CN102022848A - 中高温太阳能真空集热管 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种中高温太阳能真空集热管，其包括玻璃管、金属内管、两个波纹管和套于所述波纹管上的可伐封接环，所述玻璃管和所述波纹管均套于所述金属内管外，且所述两个波纹管分别位于所述玻璃管的两端，并将所述玻璃管固定于所述金属内管上；所述可伐封接环的一端熔入所述玻璃管内，并将所述波纹管与所述玻璃管连接密封起来；所述玻璃管上开有排气管，通过所述排气管抽真空后，所述玻璃管与所述金属内管之间形成密闭真空，本发明将可伐封接环的一端完全熔入所述玻璃管内，这种封接方式保证了玻璃管和波纹管之间良好的密封性能。

Description

中高温太阳能真空集热管
【技术领域】
本发明涉及一种真空集热管，尤其是一种中高温太阳能真空集热管。
【技术背景】
随着太阳能这种可再生能源在全世界的发展，太阳能热发电、太阳能制冷空调、太阳能海水淡化等太阳能工业热利用技术逐步为人们所认识。利用太阳能发电，特别是槽式太阳能热发电，主要利用槽式抛物面聚光器聚光，通过线聚焦中高温太阳能真空集热管，达到400℃-600℃的温度，然后借助高温导热油或熔融盐导热，通过常规换热技术获得蒸汽，或直接获取饱和蒸汽推动汽轮发电机组发电。
槽式太阳能热发电所要求的集热管工况温度和压力较低，可以利用成熟的换热设备和发电技术，单位投资成本低，是具有商业化前景的太阳能热发电技术。其中中高温太阳能真空集热管是实现和建立中高温太阳能热利用装置的关键技术。
由于太阳能真空集热管中的金属内管和玻璃管的热膨胀系数不同，在受热后会造成金属内管和玻璃管的膨胀伸缩量不一致。申请号为200610041393.6所述的一种内膨胀槽式太阳能真空集热管采用中间分断的金属内管来解决玻璃管和金属内管的热膨胀不均的问题，但其结构较为复杂，安装麻烦，而且通过膨胀节将分断的金属管连接起来，很难保证金属内管与玻璃管之间的同心度，影响太阳能的转换效率。
【发明内容】
针对上述问题，本发明提出一种中高温太阳能真空集热管，其包括玻璃管、金属内管、两个波纹管和套于所述波纹管上的可伐封接环，所述玻璃管和所述波纹管均套于所述金属内管外，且所述两个波纹管分别位于所述玻璃管的两端，并将所述玻璃管固定于所述金属内管上；所述可伐封接环的一端熔入所述玻璃管内，并将所述波纹管与所述玻璃管连接密封起来；所述玻璃管上开有排气管，通过所述排气管抽真空后，所述玻璃管与所述金属内管之间形成密闭真空。目前的太阳能真空集热管中，可伐封接环与玻璃管的封接均采用涂敷等工艺，虽然有些采用高温熔接，但仅熔接在可伐封接环的一面，本发明将可伐封接环的一端完全熔入所述玻璃管内，这种封接方式保证了玻璃管与可伐封接环之间良好的密封性能。
所述可伐封接环的半径可由一端到另一端逐渐增大，形成一端粗一端细的喇叭形或碗形，其细端熔入所述玻璃管内，其粗端朝向所述玻璃管的外侧。这种变径封接环通过不同直径的传递来减缓金属和玻璃之间不同的膨胀系数造成的封接应力。
所述可伐封接环熔入所述玻璃管内的一端可翘起，与所述玻璃管形成10°-30°的角度，这样便于将可伐封接环的翘起端封接入所述玻璃管内，同时可伐封接环与所述玻璃管之间能紧密连接。
所述集热管可进一步包括内封接环，将所述金属内管与所述波纹管密封连接起来。所述内封接环可由不锈钢管成形，直径大于金属内管，可有效阻止集热管内的热量传递到波纹管，同时也阻止集热管向波纹管直接辐射热量，可有效减少热量的流失和保证波纹管的使用寿命，使集热管效率提高。
所述集热管可进一步端盖，通过所述端盖将所述可伐封接环的粗端与所述波纹管密封连接于一体，以满足封接应力要求。所述集热管可进一步包括内封接环，将所述金属内管与所述波纹管密封连接。所述集热管还可进一步包括导向套，放置于所述波纹管与端盖之间，用以保证金属内管与玻璃管之间的同心度。所述端盖内部可焊接金属端罩，用于防止阳光照射所述波纹管。所述金属端罩上可设置消气剂，以保持所述玻璃管与所述金属内管之间的真空度，消气剂可以为稀土消气剂。
