CN102506509B - 中高温太阳能集热管排气方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中高温太阳能集热管的排气方法及排气装置，所述的排气方法，为一种直接给中高温太阳能集热管的金属内管两端加电压形成高电流，利用金属内管本身的阻值产生热量，加热中高温太阳能集热管，达到高温排气的目的。本发明所述的排气装置包括支架、衔接导电工装、石棉塞、保温工装、控制系统、真空机组、波纹管、测温仪器、导线。本发明解决了现有中高温集热管在烘箱内整体加热排气方法中因玻璃不能承受高温而无法对金属高温排气的局限性。本发明具有排气快捷、安全、节能，设备简易等优点。特别是对中高温太阳能集热管的金属部件排气更加彻底，增加了中高温太阳能集热管的真空寿命，缩短了排气时的降温时间，生产效率得到提高。

Description

中高温太阳能集热管排气方法及装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能热利用领域，更加具体地说，本发明涉及一种中高温太阳能集热管的排气方法及装置。

背景技术

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，它具有资源丰富、取之不尽、用之不竭、不会污染环境和破坏生态平衡等优点。因此在石化燃料逐年减少、国际能源形势日趋严峻的今天，开发利用太阳能是实现能源供应多元化、保证能源安全的重要途径之一。聚焦器型中高温太阳能集热管可以应用在工业加热以及发电领域，是未来太阳能光热产业的重要发展方向，它的性能的好坏直接关系到未来光热产业发展的快慢。

中高温太阳能集热管一般由表面涂覆或溅射太阳选择性吸收涂层的金属内管及环绕金属内管的玻璃外管组成。玻璃外管与金属内管之间通过抽真空形成真空夹层，用以减少中高温太阳能集热管的热损失。真空夹层的真空度高低直接影响中高温太阳能集热管的性能及使用寿命，而如何获得及维持中高温太阳能集热管的真空度一直是太阳能热利用领域的技术难点之一。目前，普遍使用的排气方法是将中高温太阳能集热管整体放入烘箱内部加热排气的方法。此种加热排气方式有很大的局限型，其一是受温度的限制，因这种方法是直接将中高温太阳能集热管放入烘箱内加热排气，在加热过程中中高温太阳能集热管玻璃外管和中高温太阳能集热管金属内管都同样受热，而玻璃的转变点较低，加热温度高于玻璃的转变点，玻璃材质就会发生变化，降低玻璃质量。其二是时间的限制，因为此种方法是包裹整个中高温太阳能集热管加热排气，玻璃温度较高，加热完毕后为防止中高温太阳能集热管玻璃外管炸裂而不能直接打开烘箱进行降温，只能自行冷却，浪费时间。中高温太阳能集热管加热排气的主要目的是排除中高温太阳能集热管金属内管与中高温太阳能集热管玻璃外管内的气体，而这部分气体绝大部分是中高温太阳能集热管金属管受热放出的气体。将中高温太阳能集热管直接放入烘箱内加热排气的方法现因温度的限制，而不能充分的排除中高温太阳能集热管金属内管内的气体，既而不能提高中高温太阳能集热管的真空度，真空寿命和产品质量也不能进一步提高。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种中高温太阳能集热管的排气方法及装置，本发明优点在于中高温太阳能集热管加热排气时可不受玻璃外管温度的限制，有利于获得高真空，增加中高温太阳能集热管的真空使用寿命及产品质量。同时，本发明亦可提高中高温太阳能集热管的降温速率，提高生产效率。并且电控系统输出的电压远小于人体的安全电压，工作人员在此环境下工作是绝对安全的。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种中高温太阳能集热管排气方法，其采用在中高温太阳能集热管的金属内管两端直接通电加热达到高温排气的目的，具体步骤如下：

