CN101216218B - 用于槽式线聚焦太阳能集热器的热管接收器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于槽式太阳能集热器的热管接收器。本发明结构是玻璃套管由钨组玻璃制成，一端封闭一端开口，玻璃-金属过渡密封件由钼组玻璃管与可伐合金环熔焊制成，吸热热管通过金属连接环与玻璃-金属过渡密封件的可伐合金环一端焊接，玻璃套管与玻璃-金属过渡密封件的钼组玻璃管一端熔接，热管与玻璃套管之间形成真空层。本发明解决了现有技术中存在的要求玻璃套管与可伐合金的热膨胀系数严格匹配所造成接收器制造困难，成本较高的缺陷。本发明具有成本低、寿命长等效果，不再受制于玻璃套管的膨胀系数要与可伐合金环严格匹配的问题。

Description

用于槽式线聚焦太阳能集热器的热管接收器

技术领域

本发明涉及一种太阳能集热装置，特别涉及一种用于槽式太阳能集热器的热管接收器。

背景技术

槽式线聚焦太阳能集热器有复合抛物面集热器、抛物面槽式集热器等形式，会聚比一般在1.5～80，工作温度范围为100℃～500℃。接收器将聚光器会聚的太阳光转化为热能，是槽式太阳能集热器的核心部件。接收器的可靠性决定了槽式太阳能集热器的可靠性；提高接收器的热效率是提高槽式太阳能集热器集热效率的关键；槽式太阳能集热器成本太高制约了其大规模推广，降低接收器成本是降低槽式太阳能集热器成本的重要途径。

影响接收器可靠性和热效率的一个重要因素就是接收器中真空的保持，一旦接收器真空被破坏，选择性吸收涂层将被损坏，接收器内对流换热急剧增强，严重时将导致接收器失效。接收器真空保持的难点是玻璃与金属的密封。

在本发明之前，可伐合金与钼组玻璃密封的可靠性和耐久性已经在电子工业中得到了应用；申请号200610076673.0的中国发明专利申请公开了一种中高温太阳能集热管玻璃端盖封装结构及制造工艺，封装结构由不同结构的玻璃端盖和对应的铁镍合金可伐件等结构组成。此外，申请号200610098390.6的中国发明专利申请公开了一种熔封式热管真空集热管，该集热管中金属法兰盘的周边通过可伐合金环与玻璃外管口熔封。

但是，上述现有技术中接收器的玻璃套管与金属管或热管之间直接通过可伐合金密封连接，要求玻璃套管与可伐合金的热膨胀系数严格匹配，而且要保证玻璃管有较高的透光率，需采用特殊配方的玻璃制造，导致成本居高不下，加工难度也很大，造成接收器制造困难，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、可靠性高、使用寿命长、价格便宜的用于槽式线聚焦太阳能集热器的热管接收器。

本发明的技术方案是：

用于槽式线聚焦太阳能集热器的热管接收器，玻璃套管内为真空层，吸热热管插于玻璃套管内，吸热热管内充有工作液体，吸热热管外表面覆盖有耐高温选择性吸收涂层，吸热热管露出玻璃套管的部分设有冷凝段，冷凝段位于冷却流体通道内，并与冷却流体通道密封连接，其主要技术特征在于玻璃套管由钨组玻璃制成，一端封闭，另一端开口，玻璃-金属过渡密封件由钼组玻璃管与可伐合金环熔焊制成，吸热热管通过金属连接环与玻璃-金属过渡密封件的可伐合金环一端焊接，玻璃套管与玻璃-金属过渡密封件的钼组玻璃管一端熔接，热管与玻璃套管之间形成真空层。

本发明的优点和效果在于玻璃套管采用钨组玻璃制造，玻璃-金属过渡密封件由钼组玻璃管与可伐合金环熔焊制成，吸热热管通过金属连接环与玻璃-金属过渡密封件的可伐合金环一端焊接，玻璃套管与玻璃-金属过渡密封件的钼组玻璃管一端熔接，使热管与玻璃套管之间形成密封真空层。解决了已有接收器中玻璃套管的膨胀系数要与可伐合金环严格匹配的问题，而且钨组玻璃的成本较低，常见的95玻璃、BJ-40玻璃的透光率都比较高。采用热管作为接收器吸热热管，吸热热管位于玻璃套管封闭端的那一端可在金属托环支架上自由伸缩，使玻璃套管和吸热热管的底部与端头都是自由端，在承受辐射热时，各自可以自由膨胀，彼此互不影响，不会产生因变形不同而产生的热应力，故也就不需要设置膨胀节，结构更为简单，节约了制造成本，也增长了使用寿命。本发明适用于槽式线聚焦太阳能集热器的热管接收器，根据槽式聚焦器设计的会聚比的不同，可以获得100℃～500℃范围内的温度，在此温度条件下，吸热热管可以直接将冷水加热成热水或者产生250℃以上的过热蒸汽用于发电，也可产生饱和蒸汽作为其它用途。

