CN102278832B - 内聚光减容太阳能中高温集热管的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内聚光减容太阳能中高温集热管的制作方法。该集热管它包括透光材料制成的外罩管和同轴的吸热管及装配在二者间的复合抛物线反射板构成的真空内聚光太阳能集热器，真空内聚光太阳能集热器内配装有热能传导器，所述热能传导器由金属套管和装配在金属套管内的金属导流腔管及充装在金属套管和导流腔管内的导热介质构成；所述金属套管插装在吸热管的内腔中，二者间紧密接触，金属导流腔管与金属套间构成导热热介质传输通路。制作中高温集热管步骤是，首先制作真空内聚光太阳能集热器，其次制作热能传导器，最后组装成型，该方法制作的中高温集热管集热效率高、传热速度快、安全，是一种理想的将太阳能转化为中高温热源加以利用的内聚光减容太阳能中高温集热管。

Description

内聚光减容太阳能中高温集热管的制作方法

技术领域

本发明涉及一种内聚光减容太阳能中高温集热管的制作方法。

背景技术

目前用于太阳能的集热管主要有两类，其一是全玻璃真空集热管，其管的一端为盲端，另一端为与联集器连通的开口端，该类集热管以水为热传导介质。另一类是玻璃双真空热管，该管的两端都为盲端，其采用一种导热介质做为太阳能集热管的热传导介质。该两类集热管已广泛应用于太阳能热水器，而太阳能热水器作为一种提供廉价热源的生活用品深受广大公众喜爱。为了进一步提高太阳能集热管的集热温度和热效率，中国专利文献于2006年11月15日公开了一种申请号为：200610082953.2,名称为：内聚光真空太阳能集热管的技术方案，该技术方案采用透光材料制成外真空管，在外真空管内沿轴向设有吸热管，并在外真空管内的下方沿轴向还设有反光板，反光板的横截面为开口向上、并列的双抛物线或横截面为开口向上的抛物线，吸热管位于由双抛物线或抛物线的焦点构成的轴上。该种技术方案虽然通过反光板能有效地增加吸收太阳能的热效率，但该专利仍存在如下技术缺陷：1、由于该方案反光板的焦轴、吸热管与外罩管三者间为中心轴不重合结构。因此不但加大了集热管加工制作及装配安装的难度。特别是反光板采用双抛物面或抛物面的非跟踪结构，造成了一定时间内反射板焦轴一部分脱离吸热管表面，使得吸热效率下降。2、该方案的吸热管采用硼硅玻璃制作，该种材料制成的吸热管，当达到高温时易炸管破裂淌出热介质，造成系统运行失败。并且吸热管两端头采用开口封接结构，其封接口受热时极易引起吸热管膨胀炸管破碎。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能利用率高的内聚光减容太阳能中高温集热管的制作方法。

本发明的目的是这样实现的：该内聚光减容太阳能中高温集热管的制造方法由以下步骤完成：

1）真空内聚光太阳能集热器的制作

外罩管的制作：将玻璃胚管的一端熔烧制成收缩口结构，其收缩口直径尺寸与吸热管直径配合，另一端为定尺熔断敞口，其直径保持原直径不变，内外清洗待用；

吸热管的制作：将直径小于外罩管的玻璃胚管定尺熔断，其中一端熔烧封口、清洗、干燥，并在外表层溅射耐高温太阳能吸收膜待用；

反射板的制作：将基板模压成型为复合抛物面形状后，清洗、镀膜待用；

组装：首先将带弹性支撑托架的抛物面反射板从外罩管的敞口端插入外罩管的内腔中，然后装配吸热管的弹性支撑架，弹性支撑架装配在外罩管内腔的内端部，吸热管的封口端头插装在弹性支撑架上，吸热管的开口端与外罩管的收缩口端熔接为一体，由外罩管的敞口端熔接封口并抽真空；吸热管和外罩管及反射板组合构成真空内聚光太阳能集热器；

2）热能传导器的制作

金属套管的制作：将金属胚管的一端口焊接封堵，其另一端加工制成连接螺纹待用；

金属导流空腔体的制作：选择直径小于金属套管的金属胚管作为金属导

流管，并将其一端头加工制成连接插接口待用；金属空腔体为两端口开放的空腔管，其直径大于金属导流管小于金属套管；将金属导流管插装在金属空腔体内，其端头伸出金属空腔体外，二者焊接为一体，并组合构成金属导流

空腔体；

3）成装

将金属导流空腔体插装在金属套管内，二者组合构成热能传导器；再将热能传导器插装在真空内聚光太阳能集热器吸热管的内腔室中，其二者间加装弹性支撑卡；金属套管装配在贴近吸热管内壁处；金属导流空腔体和金属套管间形成的环形通路与金属导流管构成导热介质传输通路；由真空内聚光太阳能集热器和热能传导器组合构成了内聚光减容太阳能中高温集热管。                  