1)将中高温太阳能集热管安装在排气装置上，并使中高温太阳能集热管的金属内管两端与排气装置的衔接导电工装相接触；

2)中高温太阳能集热管的尾管与分子泵真空抽气系统相连；

3)通过分子泵真空抽气系统抽真空；

4)在中高温太阳能集热管真空压强达到10^-3Pa时，通过排气装置的衔接导电工装使中高温太阳能集热管的金属内管两端导电开始加热，并通过排气装置的控制系统调整中高温太阳能集热管两端的电压，控制中高温太阳能集热管的升温速率≤10℃/min，使中高温太阳能集热管的金属内管排气温度控制在300～700℃之间，玻璃外管温度在200～450℃之间；

5)然后保温，保温结束后，开始降温，保证在中高温太阳能集热管的金属内管200℃以上时降温速率≤10℃/min，低于200℃后，撤出排气装置的石棉塞，加快降温，进而进行尾管封离，完成高温真空排气。

所述步骤3)中通过抽真空装置抽真空时，中高温太阳能集热管的真空压强≤1.0×10^-2Pa。

所述步骤4)中通过排气装置的控制系统调整中高温太阳能集热管两端的电压范围在0.5～12V之间。

一种中高温太阳能集热管排气装置，包括支架，所述支架上固定安装有衔接导电工装，中高温太阳能集热管水平套放在衔接导电工装上，且中高温太阳能集热管的金属内管两端与衔接导电工装接触；中高温太阳能集热管的外部设有保温工装；所述中高温太阳能集热管的尾管与分子泵真空抽气系统相连接；中高温太阳能集热管的金属内管内部以及中高温太阳能集热管的玻璃外管与其外部的保温工装之间分别设有测温仪器，所述分子泵真空抽气系统、测温仪器和衔接导电工装均通过线路与控制系统相连；所述中高温太阳能集热管的金属内管两端管口中密封塞有石棉塞。

一种中高温太阳能集热管排气装置，包括支架和中高温太阳能集热管，中高温太阳能集热管的外部设有保温工装，保温工装固定于支架上，中高温太阳能集热管两端设置有与其金属内管两端相接触的衔接导电工装；所述中高温太阳能集热管的尾管与分子泵真空抽气系统相连接；中高温太阳能集热管的金属内管内部以及中高温太阳能集热管的玻璃外管与其外部的保温工装之间分别设有测温仪器，所述分子泵真空抽气系统、测温仪器和衔接导电工装均通过线路与控制系统相连；所述中高温太阳能集热管的金属内管两端管口中密封塞有石棉塞。

所述衔接导电工装水平固定在支架上，所述衔接导电工装的电阻小于中高温太阳能集热管金属内管的电阻；所述衔接导电工装为与金属内管内壁连接半圆柱导电体，外半径与金属内管的内半径相等，表面平整无坑。

所述衔接导电工装的电阻小于中高温太阳能集热管金属内管的电阻；所述衔接导电工装为与金属内管外壁连接的由两个半圆体组成的法兰形状的构件。

所述保温工装为两个半圆筒型保温层，保温层厚度5～100mm，所述保温工装用耐高温云母板做外壳，内填充保温棉。

所述设置于中高温太阳能集热管的金属内管中的测温仪器位于金属内管的管腔中，且不与金属内管管壁接触。

所述控制系统包括与分子泵真空抽气系统相连的真空控制系统，与测温仪器相连的温控系统，以及与衔接导电工装相连的电控系统；

所述分子泵真空抽气系统的真空机组极限压强≤1.0×10^-4Pa，冷却水200L/h、压力0.25MP、水温≤25℃；所述中高温太阳能集热管的尾管竖直向下，且尾管与真空机组之间采用波纹管连接，气囊锁紧尾管。

所述支架与线路、支架与衔接导电工装以及太阳能集热管保温工装与中高温太阳能集热管接触处都有绝缘保护装置。

本发明利用中高温太阳能集热管金属内管自身的电阻，在中高温太阳能集热管金属内管两端直接加0.5～12V的电压，通过电流做功转化为热能，使中高温太阳能集热管升温达到高温排气目的。所需中高温太阳能集热管的排气装置，包括支架、衔接导电工装、中高温太阳能集热管保温工装、控制系统、石棉塞、真空机组、波纹管、测温仪器、导线等装置。

