CN102878709A - 一种内外管结构的直通式中高温集热管用支撑物 - Google Patents

Abstract

一种用于内外管结构的直通式中高温集热管的支撑物属于光热利用领域。该支撑物处于集热管内管和外管之间起支撑作用。其适合内管为金属管、外管为玻璃管的集热管，端头采用金属-玻璃封接，内外管之间形成真空的，且内管介质温度达150℃以上的，支撑物包括：内环、支撑臂或连接件、支撑面、紧固螺钉。内环与集热管的金属内管外经相近，可套在金属内管上，旋转内环上紧固螺钉将其固定在金属内管的相应位置上，支撑面通过支撑臂或连接件连接内环。该支撑物具有较高的力学性能，较低的热传导性能，较强的耐热性能，可缓解集热管因重力作用的弯曲程度，降低集热管的金属-玻璃封接端头受力集中，避免金属-玻璃封接端头失效，延长中高温集热管寿命。

Description

一种内外管结构的直通式中高温集热管用支撑物

技术领域

一种用于内外管结构的直通式中高温集热管的支撑物，该支撑物处于集热管内管和外管之间起到支撑作用，本发明技术属于光热利用领域。

背景技术

太阳能光热利用是将太阳能进行光学聚焦，对及热管内的介质进行加热，然后通过热交换方式产生高温高压蒸汽，可以实现工业加热、食品制造、海水淡化，以及驱动汽轮机发电，是一个光热功转化过程。

槽式集热技术是将集热管置于一个抛物反射镜的焦点位置上，光能通过抛物反射镜的全反射聚集在集热管上，使光能转化为热能，将集热管内的介质加热到150-450℃，甚至更高温度，相比普通太阳能真空集热管的温度（100℃以下）而言高出很多，属于中高温热利用技术，因此必须具有稳定可靠的中高温集热管来实现太阳能热能利用。

中高温集热管一般是由玻璃外管（简称玻璃管）和镀膜不锈钢内管（简称金属管）所组成的，在端部采用膨胀节将玻璃管和金属连接在一起，抽出玻璃管与金属管之间的气体，使玻璃管和金属管之间形成真空，具有很好的绝热作用，这样既能实现热量最大程度地收集，又可以防止热量散失。

对于中高集热管而言，保持其真空气密性是关键所在，也是维持中高集热管高效运行的关键，但是在工程应用中，发现有很多中高温集热管的玻璃-金属封接部位很容易出现漏气而导致失效的。

经过分析发现：目前，工程中所用中高温集热管长度已达4.06米，甚至更长，内管多用不锈钢金属管，壁厚2mm，金属管直径50-70mm;内管流通介质多为导热油或熔盐，导热油比重为0.80-0.90, 熔盐比重为1.40-1.80；玻璃管厚度为2.8-3.2mm。以4.06米及热管为例，金属管质量约在15-16公斤，导热油或熔盐质量约在10-20公斤，玻璃管质量约在10-12公斤，这样一根4.06米的中高温集热管实际质量在35-45公斤范围，在工程应用中，中高温集热管两端依靠支架支撑，由于中高温集热管属于细长结构，受重力和力矩作用，其中央部位自然会产生向下弯曲，其弯曲示意图见附图1所示。致使玻璃管的弯曲向中高温集热管两端的金属-玻璃封接部位3传递，在金属-玻璃封接部位3处产生弯折作用，尽管外膨胀节2可以缓解一下弯折作用力量，但是毕竟有限。当集热管受热变化时，例如，受阳光辐照强度变化，金属管内介质温度会出现升高和降低，导致集热管弯曲幅度产生显著变化，致使封接部位出现往复的弯折作用，加剧了封接部位的疲劳作用，致使封接部位的失效加速，平均失效周期为3-5年，因此必须采取必要措施给予解决。

发明内容

本发明通过大量研究发现：为了克服内外管结构的直通式中高温集热管因自身重力和力矩作用，以及受太阳辐照强度变化时，金属管膨胀变形增大导致弯曲幅度变大等系列交变作用，致使中高温集热管两端的玻璃-金属封接部位所产生反复弯折作用，本发明通过在内外管结构的直通式中高温集热管中设置支撑物方式来加以解决。

本发明的支撑物5适合内外管结构的直通式中高温集热管，并且进一步适用于内管为金属管1，外管为玻璃管4的集热管，端头处采用金属-玻璃封接，内外管之间形成真空，且内管介质温度可达到150-450℃，甚至更高温度。其长度大于2米，且金属管直径大于50mm的大直径集热管。

一种内外管结构的直通式中高温集热管用支撑物，其特征在于：所述支撑物包括：内环5-2、支撑臂5-3或连接件5-3′、支撑面5-4以及紧固螺钉5-5；内环5-2套在金属内管1外；

