CN102062488A - 组合式聚光型直通集热管及其安装方法 - Google Patents

组合式聚光型直通集热管及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种组合式聚光型直通集热管及其制造方法，属于太阳能集热领域，其特征在于：集热管由多组金属内管和玻璃外管连接组成，其中金属内管表面设有吸热涂层，每组金属内管和玻璃外管之间通过支撑连接件相连接，集热管两端安装有密封端盖，集热管中设有波纹补偿管，集热管的一端连接有抽真空装置，安装时，先集中安装金属内管和波纹补偿管，再安装玻璃外管。本发明采用集中补偿方式，减少了集热管的无效部分，增大了有效光热比表面换热面积，金属内管表面设有的吸热涂层，提高了金属内管的导热换热性能，只在集热管的一端设置抽真空装置，可以对集热管进行集中抽真空，减轻了劳动强度，简化了生产工艺。

Description

组合式聚光型直通集热管及其安装方法
技术领域
本发明涉及一种组合式聚光型直通集热管及其安装方法，属于太阳能集热领域。
背景技术
目前，CSP槽式太阳能热发电是目前世界上唯一一种商业化运营的太阳能发电成功利用的集热方式。其核心技术是线聚焦集热直通管CHE。其结构为带有吸热涂层金属内管，主要是光热转换换热和介质输送。外管为透光玻璃，玻璃外管与金属内管之间为抽真空绝热层。金属内管为了调节受热后的金属管的线性膨胀系数，在内管上或外管部分连接有金属波纹管的补偿器。一般由于考虑线性膨胀系数较小的不锈钢材料，内管与外管的封接为可阀合金焊接或玻璃熔接，以调节温度变化带来的玻璃与金属膨胀系数的不同产生的破坏性应力。一般规格为2米和4米管，已有技术制作工艺要求高，由于每根管子上都带有一段或二段的补偿波纹管，不仅整个管子的焊接点多，承压和耐腐蚀性能降低，其突出缺点是比表面有效光热、换热面积减小，每根管子无效部分在1/4～1/6之间，再加之管子管头焊接部分的无效区，集热阵的整个无效部分平均1/4左右，因此单位光热转换效率明显降低，加之采用不锈钢合金管，虽然线性膨胀系数较小，但导热系数(导热系数17～18w/mk)也低，影响了吸热涂层与介质之间的换热能力。焊接时采用的阀合金密封焊接不仅成本高，由于合金熔点的高低，对膨胀系数调节和耐温性能较难控制，也不便于产业化，虽然由于采用了真空绝热，热损系数较低(实际上管头端盖部分金属材料，管子的绝热性能也不理想)，但性价比不高。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种解决了上述缺陷的，减少了集热管的无效部分，增大了有效光热比表面换热面积和金属内管的导热换热性能的组合式聚光型直通集热管及其安装方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种组合式聚光型直通集热管，其特征在于：集热管由多组金属内管和玻璃外管连接组成，其中金属内管表面设有吸热涂层，每组金属内管和玻璃外管之间通过支撑连接件相连接，集热管两端安装有密封端盖，集热管中设有波纹补偿管，集热管的一端连接有抽真空装置。
玻璃外管两端可以为钝头增强式翻边法兰结构，也可以为承插式结构，金属内管的两端为螺接结构，金属内管的材质可以选择导热率较高和耐腐蚀性能好的铜、铝及不锈钢合金金属材料，也可是陶瓷碳化硅、碳素等非金属复合材料。金属内管可以是圆管或方管或三角形管，在金属内管的外层涂镀吸热涂层或在金属内管的外层包覆有如吸热涂层的金属翅片。
所述的支撑连接件包括管状壳体，管状壳体的两侧分别开有环形的外管固定槽，外管固定槽的直径与玻璃外管端部的直径相适应，管状壳体内侧连接有支撑架，支撑架上开有内管固定孔，内管固定孔的大小和形状与金属内管相适应。
所述的支撑连接件上设有金属固定卡。
所述的抽真空装置由负压罐和真空泵组成。
支撑连接件的支撑架部分采用耐高温的高密度无机绝热材料或用金属薄皮包覆的上述材料：如硅酸铝、碳化硅、石棉或二氧化硅泡沫。管状壳体部分的材料可以是硅橡胶、氟塑料或高密度氨基树脂泡沫等。
为了便于安装和检修更换，支撑连接件可做成相拼接的结构，以便于在金属内管上套装。金属固定卡为两半圆结构式圆形带状开口结构，主要作用是连接固定玻璃外管和固定连接集热管支架。
一种组合式聚光型直通集热管的安装方法，其特征在于包括以下步骤：
a、在集热管固定支架上，将多个金属内管依次对接；
b、在金属内管之间设置波纹补偿管；
c、从一端开始，在金属内管上穿入支撑连接件，随后套入玻璃外管，将玻璃外管卡入外管固定槽内，随后将玻璃外管的另一端卡入另一支撑连接件，再套入下一玻璃外管和下一支撑连接件，重复直至达到预定的长度，整体组成集热管；
d、在集热管的两端安装密封端盖；
f、在集热管的一端，连接抽真空装置，抽真空装置与金属内管和玻璃外管之间的间隙相通。
所述的a步骤中，可根据实际需要设定金属内管的数量，一般为2～20个，b步骤中，根据金属内管的材质的不同，计算出相应的补偿系数，根据补偿系数计算出需要的波纹补偿管数量，每隔适当的距离，在金属内管之间集中设置波纹补偿管。
本发明所具有的有益效果是：组合式聚光型直通集热管及其安装方法采用集中式的补偿方法，即据金属内管的材质的不同，计算出相应的补偿系数，根据补偿系数计算出需要的波纹补偿管数量，每隔适当的距离，在金属内管之间集中设置波纹补偿管，避免了原有技术中每跟金属内管两端都需要设置波纹补偿管，从而减少了集热管的无效部分，增大了有效光热比表面换热面积，金属内管表面设有的吸热涂层，提高了金属内管的导热换热性能，只在集热管的一端设置抽真空装置，可以对集热管进行集中抽真空，减轻了劳动强度，简化了生产工艺。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是支撑连接件的结构示意图。
图中：1、金属内管；2、玻璃外管；3、支撑连接件；4、密封端盖；5、波纹补偿管；6、负压罐；7、管状壳体；8、外管固定槽；9、支撑架；10、内管固定孔；11、金属固定卡；12、真空泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
实施例1：
如图1～2所示，集热管由多组金属内管1和玻璃外管2连接组成，其中金属内管1表面设有吸热涂层，每组金属内管1和玻璃外管2之间通过支撑连接件3相连接，集热管两端安装有密封端盖4，集热管中设有波纹补偿管5，集热管的一端连接有抽真空装置。
支撑连接件3包括管状壳体7，管状壳体7的两侧分别开有环形的外管固定槽8，外管固定槽8的直径与玻璃外管2端部的直径相适应，管状壳体7内侧连接有支撑架9，支撑架9上开有内管固定孔10，内管固定孔10的大小和形状与金属内管1相适应，支撑连接件3上设有金属固定卡11，抽真空装置由负压罐6和真空泵12组成。
玻璃外管2采用￠120×4000×3的高硼硅玻璃管经钝头法兰加工塑形。金属内管1为￠76×6000×3的紫铜管，导热系数≥380W/M·K。吸热涂层为镀黑铬或氮氧化钛选择性吸热涂层。支撑连接件3为复合材料结构，管状壳体7为SUS不锈钢，支撑架9部分为石墨，不锈钢与石墨材料之间为硅酸铝材料。支撑连接件3规格为￠125×￠78×20，连接集热管，其有效换热长度为98％，比传统有效换热长度的75％多出23％，单位热效率提高了23％。
波纹补偿管5由外管和内管组成，外管为￠120×4000×3的高硼硅玻璃透明管，内管为带有选择性吸热涂层的不锈钢SUS波纹管(￠76×4000×3)，线性补偿系数为30％。金属内管为紫铜管，集热温度为400℃，线性膨胀系数在2.5％，在集热管中，每隔50m中置入安装4米规格的波纹补偿管1组，平均40～45米安装一组。
采用集中负压真空技术方案，可集中除湿抽真空绝热保温，有效使集热管线保持较低的热损系数。根据金属内管1和玻璃外管2之间的空间大小调节抽真空装置的负压罐6和真空泵12的负压值处理量。
一个集热工程中配有一个或多个负压罐6和真空泵12，将集热阵中每行的一端的抽真空管并联至负压罐6，负压罐6连结于真空泵12。一般将负压设定在0.3-0.6MPa之间，当管内负压真空度达不到设定值时，真空泵12自动启动。负压罐6可采用碳钢或不锈钢压力容器负压罐，容积可在1～100立方米之间。