附图说明

图1——本发明实施例1的结构示意图。

图2——本发明实施例2的结构示意图。

图3——本发明实施例3的结构示意图。

图4——本发明实施例4的结构示意图。

图5——图4的A-A剖面图。

图6——第一种玻璃-金属过渡密封件的结构示意图。

图7——第二种玻璃-金属过渡密封件的结构示意图。

图8——第一种玻璃-金属过渡密封件的结构示意图。

图9——第一种玻璃-金属过渡密封件的结构示意图。

图10——冷凝段与冷流体联箱管的连接示意图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的用于槽式线聚焦太阳能集热器的热管接收器具体结构如图1所示，包括玻璃套管1、吸热热管2、冷却流体通道3、玻璃-金属过渡密封件4。玻璃套管1由钨组玻璃制成，一端封闭，另一端开口，开口一端烧制弧形缩口，玻璃-金属过渡密封件4由钼组玻璃管13与可伐合金环14熔焊制成，吸热热管2插于玻璃套管1内，吸热热管2露出玻璃套管1的部分设有冷凝段8，冷凝段8位于冷却流体通道3内，冷凝段8上焊有金属环10，金属环10与冷却流体通道3密封连接，吸热热管2在玻璃套管1开口端的上部焊有金属连接环9，通过金属连接环9与玻璃-金属过渡密封件4的可伐合金环14一端焊接，玻璃套管1与玻璃-金属过渡密封件4的钼组玻璃管13一端熔接，使热管2与玻璃套管1之间形成密封真空层。玻璃套管1上设有抽真空封口管7，抽真空封口管7用于将玻璃套管1内抽成真空后封闭。吸热热管2位于玻璃套管1封闭端的那一端设有托环支架5，托环支架5与吸热热管2活动连接，吸热热管2一端可支于托环支架5上并可自由伸缩。吸热热管2伸入玻璃套管1部分的外壁上涂有耐高温的选择性吸收涂层6，如金属陶瓷膜等，吸热热管2可以采用不同的管壳材料(工作温度低于200℃时，管壳材料选用铜或碳钢，工作温度高于200℃，管壳材料选用碳钢或不锈钢)及不同的内部工作液体11，工作液体11为水、萘、导热姆-A、导热姆-E、N-甲基吡咯烷酮、联苯醚、汞中的任一种，但要与管壳材料相容。由于玻璃套管1和吸热热管2的底部端头都是自由端，在承受辐射热时，各自可以自由膨胀，彼此互不影响，不会产生因变形不同而产生的热应力。为了便于连接，提高连接段的可靠性，玻璃-金属过渡密封件4可以制成直通形的、带弧形缩口的，玻璃-金属过渡密封件4的可伐合金环可以制成普通圆环和截面为L形的圆环，其示意图如图6～9所示。吸热热管2内部可设吸液芯12，也可不设吸液芯12，吸液芯12为丝网吸液芯或沟槽吸液芯或烧结吸液芯或丝网吸液芯、沟槽吸液芯与烧结吸液芯中的任何两种组合成的复合吸液芯。玻璃-金属过渡密封件4外设屏蔽罩15，屏蔽罩15罩住可伐合金环14与钼组玻璃管13熔焊处以及可伐合金环14与金属连接环9的焊接处，屏蔽罩15可以有效防止聚焦后的太阳光照射到密封处，防止密封处受辐射后温度升高热应力增大。

本实施例的工作过程如下，如图1所示，吸热热管2是一种高效传热元件，吸热热管2的大部分同轴插入在玻璃套管1的内部，它的外表面有耐高温选择性吸收涂层6，由槽式太阳能集热器反射板反射会聚的太阳能穿过玻璃套管1落在耐高温选择性吸收涂层6上。根据抛物面槽式集热器在设计时采用不同的会聚比可以得到不同的聚焦温度。当吸热热管2的外壁耐高温选择性吸收涂层6达到一定温度后，热量通过吸热热管2的管壁达到管壁内部的吸液芯12，吸液芯12内含有工作液体11，工作液体11汽化为蒸汽，汽化的同时吸收了管壁导入的太阳能，工作液体11的蒸汽流向吸热热管2的冷凝段8，由于冷凝段8是处于冷却流体通道3内，吸热热管2内的蒸汽就会放出热量加热流过管外的冷流体。这样就将槽式太阳能集热器所采集的太阳能通过吸热热管2传递到了冷流体使之产生带压力的热水或蒸汽，从而通过汽轮机发电或作为其它用途。