为了实现加热温度可控，所述排气方法，根据电流做功和中高温太阳能集热管的热量损失得出加热功率，再通过金属内管的热容得出加热时间、加热速率及所需温度，从而达到加热温度可控的目的；电控系统需要根据加热功率的不同调节输出不同的电压；测温仪器的测温点置于金属内管内部，不与金属内管接触，温控系统与测温仪器相连接，并通过测得数据调节控制输出电压；监测中高温太阳能集热管的玻璃外管的测温仪器的测温点分布在中高温太阳能集热管保温工装与中高温太阳能集热管的玻璃外管之间；中高温太阳能集热管金属内管加热最高温度在300～700℃之间，中高温太阳能集热管玻璃外管最高温度在200～450℃之间，升温速率最大不超过10℃/min。

为了保证在整个电路中产生低电压、大电流及排气前后集热管的安装、卸载便易，排气过程中中高温太阳能集热管的稳定，所述中高温太阳能集热管排气装置的导线电阻率要小，导线横截面积要大，导线尽可能短，导线电阻远小于中高温太阳能集热管金属内管的电阻；衔接导电工装材质要电阻率小，耐高温，抗氧化，硬度大，表面平整无坑。衔接导电工装可以是与金属内管内壁连接的半圆柱体或是与金属内管外壁连接的形如法兰的两个半圆型，与中高温太阳能集热管金属内管形成紧密的面接触；

为了保证电路中的电流只在中高温太阳能集热管金属内管中，所述中高温太阳能集热管排气装置的支架与导线、支架与衔接导电工装以及太阳能集热管保温工装与中高温太阳能集热管接触处都有良好的绝缘保护。

为了防止加热时中高温太阳能集热管的热量损失，所述中保温工装利用两个半圆形保温层包裹中高温太阳能集热管的两端及玻璃外管，用石棉塞塞住中高温太阳能集热管金属内管两个端口，防止中高温太阳能集热管的热量流失。

为了实现中高温太阳能集热管的快速、安全降温，所述一种中高温太阳能集热管的排气方法，将中高温太阳能集热管金属内管两端的石棉塞撤出，实施降温，中高温太阳能集热管降温速率不超过10℃/min。

采用分子泵与机械泵组成的真空机组，比用扩散泵更加节能，并且操作简单、快捷，没有油污的污染，中高温太阳能集热管的质量更有保证。

本发明解决了现有中高温集热管在烘箱内整体加热排气方法中因玻璃不能承受高温而无法对金属高温排气的局限性。本发明具有排气快捷、安全、节能，设备简易等优点。特别是对中高温太阳能集热管的金属部件排气更加彻底，增加了中高温太阳能集热管的真空寿命，缩短了排气时的降温时间，生产效率得到提高。

附图说明

图1是本发明实施例1结构示意图；

图2是本发明实施例2结构示意图；

图3是实施例1中衔接导电装置示意图；

图4是图3的侧视图；

图5是实施例2中衔接导电装置示意图；

其中1中高温太阳能集热管，2支架，3衔接导电工装，4石棉塞，5保温工装，6控制系统，7真空机组，8波纹管，9测温仪器，10导线，11金属内管，12玻璃外管，13尾管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但不作为对本发明的限定。

一种中高温太阳能集热管的排气方法为一种直接给中高温太阳能集热管的金属内管两端加电压形成高电流，利用金属内管本身的阻值产生热量，加热中高温太阳能集热管，达到排气的目的。排气装置包括支架2、衔接导电工装3、石棉塞4、保温工装5、控制系统6、真空机组7、波纹管8、测温仪器9、导线10等装置。