内环5-2上有用于将所述支撑物5固定的紧固螺钉5-5，可将支撑物5固定其在金属管1的相应位置上，支撑面5-4通过支撑臂(5-3)或连接件(5-3′)连接在内环5-2外径上;所述支撑物5结构上的支撑面为3-6个弧形，或者为1个封闭的环形。

支撑物在金属管上的布置间距为0.8-1.5米。

进一步，所述支撑5材质特征在于：接近金属管一侧的内环5-2材料要求能够耐受150-450℃。靠近玻璃管一侧的支撑面5-4材料为有机材料、陶瓷材料或者金属材料；当支撑面5-4材料为金属材料时，连接金属材料的支撑臂5-3或连接件5-3′必须为有机材料或陶瓷材料。

该支撑物5处于集热管的金属管1和玻璃管6之间起到支撑作用，该支撑物具有较高的力学性能，较低的热传导性能，较强的耐热性能。缓解集热管因重力作用的弯曲程度，降低集热管的金属-玻璃封接端头的受力集中，避免金属-玻璃封接端头的失效，延长中高温集热管使用寿命，通过漏气率检测，推算其使用寿命可达25年以上，相比原来的3-5年使用寿命而言，集热管寿命得到大幅提升。

附图说明

图1 中高温集热管受力弯曲示意图

图2 中高温及热管的内外管之间防止支撑物结构示意图

图3 支撑物机构示意图

序号名称：

1-金属管，2-外膨胀节，3-金属-玻璃封接部位，4-玻璃管，5-支撑物；5-2--内环，5-3支撑臂，5-3---连接件，5-4--支撑面，5-5--紧固螺钉。

具体实施方式

本发明的支撑物5处于金属管1和玻璃管4之间起到支撑作用，其结构示意图如附图2所示，可以缓解集热管的弯曲程度，降低集热管的金属-玻璃封接端头的受力集中问题，避免金属-玻璃封接端头的失效，延长中高温集热管寿命。其结构特征见附图3所示包括：内环5-2、支撑臂5-3或连接件5-3′、支撑面5-4、紧固螺钉5-5。内环5-2套在集热管的金属管(1)上，旋转内环5-2上的紧固螺钉5-5，将支撑物5固定在金属管1的相应位置上，支撑面5-4通过支撑臂5-3或连接件5-3′连接内环5-2。支撑物5的结构设计方面，支撑面5-4可以由3-6个弧形所组成，属于小面积支撑，或者采用1个封闭的环形组成，属于环形面支撑，弧形支撑可以降低向玻璃管的热量传递，减少热量损失，但是支撑面上会产生应力集中情况，环形面支撑刚好相反，因此两种结构各有利弊。支撑物5布置在集热管的内外管之间的间距优选为0.8-1.5米。

本发明的支撑物5材质特征在于：可以是陶瓷材料或有机材料的单一材料，亦可是金属材料与陶瓷材料或有机材料的复合，亦可是金属材料、陶瓷材料、有机材料三者的复合。在支撑物5材料组合关系特征在于：接近金属管一侧的内环5-2材料要求能够耐受150-450℃，甚至更高温度。靠近玻璃管一侧的支撑面5-4材料有机材料、陶瓷材料，甚至金属材料，连接金属材料的支撑臂5-3或连接件5-3′必须为低导热系数的有机材料或陶瓷材料，有效隔绝热量向支撑面传递，降低支撑物的热传递对玻璃管热冲击作用。

Claims (3)

1.一种内外管结构的直通式中高温集热管用支撑物，其特征在于：所述支撑物包括：内环（5-2）、支撑臂（5-3）或连接件（5-3′）、支撑面（5-4）和紧固螺钉（5-5）；内环（5-2）套在金属内管（1）外。

内环（5-2）上设有用于将所述支撑物紧固螺钉（5-5）固定其在金属内管（1）的相应位置上，支撑面（5-4）通过支撑臂（5-3）或连接件（5-3′）连接在内环（5-2）外径上;所述支撑物（5）结构上的支撑面（5-4）为3-6个弧形，或者为1个封闭的环形。

2.根据权利要求1所述支撑物，其特征在于：支撑物（5）在金属内管（1）上的布置间距为0.8-1.5米。

3.根据权利要求1所述支撑物，其特征在于： 所述支撑物（5）材质特征在于：接近金属管一侧的内环（5-2）材料要求能够耐受150-450℃。靠近玻璃管一侧的支撑面（5-4）材料为有机材料、陶瓷材料或者金属材料；当支撑面（5-4）材料为金属材料时，连接金属材料的支撑臂（5-3）或连接件（5-3′）必须为有机材料或陶瓷材料，达到热量绝缘作用。

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