该集热管可应用于太阳能海水淡化、太阳能建筑、太阳能热发电等，在其它需要中高温流体工质的场合，如工业用热、工业烘干、民用集团采暖、食品、印染、制药、建筑等行业，均可使用本集热管组成的中高温集热系统获取清洁辅助热能。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的波纹管一端A的局部放大图；
其中，1是玻璃管，2是金属内管，3是波纹管，4是可伐封接环，5是内封接环，6是排气管，7是端盖，8是导向套，9是端罩，10是消气剂，11是选择性吸收膜。
【具体实施方式】
参见图1，本发明所述的中高温太阳能真空集热管包括玻璃管1、金属内管2和两个波纹管3，所述玻璃管1和所述波纹管3均套于所述金属内管2外，且所述两个波纹管3分别位于所述玻璃管1的两端，并将所述玻璃管1固定于所述金属内管2上，这样玻璃管1与金属内管2之间通过波纹管3柔性连接，而没有刚性连接。在实际安装过程和使用过程中，玻璃管1呈自由状态，可在不同温度下自由伸缩，以保证玻璃管1与金属内管2的相对位置。当集热管的温度变化时，由于金属内管2和玻璃管1的线膨胀系数不同，金属内管2在长度上的变形将在25-35mm，但由于波纹管3带有柔性，所以两端的波纹管将同时被压缩15-20mm，而不会造成玻璃管1与金属内管2之间由于不同的膨胀系数造成的巨大内应力。金属内管2可承受工作流体压力，玻璃管1仅承受大气压力。
为了保证波纹管3与玻璃管1之间连接的密封性，可将可伐封接环4的一端封接入所述玻璃管1内，再将可伐封接环4的另一端与将波纹管3密封连接起来。玻璃管1上开有排气管6，通过排气管6抽真空后，所述玻璃管1与所述金属内管2之间形成密闭真空。
玻璃管1优选地采用高硼硅玻璃管，直径125MM，高硼硅玻璃管具有优异的抗水解性能，其表面镀AR减反膜后，太阳能透过率可大于92％。
金属内管2优选地选用2MM无缝不锈钢管制成，所述不锈钢管经过酸洗，精加工、真空除气等工序后，在其内管外表面镀选择性吸收膜，其吸收效率可达92％以上，可承受系统1-2.5MP压力，膜层在高温下，不蒸散；不锈钢金属内管2制成后，真空度可优于4.0×10-4Pa。
由于玻璃管1的材质为玻璃，而波纹管3一般采用金属材料，如不锈钢材质制作，所以在不同的温度时，金属与玻璃两种材料的膨胀系数不同，所以需采用膨胀系数与玻璃接近的可伐材料封接，所以本发明中采用可伐封接环4将玻璃管1与波纹管3密封连接。本发明将可伐封接环4的一端完全封接入所述玻璃管1内，比目前的涂敷、单面熔接等工艺更能保证玻璃管1和波纹管3之间的密封性。
为了满足封接应力的要求和机械强度的要求，所述可伐封接环4的半径可由一端到另一端逐渐增大，形成一端粗一端细的喇叭形或碗形，其细端熔入所述玻璃管1内，其粗端朝向所述玻璃管1的外侧。这种变径封接环通过不同直径的传递来减缓金属内管2和玻璃管1之间由于不同的膨胀系数而造成的膨胀应力。
可伐封接环4和所述玻璃管1封接的一端可翘起，与所述玻璃管1形成10°-30°的角度，便于将可伐封接环4的翘起端插入所述玻璃管1内，同时可伐封接环4与所述波纹管3之间能紧密连接，这样不仅能满足气密性要求，而且强度高，可实现全自动机械化生产，满足太阳能热发电的工况要求。
所述金属内管2与所述波纹管3均可采用金属材料，如不锈钢制成，所以可直接将二者焊接于一体，达到密封的效果，也可采用全自动数控焊接机器人焊接一个内封接环5将二者密封连接，内封接环5一端焊接在金属内管2的外圆周上，另一端与波纹管3焊接。这样玻璃管1与金属内管2之间便形成了一段密封空间。在玻璃管1上开一个排气管6，然后通过所述排气管6将所述的密封空间抽成真空，再将排气管6封离，这样玻璃管1与金属内管2之间便形成了密闭真空。
封接环处的玻璃可采用2种不同膨胀系数的玻璃，以满足封接强度的要求，且在高温封接与常温和工作温度下，封接处应力均小于玻璃的抗拉、抗压强度，封接、使用中均不会造成封接处的断裂与漏气。
排气管6可设置于玻璃管1的端部，距离集热管一端100MM处，排气过程中连接真空度测试器件，真空度达到设计要求后，再将排气管6与集热管封离。