实施例1：

如图1、3、4所示，衔接导电工装3水平固定在支架2上，衔接导电工装3为半圆柱体，外半径与金属内管11的内半径相等(如图3、4所示)，表面平整无坑，采用不锈钢，与金属内管11材质相同；支架2主体材质为不锈钢，绝缘部位为陶瓷，保证支架2的坚硬性和绝缘性；将中高温太阳能集热管安装在该支架2上，衔接导电工装3与金属内管11内壁紧密接触固定，调整位置，保证尾管13垂直向下；导线10嵌入衔接导电工装3内，并用螺栓加以固定，导线10材质为铜带或铜棒，用石棉塞4塞住中高温太阳能集热管1的两端，用保温工装5将中高温太阳能集热管1包裹，保温工装5用耐高温云母板做外壳，内填充5mm厚保温棉；测温仪器9穿过带孔的支架2和石棉塞4将测温点置于金属内管11内部1000mm处，不与金属内管11接触；另有将测温仪器9测温点分布于玻璃外管12与保温工装5之间，用来监测玻璃外管12的温度；波纹管8将尾管13与真空机组7相连接，利用气囊将两者锁紧；控制系统6包括真空系统、温控系统、电控系统，三个系统相互调节控制，手动/自动控制系统采用PLC可编程控制器。首先开始抽真空，在中高温太阳能集热管真空度达到10^-3Pa时，开始加热，调整中高温太阳能集热管两端的电压，控制中高温太阳能集热管1的升温速率≤5℃/min，使金属内管温度达到500℃，然后保温，保温结束后，开始降温，保证在金属内管200℃以上时降温速率≤10℃/min，低于200℃后，撤出石棉塞4，加快降温，进而进行尾管封离，完成高温真空排气。

实施例2：

如图2、5所示，保温工装5固定在支架2上，保温工装5用耐高温云母板做外壳，内填充10mm厚保温棉，支架2主体材质为不锈钢，支架2与玻璃外管12接触处用石棉带缠绕包裹；将中高温太阳能集热管安装在该支架2上，调整位置，保证尾管13垂直向下；用石棉塞4塞住中高温太阳能集热管1的两端，用保温工装5将中高温太阳能集热管1包裹；将衔接导电工装3一侧与金属内管11外壁紧密接触固定，另一侧与导线10连接，衔接导电工装3为类似法兰的两个半圆(如图5所示)，材质与金属内管11相同，为不锈钢，导线10材质为铜带或铜棒；测温仪器9穿过带孔的衔接导电工装3和石棉塞4将测温点置于金属内管11内部800mm处，不与金属内管11接触；另有将测温仪器9测温点分布于玻璃外管12与保温工装5之间，用来监测玻璃外管12的温度；波纹管8将尾管13与真空机组7相连接，利用气囊将两者锁紧；控制系统6包括真空系统、温控系统、电控系统，三个系统相互调节控制，手动/自动控制系统采用PLC可编程控制器。首先开始抽真空，在中高温太阳能集热管真空度达到10^-3Pa时，开始加热，调整中高温太阳能集热管两端的电压，控制中高温太阳能集热管1的升温速率≤10℃/min，使金属内管温度达到550℃，然后保温，保温结束后，开始降温，保证在金属内管200℃以上时降温速率≤5℃/min，低于200℃后，撤出石棉塞4，加快降温，进而进行尾管封离，完成高温真空排气。

Claims (8)

1.一种中高温太阳能集热管排气方法，其特征在于，其采用在中高温太阳能集热管的金属内管两端直接通电加热达到高温排气的目的，具体步骤如下：

1）将中高温太阳能集热管安装在排气装置上，并使中高温太阳能集热管的金属内管两端与排气装置的衔接导电工装相接触；

2）中高温太阳能集热管的尾管与分子泵真空抽气系统相连；

3）通过分子泵真空抽气系统抽真空；

4）在中高温太阳能集热管真空压强达到10-3Pa时，通过排气装置的衔接导电工装使中高温太阳能集热管的金属内管两端导电开始加热，并通过排气装置的控制系统调整中高温太阳能集热管两端的电压，控制中高温太阳能集热管的升温速率≤10℃/min，使中高温太阳能集热管的金属内管排气温度控制在300～700℃之间，玻璃外管温度在200～450℃之间；

5）然后保温，保温结束后，开始降温，保证在中高温太阳能集热管的金属内管200℃以上时降温速率≤10℃/min，低于200℃时，撤出排气装置的石棉塞，加快降温，进而进行尾管封离，完成高温真空排气。