本发明取得的技术进步是：1、真空内聚光，集热效率高。由吸热管和外罩管及反光板组合构成真空内聚光太阳能集热、隔热空间，内吸热管与外罩玻璃管采用同轴套管，内外管之间抽真空；内吸热管接光表面溅射沉积耐高温选择性太阳能吸收膜，运用复合抛物面反光板，实现了360度采光，提高了光能密度和管内介质温度；内置聚光反射板不受大气灰尘污染和侵蚀，聚光效果好，使用寿命长，且不需要跟踪装置，使用成本更低。使聚光比达到3—4:1。外罩管表面灰尘用水冲洗方便。2、升热速度快，在真空管吸热管内侧设置金属套管，金属套管作为介质接触管，达到介质与玻璃管隔离的目的，提高了集热元件的安全可靠性，有效解决因玻璃真空管破裂而造成的系统瘫痪和热介质伤人事故。为进一步提高真空管辐射能量和受热介质间的比值，在金属套管内置入耐温金属导流空腔体，使集热管内的容量减少60%以上，在金属导流空腔体和金属套管之间形成了环形加热空间，从而保证了在阳光辐射能照射下迅速提高介质温度并导出，如果把原来管内的的液柱体积比做1，则金属套管内置入耐温玻璃空腔体使聚光面与介质体积比达到3-4:0.4即7.5-10:1。加快了真空管内的升温传质速度。3、传质传热效率高，在一端封闭的玻璃真空管中，由于真空管两面接受光照不同，其内部形成了温度差，产生了导热介质的密度差流动动力，而在弱聚光器使用条件下，真空管四周受热，导致真空管内温度均衡，降低传质能力。为提高高温差条件下的传热传质，采用导流管结构，在空腔体内设置一根导流管构成金属导流空腔体，有效减少了导热介质在传输通路内的容积，降低了导热介质在传输通道内形成的环柱状液层的厚度，从而大大提高了导热介质的升温速度。低温流体直接导入每只集热管底部，强制顶替出管内被加热流体。提高传质传热效率。4、安全承压，外罩管与吸热管采用内外同轴的组装结构，即一端缩颈封口，吸热管另一端为自由端被封闭在外罩管内由支撑卡支撑的结构。达到整体受力均匀，不仅便于组装生产，还有效防止了膨胀炸管现象的发生。同时集热管内的金属套管与集箱的连接采用丝扣连接。在普通真空管集热器上，各真空管与集箱间采用的是承插胶圈密封结构，在高温集热器内，此结构已不能满足系统温度要求。本发明采用金属套管与集箱间丝扣连接密封面密封，且金属套管与玻璃真空管中间设有耐高温封尘圈，保证每一个接口不漏介质不进尘土并保证热能不外泄。系统工作压力低更安全可靠。总之本发明集热效率高，传热速度快，是一种理想的将太阳能转化为中高温热源加以利用的内聚光减容太阳能中高温集热管。

附图说明

图1为本发明集热管的整体结构示意图。

图2为图1的A-A横截面结构示意图。

具体实施方式

下面以附图为实施例对本发明进一步的说明。如图1所示，内聚光减容太阳能中高温集热管它由真空内聚光太阳能集热器和热能传导器构成。所述真空内聚光太阳能集热器包括透光材料制成的外罩管1和同轴的吸热管4及装配在二者间的反射板3，外罩管1和吸热管4二者封闭形成真空层2，并且为了提高吸热管4的吸热效率，在吸热管4的外表层设有耐高温太阳能吸收膜。反射板3为一复合抛物面反射板，反射板3装配在外罩管1和吸热管4二者形成的真空层2内的外罩管1内壁下半周的弧面上，如图2所示。

上述所说热能传导器由金属套管5和装配在金属套管5内的金属导流腔管及充装在金属套管5和导流腔管内的导热介质构成，所述金属套管5插装在吸热管4的内腔中，金属套管5与吸热管4间紧密接触进行传导传热。当外部玻璃管损坏时，可方便的更换玻璃管。金属导流腔管与金属套管5间构成导热介质传输通路9。所述金属导流腔管由金属导流管7和金属空腔体6组成，导流管7的两端头延伸出金属空腔体6的两端头外，金属空腔体6和金属套管5间形成的环形通路与金属导流管7构成导热介质传输通路9。由以上真空内聚光太阳能集热器和热能传导器组合构成了内聚光减容太阳能中高温集热管。

