CN102147043A - 高温真空管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温真空管，其主要包括法兰、内管、波纹管、外管，内管和外管的两端都分别与法兰连接，波纹管与外管连接，用来补偿膨胀量，外管的内壁进行抛光，本发明采用了光洁度高的金属表面对红外波段的热辐射进行反射，有效地降低了辐射热损失，内外管间夹层抽真空的设计抑制了空气热传导和热对流造成的热量损失。本发明高温真空管在高温下对辐射传热进行了更有效的抑制，对热传输具有良好的抑制作用，有效防止了热量在传输过程中的流失。

Description

高温真空管

技术领域

本发明涉及一种高温真空管，尤其涉及一种在太阳能热发电领域的高温真空管。

背景技术

已有技术的太阳能热发电装置中包括大量的输送高温流体的流体管道，如图3和图4所示，流体管道5由大量的高温绝热管首尾相互衔接构成，高温真空管应当具有防止内部高温流体的热量向外部传递的结构，这样才能有效提高太阳能发电的效率。

热能的传递有三种基本方式：热传导、热对流与热辐射。物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递成为热传导；热对流是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程；物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射，物体会因各种原因发出辐射能，其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。当温度高达800至1000℃，传热过程以辐射传热为主，而且辐射波长位于红外线(又称热射线)区段中0.76至20μm的范围内。

在太阳能发电领域中，热量传递是很重要的一个环节，而热传递技术对整个太阳能发电系统起到很重要的作用，热传递技术不好，收集的能量在热量传递过程中流失很多，发电效率降低，热传递技术先进，收集的热量不易流失，发电效率高。槽式系统传递热量的工质一般为油、水；碟式系统的加热工质一般为导热油、甲苯、氦气；塔式系统的加热工质一般为熔融盐、水、空气。

当前高温工业领域应用的绝热材料主要为耐高温陶瓷纤维，诸如硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维或氧化锆纤维等，被誉为第三代耐火材料。它们具有质轻、耐高温、热容量小的特点。其中硅酸铝纤维的生产量最大，应用的范围最广阔。这些绝热材料都有一个共同的特性—气孔率很高，在温度较低时具有低的热导率。但是，随着温度的升高，导致气体分子热运动加速，空气导热与绝对温度的平方根近似成正比，辐射导热与绝对温度的三次方成正比，即辐射的贡献随温度的升高成三次方增大，当温度高达800至1000℃，辐射传热成为主要的传热方式。所以，高温下陶瓷纤维绝热材料的热导率都比较高，热量损失较多，这样的高温绝热管质量较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种高温真空管，其采用了光洁度高的金属表面对红外波段的热辐射进行反射，有效地降低了辐射热损失。另一方面，内外管间夹层抽真空的设计抑制了空气热传导和热对流造成的热量损失：

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种高温真空管，由内管、外管、波纹管和法兰组成，内管和外管长度相同，内管的外径小于外管的内径，内管置于外管的内部，一对所述法兰设置在内管和外管的两端，内管和外管的两端都分别焊接在法兰上，波纹管的管壁呈波纹状，波纹管的半径与外管的半径相同，可以将外管中部截断并将波纹管焊接于其内，波纹管具备较好的伸缩性能。

所述外管的内壁进行抛光，也可以在所述外管的内壁镀一层金属。

所述内管、外管和波纹管之间围成良好的密闭空间，所述密闭空间进行抽真空，既可以通过抑制热传导和热对流来降低热量损失，又可以有效地防止外管内壁因为氧化而引起的反射性能下降，从而延长使用寿命。