2.根据权利要求1所述的排气方法，其特征在于，所述步骤3）中通过分子泵真空抽气系统抽真空时，中高温太阳能集热管的真空压强≤1.0×10-2Pa。

3.根据权利要求1所述的排气方法，其特征在于，所述步骤4）中通过排气装置的控制系统调整中高温太阳能集热管两端的电压范围在0.5～12V之间。

4.一种中高温太阳能集热管排气装置，其特征在于，包括支架，所述支架上固定安装有衔接导电工装，中高温太阳能集热管水平套放在衔接导电工装上，且中高温太阳能集热管的金属内管两端与衔接导电工装接触；中高温太阳能集热管的外部设有保温工装；所述中高温太阳能集热管的尾管与分子泵真空抽气系统相连接；中高温太阳能集热管的金属内管内部以及中高温太阳能集热管的玻璃外管与其外部的保温工装之间分别设有测温仪器，所述分子泵真空抽气系统、测温仪器和衔接导电工装均通过线路与控制系统相连；所述中高温太阳能集热管的金属内管两端管口中密封塞有石棉塞；

所述设置于中高温太阳能集热管的金属内管中的测温仪器位于金属内管的管腔中，且不与金属内管管壁接触；

所述控制系统包括与分子泵真空抽气系统相连的真空控制系统，与测温仪器相连的温控系统，以及与衔接导电工装相连的电控系统；

所述分子泵真空抽气系统的真空机组极限压强≤1.0×10-4Pa，冷却水200L/h、压力0.25MP、水温≤25℃；所述中高温太阳能集热管的尾管竖直向下，且尾管与真空机组之间采用波纹管连接，气囊锁紧尾管；

所述支架与线路、支架与衔接导电工装以及保温工装与中高温太阳能集热管接触处都有绝缘保护装置。

5.一种中高温太阳能集热管排气装置，其特征在于，包括支架和中高温太阳能集热管，中高温太阳能集热管的外部设有保温工装，保温工装固定于支架上，中高温太阳能集热管两端设置有与其金属内管两端相接触的衔接导电工装；所述中高温太阳能集热管的尾管与分子泵真空抽气系统相连接；中高温太阳能集热管的金属内管内部以及中高温太阳能集热管的玻璃外管与其外部的保温工装之间分别设有测温仪器，所述分子泵真空抽气系统、测温仪器和衔接导电工装均通过线路与控制系统相连；所述中高温太阳能集热管的金属内管两端管口中密封塞有石棉塞；

所述设置于中高温太阳能集热管的金属内管中的测温仪器位于金属内管的管腔中，且不与金属内管管壁接触；

所述控制系统包括与分子泵真空抽气系统相连的真空控制系统，与测温仪器相连的温控系统，以及与衔接导电工装相连的电控系统；

所述分子泵真空抽气系统的真空机组极限压强≤1.0×10-4Pa，冷却水200L/h、压力0.25MP、水温≤25℃；所述中高温太阳能集热管的尾管竖直向下，且尾管与真空机组之间采用波纹管连接，气囊锁紧尾管；

所述支架与线路、支架与衔接导电工装以及保温工装与中高温太阳能集热管接触处都有绝缘保护装置。

6.根据权利要求4所述的排气装置，其特征在于，所述衔接导电工装水平固定在支架上，所述衔接导电工装的电阻小于中高温太阳能集热管金属内管的电阻；所述衔接导电工装为与金属内管内壁连接的半圆柱导电体，外半径与金属内管的内半径相等，表面平整无坑。

7.根据权利要求5所述的排气装置，其特征在于，所述衔接导电工装的电阻小于中高温太阳能集热管金属内管的电阻；所述衔接导电工装为与金属内管外壁连接的由两个半圆体组成的法兰形状的构件。

8.根据权利要求4或5所述的排气装置，其特征在于，所述保温工装为两个半圆筒型保温层，保温层厚度5～100mm，所述保温工装用耐高温云母板做外壳，内填充保温棉。

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