图1中的吸热热管2的冷凝段8直接插入在冷流体通道3中，一般情况下由于吸热热管2的冷凝段8传热效率很高，当吸热热管2处在真空玻璃套管1中的长度不超过4米时，冷凝段8的长度不超过200mm，在热负荷强度很高或冷凝段8被用来过热蒸汽时，其长度会增加，从而要求冷流体通道3的直径要增大，此时可采用如图10所示的冷流体联箱套管形式，吸热热管2的冷凝段8插入冷流体通道夹套19，夹套19的两端分别与冷流体下联箱套管18、冷流体上联箱套管20焊接。冷流体首先通过冷流体下联箱套管18，然后进入夹套19，对处在夹套19中的吸热热管2的冷凝段8加热，然后从冷流体上联箱套管20汇集进入汽包或管网。

实施例2：

如图2所示，本实施例的玻璃套管1的开口的直径与玻璃套管1管体直径相同，不烧制缩口。玻璃-金属过渡密封件4中钼组玻璃管13烧制弧形缩口，缩口一端与可伐合金环15熔焊，另一端与玻璃套管1熔接。本实施例的其它结构与实施例1相同。

本实施例的工作过程同实施例1。

实施例3：

如图3所示，本实施例的玻璃套管1的开口的直径与玻璃套管1管体直径相同，不烧制缩口。吸热热管2在玻璃套管1开口端的上部焊有金属连接环9，通过金属连接环9与玻璃-金属过渡密封件4的可伐合金环14一端焊接，玻璃套管1与玻璃-金属过渡密封件4的钼组玻璃管13一端熔接，使吸热热管2与玻璃套管1之间形成密封真空层。本实施例的其它结构与实施例1相同。

本实施例的工作过程同实施例1。

实施例4：

如图4所示，图5为图4的A-A剖面图。本实施例的吸热热管2上焊接有导热翅片16，吸热热管2和导热翅片16的外表面都覆盖有高温选择性吸收涂层6。导热翅片16可以增大吸热面积，减小热管的使用量。吸热热管2位于玻璃套管1封闭端的那一端设有托环支架5，托环支架5支撑吸热热管2无导热翅片16的一面，吸热热管2一端可支于托环支架5上并可自由伸缩。本实施例的其它结构与实施例2相同。

本实施例的工作过程如下：如图4所示，由槽式太阳能集热器反射板反射会聚的太阳能穿过玻璃套管1落在耐高温选择性吸收涂层6上。高温选择性吸收涂层6吸收太阳能后转化为热能传递给导热翅片16和吸热热管2，导热翅片16吸收的热量通过导热最终也传递给吸热热管2，热量通过吸热热管2的管壁传递给管壁内部的吸液芯12，吸液芯12内含有工作液体11，工作液体11汽化为蒸汽，汽化的同时吸收了管壁导入的太阳能，工作液体11的蒸汽流向吸热热管2的冷凝段8，由于冷凝段8是处于冷却流体通道3内，吸热热管2内的蒸汽就会放出热量加热流过管外的冷流体。这样就将槽式太阳能集热器所采集的太阳能通过吸热热管2传递到了冷流体使之产生带压力的热水或蒸汽，从而通过汽轮机发电或作为其它用途。

本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (3)

1.用于槽式线聚焦太阳能集热器的热管接收器，包括玻璃套管、吸热热管、玻璃-金属过渡密封件、冷却流体通道，吸热热管插于玻璃套管内，吸热热管与玻璃套管之间形成真空层，吸热热管内充有工作液体，吸热热管外表面覆盖有耐高温选择性吸收涂层，吸热热管露出玻璃套管的部分设有冷凝段，冷凝段位于冷却流体通道内，并与冷却流体通道密封连接，其特征在于玻璃套管由钨组玻璃制成，其一端封闭，另一端开口，玻璃-金属过渡密封件由钼组玻璃管与可伐合金环熔焊制成，吸热热管通过金属连接环与玻璃-金属过渡密封件的可伐合金环一端焊接，玻璃套管与玻璃-金属过渡密封件的钼组玻璃管一端熔接，实现玻璃套管与热管之间的不匹配封接。

2.根据权利要求1所述的用于槽式线聚焦太阳能集热器的热管接收器，其特征在于玻璃套管为单层玻璃套管，开口一端烧制成弧形缩口。

3.根据权利要求1所述的用于槽式线聚焦太阳能集热器的热管接收器，其特征在于玻璃-金属过渡密封件中钼组玻璃管烧制弧形缩口，缩口一端与可伐合金环熔焊，另一端与玻璃套管熔接。

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