制作上述内聚光减容太阳能中高温集热管的方法由以下步骤完成：

1）真空内聚光太阳能集热器的制作

外罩管1的制作：将玻璃胚管的一端熔烧制成收缩口结构，其收缩口直径尺寸与吸热管4直径配合，另一端口为定尺熔断敞口，其直径保持原直径不变，内外清洗待用；

吸热管4的制作：将直径小于外罩管1的玻璃胚管定尺熔断，其中一端熔烧封口、清洗、干燥，并在外表层溅射耐高温太阳能吸收膜待用；

反射板3的制作：将基板模压成型为复合抛物面形状后，清洗、镀膜待用；

组装：首先将带弹性支撑托架的复合抛物面反射板3从外罩管1的敞口端插入外罩管1的内腔中，用金属材料制作的复合抛物面反射板3，通过自身的张力与外罩管1内壁作用形成相互支撑力。为防止反射板3围绕其轴心扭转、塌陷和变形，在反射板3的背面设置若干个弹性托架8支撑固定，将反射板3的反射面定位在与外罩管1和吸热管4的同一轴向和径向上，形成了外罩管1、吸热管4与反射板3三者间的同轴结构，确保了反射板3的反射光在外罩管1的中心线周围一定的范围内，实现了非移动跟踪与360度的采光。然后装配吸热管4的弹性支撑架10，弹性支撑架10装配在外罩管1内腔的内端部，吸热管4的内端头插装在弹性支撑架10上，吸热管4的开口端与外罩管1的收缩口端熔接为一体，由外罩管1的敞口端抽真空并熔接封口；吸热管4和外罩管1及反射板3组合构成真空内聚光太阳能集热、隔热空间；

2）热能传导器的制作

金属套管5的制作：将金属胚管的一端口焊接封堵，其另一端加工制成连接喇叭口套装由壬待用；

金属导流空腔体的制作：选择直径小于金属套管5的金属胚管作为金属导流管7，并将其一端头加工制成连接插接口待用；金属空腔体6为两端口开放的空腔管，其直径大于金属导流管7小于金属套管5；将金属导流管7插入金属空腔体6内，其端头伸出金属空腔体6外，二者焊接为一体，并组合构成金属导流空腔体。

3）成装

将金属导流空腔体插装在金属套管5内，二者组合构成热能传导器；再将热能传导器插装在真空内聚光太阳能集热器吸热管4的内腔室中，其二者的内端头间加装弹性支撑卡11；金属套管5装配在贴近吸热管4的内壁处，金属导流空腔体和金属套管5间形成的环形通路与金属导流管7构成导热介质传输通路9；由真空内聚光太阳能集热器和热能传导器组合构成了内聚光减容太阳能中高温集热管。

本发明使用时，需要与内插联集箱配合使用。内插联集箱由内插管和外联集箱、保温层、金属壳体构成。将金属导流空腔体的上端用承插结构接在内插管的分支接头上，把金属套管5用对丝结构连接在外联集箱的分支接头上，连接面用无机密封盘根密封。金属套管5与真空内聚光太阳能集热器之间用无机密封盘根封接。逐只连接构成单台高温集热器。使用时，开启输送泵，将低温导热介质通过内插管送入并充满热能传导器，通过传导吸收来自

真空内聚光太阳能集热器的热能，把导热介质加热，并顺利传递出来。从而实现太阳能的高温集热、安全、高效传质传热的效果。

Claims (1)

1.一种内聚光减容太阳能中高温集热管的制造方法，其特征在于它由以下步骤完成：

1）真空内聚光太阳能集热器的制作

外罩管的制作：将玻璃胚管的一端熔烧制成收缩口结构，其收缩口直径尺寸与吸热管直径配合，另一端为定尺熔断敞口，其直径保持原直径不变，内外清洗待用；

吸热管的制作：将直径小于外罩管的玻璃胚管定尺熔断，其中一端熔烧封口、清洗、干燥，并在外表层溅射耐高温太阳能吸收膜待用；

反射板的制作：将基板模压成型为复合抛物面形状后，清洗、镀膜待用；

组装：首先将带弹性支撑托架的抛物面反射板从外罩管的敞口端插入外罩管的内腔中，然后装配吸热管的弹性支撑架，弹性支撑架装配在外罩管内腔的内端部，吸热管的封口端头插装在弹性支撑架上，吸热管的开口端与外罩管的收缩口端熔接为一体，由外罩管的敞口端熔接封口并抽真空；吸热管和外罩管及反射板组合构成真空内聚光太阳能集热器；

2）热能传导器的制作

金属套管的制作：将金属胚管的一端口焊接封堵，其另一端加工制成连接螺纹待用；

金属导流空腔体的制作：选择直径小于金属套管的金属胚管作为金属导流管，并将其一端头加工制成连接插接口待用；金属空腔体为两端口开放的空腔管，其直径大于金属导流管小于金属套管；将金属导流管插装在金属空腔体内，其端头伸出金属空腔体外，二者焊接为一体，并组合构成金属导流空腔体；

3）成装

将金属导流空腔体插装在金属套管内，二者组合构成热能传导器；再将热能传导器插装在真空内聚光太阳能集热器吸热管的内腔室中，其二者间加装弹性支撑卡；金属套管装配在贴近吸热管内壁处；金属导流空腔体和金属套管间形成的环形通路与金属导流管构成导热介质传输通路；由真空内聚光太阳能集热器和热能传导器组合构成了内聚光减容太阳能中高温集热管。

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