所述高温真空管的外管外层可用保温材料进行保温。

所述保温材料为硅酸铝棉，也可以为其他常用材质。

所述高温真空管可根据需要对节连接，即高温真空管之间采用螺栓连接，并且在高温真空管之间采用密封材料进行密封。

各所述真空管之间采用法兰连接，法兰之间采用夹有柔性石墨带的金属缠绕垫密封。

所述高温真空管的外管外面设置保温棉的保温层。

该高温真空管不仅可以用于输送高温的流体，也可以用于输送低温的流体，有防止外界热量侵入的效果。

本发明的有益效果是：

本发明在高温下对辐射传热进行了更有效地抑制，有效地防止了流经高温真空管气体热量的流失，提高了传热效率，保证了热量传输。

附图说明

图1为本发明高温真空管的主视剖视图

图2为本发明高温真空管的立体图

图3为具有已有技术的高温绝热管构成的流体管道的太阳能热发电装置中俯视图

图4为具有已有技术的高温绝热管构成的流体管道的太阳能热发电装置结构侧视图

图中：

1：法兰  2：内管  3：波纹管  4：外管  5：流体管道

具体实施方式：

本发明高温绝热管为高温真空管，又称真空夹层管，热能的传递有三种基本方式：热传导、热对流与热辐射。当温度高达800至1000℃，传热过程以辐射传热为主，而且辐射波长位于红外线(又称热射线)区段中0.76至20μm的范围内。为了减少高温下的热量损失，必须对辐射传热进行抑制。光洁度高的金属表面对红外辐射的反射率比较高，可以用来降低辐射传热，真空夹层管就是利用了这一原理。

本发明高温真空管主要由以下部分组成：

法兰1，作用为连接和密封；

内管2，材质为不锈钢，型号为310S；

波纹管3，作用为膨胀量补偿；

外管4，材质为不锈钢，型号为304。

将金属结构的外管4内壁进行抛光，用来反射热辐射的能量。内管2和外管4之间进行抽真空，既可以通过抑制热传导和热对流来降低热量损失，又可以有效地防止外管4的内壁因为氧化而引起的反射性能下降，从而延长使用寿命。

原理：当工作介质进入高温真空管的内管2，它所携带的热量将通过三种方式向周围环境传递(即向外散热)：热传导、热对流与热辐射。由于内外管之间进行了抽真空处理，形成了真空腔，气相热导导热因子和气相对流导热因子趋向于零，从而有效地抑制了热传导和热对流，降低了热量损失。而辐射传热是依靠电磁波辐射实现热冷物体间热量传递的过程，是一种非接触式传热，在真空中也能进行。当热辐射通过内管2和真空腔，到达外管4的内壁时，抛光后的金属面会反射红外波段的热辐射，阻止热量向外传递。也就是说，高温真空管对热量传递的三种方式都有明显的抑制作用，有效地降低了热量损失。

在已有技术中，当前高温工业领域应用的绝热材料主要为耐高温陶瓷纤维，诸如硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维或氧化锆纤维等，被誉为第三代耐火材料。它们具有质轻、耐高温、热容量小的特点。其中硅酸铝纤维的生产量最大，应用的范围最广阔。这些绝热材料都有一个共同的特性—气孔率很高，在温度较低时具有低的热导率。但是，随着温度的升高，导致气体分子热运动加速，空气导热与绝对温度的平方根近似成正比，辐射导热与绝对温度的三次方成正比，即辐射的贡献随温度的升高成三次方增大，当温度高达800至1000℃，辐射传热成为主要的传热方式。所以，高温下陶瓷纤维绝热材料的热导率都比较高，热量损失较多。

本发明高温真空管由内管2、外管4、波纹管3和法兰1组成，内管2和外管4长度相同，内管2的外径小于外管4的内径，内管2置于外管4的内部，一对法兰1设置在内管2和外管4的两端，内管2和外管4的两端都分别焊接在法兰1上，波纹管3的管壁呈波纹状，波纹管3的半径与外管4的半径相同，可以将外管4中部截断并将波纹管3焊接于其内。也可以将波纹管3两端分别焊接上与之内、外径相同的钢管，则这两个钢管相当于上述的外管4，此时，内管2的长度应为波纹管3与两个钢管长度之和。波纹管3具备较好的伸缩性能，可以用来补偿或抵销外管4因温度变化而产生的膨胀量。

所述外管4的内壁进行抛光，用来将真空管中热辐射的能量反射到内管2中，阻止高温真空管中的能量流失。

所述内管2、外管4和波纹管3之间围成良好的密闭空间，所述密闭空间进行抽真空，消除了热量传输的介质，既可以通过抑制热传导和热对流来降低热量损失，又可以有效地防止外管4内壁因为氧化而引起的反射性能下降，从而延长高温真空管的使用寿命。

