CN102648382A - 新型膨胀补偿装置及生产该装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于太阳能接收管的新型膨胀补偿装置以及该装置的制造方法，该接收管具有双波纹管设计，其中波纹管的波片高度是不规则的，但第二个波片较高（此处承受较大的负载）并且向末端逐渐变矮。具有这样设计的膨胀补偿装置提高了接收管的性能，使该装置的长度变短，增加了吸收太阳辐射的表面面积，减小了玻璃管所需的直径并且节约了成本。

Description

新型膨胀补偿装置及生产该装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于高集中太阳能接收管内的膨胀补偿装置。

背景技术

太阳热技术的一般原理是基于将集中的太阳辐射产生通常用在标准发电厂的蒸汽。

对具有相对较低密度的太阳能的收集是太阳能发电厂最大的挑战之一。现在有两种类型的太阳能集中器：线性集中器和点集中器。线性集中器因为其具有较小的自由度，所以较容易安装，但是由于其集中度低，因此其比点集中器技术所能达到的温度低。

这也是一直努力改进用在线性集中器内的接收管的原因，努力提高它的收集效率并减少热损失，从而提高太阳能集中电厂的整体性能。

在本发明之前，我们对接收管中的部分元件反复考虑，尤其是膨胀补偿装置。

通常，接收管由两个同心管组成，在该两个同心管之间产生真空。内管由金属材料制成，外管由玻璃，通常是硼硅酸盐制成，流过内管的液体被加热。

此处描述的元件，膨胀补偿装置，被设置在两管之间，从而允许管子在纵长方向移动并保证真空度，以吸收由于金属和玻璃的热膨胀系数的不同而导致的压力。

在现有状态中，该元件已经有了几种改进，结果最好的在US7013887中的SCHOTT内公开。在所述申请文件中，膨胀补偿装置由折叠波纹管组成，该波纹管通过连接元件连接到金属管，并且通过玻璃-金属过渡件连接到玻璃管。

所述连接装置有很多缺点。其中一个缺点就是由于上述波纹管将更长或更短的玻璃管段覆盖在其内部，以致没有太阳辐射穿过金属管，从而降低了系统的性能。

另一个缺点来自于波纹管的波片高度。由于膨胀补偿装置位于硼硅酸盐管内部，故上述波片的高度决定了硼硅酸盐管的直径。因此，波片越长，需要的硼硅酸盐管的直径越大，这就导致该产品价格高并且会增加热损失。

因此，本发明试图提供一种新的补偿装置，其能满足该型号元件的需求，并同时能提高现在市场上存在的产品的性能。

发明内容

本发明包括一种用于接收管的新型补偿装置的设计，其能解决目前存在的缺陷。

该新型补偿装置包括波纹管，该波纹管是目前现有的，但是其中由双波片代替了单波片，并且具有非对称分布的结构。

由于利用了双波片，使该装置所需的长度降低到当前现有的装置长度的40%，并随之带来的结果是增大了玻璃管长度方向上穿过的太阳辐射，并因此大大提高了到达金属接收管的太阳辐射量，从而提高了整个系统的性能。

这样设计的装置，所占空间比现有的减少了36%，这意味着大约有管子总长度的2%的部分被覆盖并且没有太阳穿过，而现有的装置有4%被覆盖。

基于上述原因，收集器的热效率能提高0.8%到0.9%。

因此，由144根管子组成的50MWe抛物柱面形状的收集器的一个标准环路中的液体温度将能增高0.95到1.2℃。

另一个已经存在的变化是，波纹管的波片高度从现在的52.8mm降低到了改进后的34mm，从而在高度上降低了35.6%。

已经提到的另一个改进之处是改变了波纹管的波片的分布。已经证明的是，工作量最大的波片是距离盖子最近的第二个波片，因此此处需要较大的高度，由于不需要使波纹管所有波片都具有最大的高度，故可以制造这样的波纹管，即在其末端具有相对较短的波片，而在其中心具有较长的波片。这样，不但可以减小玻璃管的直径而且还能保证连接装置的性能。玻璃管直径的减小，可节省硼硅酸盐材料，减少产生真空的成本并降低热损失。

