封“防线”都可以实现真空密封，采用多层密封具有以下优点：(1)可以确保足够的封接强度，满足真空密封的要求；(2)可以防止特殊情况下某一层出现问题而导致整管报废的情况；(3)能够合理分担真空密封的承压，使每道“防线”的真空密封彼此互补，更好地发挥真空密封作用。

值得一提的是，以上本发明的技术方案使得波纹补偿器置于玻璃套管内，当吸热金属管受热膨胀时，波纹补偿器压缩，减小挡光面积，使吸热金属管接受聚焦太阳光照射的面积更大，进一步提高集热效率。而现有技术则是将波纹补偿器置于玻璃套管外或者与玻璃套管并行放置，当吸热金属管受热膨胀时，波纹补偿器亦随之拉伸膨胀，增大了挡光面积，减小了吸热金属管接受聚焦太阳光照射的面积。

总之，本发明将密封粘接与压紧密封有机结合，避开了成本高、工艺复杂的可伐封接，多层真空密封结构协同作用，大大提高了真空密封的可靠性，具有工艺简单、成本较低、实用性强的优点，可推动槽式太阳能集热技术的发展。

附图说明

下面结合附图和典型实施例对本发明做进一步说明。

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为本发明实施例二的结构示意图。

图3为本发明实施例三的结构示意图。

图4为本发明实施例四的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的结构如图1所示，该太阳能高温真空吸热管包括玻璃套管1、同轴安装在玻璃套管内部的吸热金属管2，以及位于二者之间的波纹补偿器3。吸热金属管涂敷高温选择性吸收涂层4，玻璃套管1与吸热金属管2之间是真空层，吸热金属管2的端部附近通过与之密封焊接的内法兰盘5与波纹补偿器3的一端密封焊接(显然吸热金属管的端部附近与波纹补偿器的一端直接密封焊接也是可行的)，波纹补偿器3的另一端与插在玻璃套管1内的过渡金属管6端密封焊接，过渡金属管6与玻璃套管1相套贴合并通过密封粘接剂7密封粘接，形成玻璃套管内壁的第一道密封结构。此外，过渡金属管6端头密封焊接有法兰盖12，法兰盖12焊接固定形成向玻璃套管1回翻的壳体9，该壳体9与玻璃套管1外壁接合处装有真空密封件——三层间隔分布的皮碗8(实际设计时，至少一层)，每层皮碗8的外缘抵靠在壳体9内壁，内缘向抗压方向倾斜，抵靠在玻璃套管1外壁，端面分别被与壳体成紧配合的压紧件——托架10和压盖11压紧固定，形成第二道密封。如图2所示，第二道密封是这样实现的：皮碗8的右侧是大气层，左侧是真空层，二者之间存在压力差，使得空气将皮碗8的内缘压紧在玻璃套管1的外壁上，实现真空密封。这种密封形式类似于油封密封与迷宫密封的结合，十分适合于气体密封。

本实施例中的高温选择性吸收涂层4可由透明树脂添加金属氧化物组成。

为了使密封处不受聚焦太阳光的照射，本实施例还含有焊接在法兰盖12外、使密封处不受聚焦的太阳光照射的隔热保护罩13(也可以将隔热保护罩直接焊接在吸热金属管上)。这样使得粘接处始终处于相对低温状态，从而最大限度地保护密封处。

实际上，过渡金属管6与玻璃套管1相套贴合并密封粘接的目的是避免密封剂和粘接剂不渗漏到真空层中，为此过渡金属管6的内端还制有凹槽，凹槽内放置弹性体14(例如海绵)。这样可以吸收、阻挡密封剂和粘接剂，同时还可以起到增强密封的作用。

本实施例中玻璃套管1端部内壁与端面形成的密封和粘接缝隙的截面呈“L”形，可以更好地起到密封粘接的作用。具体设计时，还可以将接合部制成锯齿形、波浪形等结构，以增强密封粘接强度。

检索发现，以往的现有技术基本上将波纹补偿器置于玻璃套管外或者与玻璃套管并行放置。这样，当吸热金属管受热膨胀时，波纹补偿器亦随之拉伸膨胀，增大了挡光面积，减小了吸热金属管接受聚焦太阳光照射的面积。而本发明将波纹补偿器置于玻璃套管内，因此当吸热金属管受热膨胀时，波纹补偿器压缩，减小挡光面积，使吸热金属管接受聚焦太阳光照射的面积更大，进一步提高集热效率。