所述内封接环5将所述金属内管2与所述波纹管3密封连接起来。内封接环5可先与波纹管3焊接好后，再与金属内管2焊接，在工艺上简单易行，每道焊缝均可自动化焊接，焊接后可单独检验，成品率高。内封接环5可由不锈钢管成形，直径大于金属内管2，可有效阻止集热管内的热量传递到波纹管3，同时也阻止集热管向波纹管3直接辐射热量，可有效减少热量的流失和保证波纹管3的使用寿命，使集热管效率提高。
所述集热管可进一步包括端盖7，可采用不锈钢材料制作，通过所述端盖7将所述可伐封接环4的粗端与所述波纹管3密封连接于一体，以满足封接应力要求。当该集热管在-30-500摄氏度的温度范围内使用时，端盖7的膨胀大于可伐封接环4。当可伐封接环4的粗端套于端盖7上时，端盖7受热膨胀，向外挤压可伐封接环4。而可伐封接环4为变径时，这些挤压力通过不同直径的传递后，在可伐封接环4的细端形成压应力，使玻璃管1紧压在波纹管3上，保证了不锈钢端盖7在受热膨胀时，玻璃管1与波纹管3之间的密封性。
在运输或安装过程中，所述集热管可进一步包括导向套8，其放置于所述波纹管3与端盖7之间，用以保证金属内管2与玻璃管1之间的同心度，提高太阳能的利用率。所述端盖7内部可焊接金属端罩9，可防止聚焦后的高强度太阳光直接照射在波纹管3上，确保波纹管3有较长的使用寿命。
参见图2，所述金属端罩9上可设置消气剂10，用以吸收集热管材料在长期工作中释放的气体，确保集热管在使用寿命期时其真空度保持在需要的范围内。消气剂10可以采用稀土消气剂。
该集热管可应用于太阳能海水淡化、太阳能建筑、太阳能热发电等，在其它需要中高温流体工质的场合，如工业用热、工业烘干、民用集团采暖、食品、印染、制药、建筑等行业，均可使用本集热管组成的中高温集热系统获取清洁辅助热能。

Claims (10)

1.一种中高温太阳能真空集热管，所述集热管包括玻璃管、金属内管和两个波纹管，所述玻璃管和所述波纹管均套于所述金属内管外，且所述两个波纹管分别位于所述玻璃管的两端，并将所述玻璃管固定于所述金属内管上；其特征在于：所述集热管进一步包括套于所述波纹管上的可伐封接环，所述可伐封接环的一端熔入所述玻璃管内，并将所述波纹管与所述玻璃管连接密封起来；所述玻璃管上开有排气管，通过所述排气管抽真空后，所述玻璃管与所述金属内管之间形成密闭真空。
2.如权利要求1所述的中高温太阳能真空集热管，其特征在于：所述可伐封接环的半径由一端到另一端逐渐增大，形成一端粗一端细的喇叭形或碗形，其细端熔入所述玻璃管内，其粗端朝向所述玻璃管的外侧。
3.如权利要求1或2所述的中高温太阳能真空集热管，其特征在于：所述可伐封接环熔入所述玻璃管内的一端翘起，与所述玻璃管外壁形成10°-30°的角度。
4.如权利要求1或2所述的中高温太阳能真空集热管，其特征在于：所述集热管进一步包括内封接环，将所述金属内管与所述波纹管密封连接，用于阻止集热管向波纹管直接辐射热量。
5.如权利要求2所述的中高温太阳能真空集热管，其特征在于：所述集热管进一步包括端盖，通过所述端盖将所述可伐封接环的粗端与所述波纹管密封连接于一体，以满足封接应力要求。
6.如权利要求5所述的中高温太阳能真空集热管，其特征在于：所述集热管进一步包括导向套，其放置于所述波纹管与端盖之间，以保证金属内管与玻璃管之间的同心度。
7.如权利要求5所述的中高温太阳能真空集热管，其特征在于：所述端盖内部焊接有金属端罩，用于防止聚焦后的阳光直接照射所述波纹管。
8.如权利要求7所述的中高温太阳能真空集热管，其特征在于：所述金属端罩上带有消气剂，以保持所述玻璃管与所述金属内管之间的真空度。
9.如权利要求1所述的中高温太阳能真空集热管，其特征在于：所述金属内管为不锈钢金属内管，其外表面镀有选择性吸收膜。
10.如权利要求1所述的中高温太阳能真空集热管，其特征在于：所述玻璃管为高硼硅玻璃管，所述玻璃管上镀有AR减反射膜。
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