所述高温真空管的外管4外层可用保温材料进行保温。

所述保温材料为硅酸铝棉，也可以为其他常用材质。

所述高温真空管可根据需要对节连接，即高温真空管之间采用螺栓连接，并且在高温真空管之间采用密封材料进行密封。

各所述真空管之间采用法兰1连接，法兰1之间采用夹有柔性石墨带的金属缠绕垫密封。法兰1具有多个螺孔，相邻法兰1的螺孔间用螺丝紧固，使法兰1连接为一体。

也可以在所述外管4的内壁镀一层金属，同样可以起到与表面抛光相同的防止热辐射的传播效果。

所述高温真空管的外管4外面设置保温棉的保温层。

该高温真空管不仅可以用于输送高温的流体，也可以用于输送低温的流体，有防止外界热量侵入的效果。

本发明高温真空管技术采用了光洁度高的金属表面对红外波段的热辐射进行反射，有效地降低了辐射热损失。另一方面，内管2和外管4间夹层抽真空的设计抑制了空气热传导和热对流造成的热量损失。与已有技术的绝热材料相比，高温真空管在高温下对辐射传热进行了更有效地抑制。

如图1所示和图2所示，太阳能热发电装置主要包括太阳能聚光镜、太阳能集热器、桁架、导轨、下导轨、太阳能塔、支撑梁、储存器、加热器和发电机，上述各部件之间设置了大量的流体管道5，流体管道5包括热空气传输管道、热蒸汽传输管道和热水传输管道，每条流体管道5由大量的高温真空管首尾相互衔接构成，当工作介质进入高温真空管的内管2时，它所携带的热量将通过三种方式向外散热：热传导、热对流与热辐射。由于内管2和外管4之间进行了抽真空处理，形成了真空腔，气相热导的导热因子和气相对流的导热因子的数量趋向于零，从而有效地抑制了热传导和热对流，降低了热量损失。而辐射传热是依靠电磁波辐射实现热冷物体间热量传递的过程，是一种非接触式传热，在真空中也能进行。当热辐射通过内管2和真空腔，到达外管4内壁时，抛光后的外管4的内金属面将能够反射红外波段的热辐射，阻止热量向外辐射。高温真空管对热量传递的三种方式都有明显的抑制作用，有效地降低了热量损失。

高温真空管的直径和长度可以根据实际情况来制作。

本发明真空夹层管由内管、外管、波纹管和法兰组成，其中，内管和外管与法兰连接，波纹管与外管连接用来补偿膨胀量。而且，外管内壁进行抛光，用来将真空管中热辐射的能量反射到内管中，阻止高温真空管中的能量流失。另外，内管和外管之间进行抽真空，既可以通过抑制热传导和热对流来降低热量损失，又可以有效地防止外管内壁因为氧化而引起的反射性能下降，从而延长使用寿命。本发明采用了光洁度高的金属表面对红外波段的热辐射进行反射，有效地降低了辐射热损失。另一方面，内外管间夹层抽真空的设计抑制了空气热传导和热对流造成的热量损失。与已有技术绝热材料相比，本发明高温真空管在高温下对辐射传热进行了更有效地抑制。

Claims (9)

1.一种高温真空管，其特征是：所述高温真空管由内管(2)、外管(4)、波纹管(3)和一对法兰(1)组成，内管(2)和外管(4)的两端都分别与法兰(1)连接，波纹管(3)与外管(4)连接，用来补偿膨胀量。

2.根据权利要求1所述的高温真空管，其特征是：所述外管(4)的内壁进行抛光，用来将真空管中热辐射的能量反射到内管(2)中，阻止高温真空管中的能量流失。

3.根据权利要求1所述的高温真空管，其特征是：所述内管(2)和外管(4)之间进行抽真空，既可以通过抑制热传导和热对流来降低热量损失，又可以有效地防止外管(4)内壁因为氧化而引起的反射性能下降，从而延长使用寿命。

4.根据权利要求1所述的高温真空管，其特征是：所述高温真空管的外管(4)外层可用保温材料进行保温。

5.根据权利要求4所述的高温真空管，其特征是：所述保温材料为矿物质棉。

6.根据权利要求1所述的高温真空管，其特征是：所述高温真空管可根据需要对节连接，即高温真空管之间采用螺栓连接，并且在高温真空管之间采用密封材料进行密封。

7.根据权利要求6所述的高温真空管，其特征是：各所述真空管之间采用法兰(1)连接，法兰(1)之间采用夹有柔性石墨带的金属缠绕垫密封。

8.根据权利要求1所述的高温真空管，其特征是：所述外管(4)的内壁镀一层金属，降低辐射传热。

9.根据权利要求1所述的高温真空管，其特征是：所述高温真空管的外管(4)外面设置保温棉的保温层。

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