此外，传统加工工艺采用可伐合金将玻璃套管和吸热金属管密封连接在一起，首先玻璃套管需要采用特殊配方的玻璃制造，其次复杂的加工工艺导致成本居高不下，而本实施例通过巧妙的结构设计，在密封粘接的基础上采用压紧密封的技术措施，进一步增强了真空密封，既避开了加工较为困难的可伐合金封接工艺，又不需要特殊配方的玻璃，并且玻璃套管不易破裂，制造成本明显降低。

实施例二

如图2所示，本实施例与实施例一的基本结构雷同，主要区别是：与法兰盖12焊接固定的回翻壳套20的内缘与轴向呈“T”形截面的金属管17外圆焊接，金属管17套在玻璃套管1外，真空密封件为两楔形真空密封圈15，分别卡装在金属管17两侧的凹陷处，压紧件是制有锥形、矩形或圆弧形内凹的两螺母16，此两螺母16相对旋合在金属管17的外螺纹上，其内凹分别压紧两楔形真空密封圈15外露部分，从而构成可靠的第二道密封(实际设计时，金属管周向截面呈“L”形，只装一楔形真空密封圈15，用一侧的螺母压紧显然也是可行的)。此外，为了防止螺母16长期使用过程中出现松动等现象，还可为螺母16对应安装止动卡圈19，该卡圈19套在金属管17外，压紧螺母17的卡槽处。

实施例三

如图3所示，实施例三实质为实施例一和实施例二的结合，真空密封件由皮碗8和楔形真空密封圈15共同构成，皮碗8以及真空密封圈15的压紧件等其它结构可以参见实施例一和二的说明。“T”形截面的金属管17和皮碗8依托的壳体9通过壳套20过渡焊连。

为了保证玻璃套管与过渡金属管的长期密封强度，在内法兰盘5上焊接使密封处不受吸热金属管2高温内热辐射的防热辐射罩18，从而阻隔吸热金属管的辐射热对密封处产生破坏。这样使得密封处始终处于相对低温状态，最大限度地保护粘接处。

实施例四

如图4所示，本实施例与实施例二基本类似，区别在于：楔形真空密封圈15替换为O形真空密封圈，当然也可以替换为矩形真空密封圈等。

事实上，本发明列举的几种实施例经过重新组合，还可以形成许多新的实施技术方案，例如不采用密封粘接，直接采用某种压紧密封方式，或者将两种压紧密封方式组合在一起等，都具有一定的实用价值，在此不一一赘述。总之，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种太阳能高温真空吸热管，包括玻璃套管、同轴安装在玻璃套管内部的吸热金属管，以及位于二者之间的波纹补偿器，所述吸热金属管涂敷高温选择性吸收涂层，所述玻璃套管与吸热金属管之间是真空层，所述吸热金属管的端部附近通过与之密封焊接的内法兰盘与波纹补偿器的一端密封焊接，所述波纹补偿器的另一端与过渡金属管端部密封焊接，其特征在于：所述过渡金属管插装在玻璃套管内，所述过渡金属管与所述玻璃套管内壁接合处贴合密封粘接，构成第一道密封；所述过渡金属管端密封焊接有包绕到玻璃套管外壁的翻边结构，所述翻边结构与玻璃套管外壁接合处装有真空密封件以及压紧件，所述压紧件通过与翻边结构的连接将真空密封件压紧在玻璃套管外壁，形成第二道密封。

2.根据权利要求1所述的太阳能高温真空吸热管，其特征在于：所述翻边结构为通过法兰盖与过渡金属管端头密封焊接固定的壳体，所述壳体装有作为真空密封件的皮碗；所述皮碗的外缘抵靠在所述壳体内壁，内缘抵靠在玻璃套管外壁，端面被与壳体紧配合的压紧件压紧固定，形成第二道密封。

3.根据权利要求1所述的太阳能高温真空吸热管，其特征在于：所述翻边结构为通过法兰盖与过渡金属管端头密封焊接固定的回翻壳套，该太阳能高温真空吸热管还包括外圆与所述壳套的内缘焊接的金属管，所述金属管套在玻璃套管外，所述真空密封件为卡装在金属管凹陷处的真空密封圈，所述压紧件为旋合在金属管外螺纹上的端面制有凹陷的螺母，所述螺母的内凹压紧真空密封圈外露部分，构成第二道密封。

4.根据权利要求2或3所述的太阳能高温真空吸热管，其特征在于：所述过渡金属管的内端制有凹槽，所述凹槽内放置弹性体。

5.根据权利要求4所述的太阳能高温真空吸热管，其特征在于：所述法兰盖外焊接有隔热保护罩。

6.根据权利要求5所述的太阳能高温真空吸热管，其特征在于：所述内法兰盘上焊接有防热辐射罩。

Images