Claims (5)

1.一种组合式聚光型直通集热管，其特征在于：集热管由多组金属内管和玻璃外管连接组成，其中金属内管表面设有吸热涂层，每组金属内管和玻璃外管之间通过支撑连接件相连接，集热管两端安装有密封端盖，集热管中设有波纹补偿管，集热管的一端连接有抽真空装置。
2.根据权利要求1所述的组合式聚光型直通集热管，其特征在于：所述的支撑连接件包括管状壳体，管状壳体的两侧分别开有环形的外管固定槽，外管固定槽的直径与玻璃外管端部的直径相适应，管状壳体内侧连接有支撑架，支撑架上开有内管固定孔，内管固定孔的大小和形状与金属内管相适应。
3.根据权利要求1所述的组合式聚光型直通集热管，其特征在于：所述的支撑连接件上设有金属固定卡。
4.根据权利要求1所述的组合式聚光型直通集热管，其特征在于：所述的抽真空装置由负压罐和真空泵组成。
5.一种组合式聚光型直通集热管的安装方法，其特征在于包括以下步骤：
a、在集热管固定支架上，将多个金属内管依次对接；
b、在金属内管之间设置波纹补偿管；
c、从一端开始，在金属内管上穿入支撑连接件，随后套入玻璃外管，将玻璃外管卡入外管固定槽内，随后将玻璃外管的另一端卡入另一支撑连接件，再套入下一玻璃外管和下一支撑连接件，重复直至达到预定的长度，整体组成集热管；
d、在集热管的两端安装密封端盖；
e、在集热管的一端，连接抽真空装置，抽真空装置与金属内管和玻璃外管之间的间隙相通。
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