因此，新的设计，提高了接收管的热集中性能，同时减小了管子的尺寸并降低了生产成本。

附图说明

为了使说明书完整并帮助更好的理解本发明，此处提供一组附图，其仅是解释性的而并不作为对说明书的限制，具体表示如下：

图1：太阳能接收管的全视图；

图2：接收管的剖视图；

图3：膨胀补偿装置的立体图；

图4：膨胀补偿装置的顶视图；

图5：图4中的A部分；

图6：图5中的B部分；

图7：图5中的C部分；

图8：管子内的膨胀补偿装置组件的细节图。

具体实施方式

为了方便本发明的理解，下面将描述根据本发明优选实施例的膨胀补偿装置。

首先，根据图1所示，膨胀补偿装置是如图所示的一个太阳能接收管（1）的一部分。上述接收管（1）具有大约4米的长度，并且如图所示，通过支撑架（2）设于抛物柱面形状的收集器的线性焦点处，这样，接收管相对于地面的高度随着收集器跟踪太阳而发生变化，变化范围是4到5.5米。

根据图2进一步解释接收管（1）的结构，可以看到，接收管（1）通常由金属管（3）形成，在该金属管（3）内部流通热传导流体。金属管（3）被通常是硼硅酸盐材料的玻璃罩（4）包围，并在两管之间形成真空空间（5）。在该空间（5）内形成防止热损失的真空。在接收管（1）的每个端部设置双波纹管形式的膨胀补偿装置（6），其可以补偿玻璃罩（4）和金属管（3）之间的热膨胀系数的差额，并允许其在纵长方向移动。管道以盖子形式的片体（7）结束。

图3、4和5示出了本发明装置（6）的不同视图。

图3是立体图，图4是顶视图，图5是膨胀补偿装置的剖视图。

图6示出了装置的细节B。此处可以看出，其设计为具有双波纹管，外部波纹管（9）的波片朝向玻璃管（4），内部波纹管（10）的波片朝向金属管（3）。

还可以看到，波片在高度方向上非对称分布，靠近盖子（7）的第二个波片（8）相对较高，因为其进行强度较大的工作，并且靠近末端的波片的高度逐渐变小。

这种波片高度的不同，以及在长度上从短到长的设计可减小硼硅酸盐管（4）的直径，因为波纹管最末端波片的长度决定管子的直径。这样就使得本发明的硼硅酸盐管的直径比目前使用的管子的直径小，从而节约了成本。

图7包含图5中标示的细节C。其示出了装置（6）的端部制作是如何完成的。膨胀补偿装置的生产方法包括以下步骤：利用液压成形技术生产两个同轴本体。主要是通过高压液体的处理，实现材料（通常是金属）的形成过程。最普通的方法是通过引入高压下形成的液体，在靠近具有波纹管形状的矩阵壁处形成钢管。另外为了防止在经受强大膨胀的区域内的管子的厚度过薄，可以使用同时轴向加压。将得到的两个片体利用微等离子焊接到相同材料的金属环上，以形成膨胀补偿装置的最终组件。

Claims (6)

1.一种用于太阳能接收管的新型膨胀补偿装置，其特征在于，其通过两个反向对称的波纹管形的片体形成，上述两个片体具有非对称分布的波片，从靠近接收管的盖子（7）的装置末端开始数起的第二个波片（8）的高度是最高的，且随着波片接近装置的末端，波片的高度逐渐变小。

2.根据权利要求1所述的新型膨胀补偿装置，其特征在于，波纹管的波片具有34mm的最大高度。

3.根据权利要求1所述的新型膨胀补偿装置，其特征在于，膨胀补偿装置的长度不足上述管子总长度的2%。

4.一种前面任一项权利要求所述的膨胀补偿装置的制造方法，其特征在于，利用液压成形技术制造两个同心波纹管形状的主体；通过引入高压下形成的液体，在靠近具有波纹管形状的矩阵壁处形成管体；将得到的两个片体利用微等离子或类似物焊接到相同材料的环体上，以形成膨胀补偿装置的最终组件。

5.根据权利要求4所述的膨胀补偿装置的制造方法，其特征在于，采用同时轴向加压以防止在经受强大膨胀的区域内的管子的厚度过薄。

6.根据权利要求4所述的膨胀补偿装置的制造方法，其特征在于，管子和环体都由金属制成，通常是钢。

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