CN103109141A - 用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，所述类型的管式集热器包括：外玻璃管（2）；供换热流体流过的内金属管（3）；两管之间的真空腔体；以及，在端部，设置用于吸收气体分子的非蒸散型吸气剂颗粒（1）和装设有波纹管式膨胀补偿装置（4）的端盖（8），该气体分子可导致内管（3）和外管（2）之间的真空损失。内金属管（3）和外玻璃管（2）相对偏心设置，端盖（8）上形成一个较宽阔的区域和一个较狭窄的区域，所述较狭窄的区域通过结合非蒸散型吸气剂颗粒（1）实现吸气剂的布置。

Description

用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构

技术领域

本发明涉及太阳能领域，特别是管式太阳能集热器的开发，尤其涉及此种类型的管式集热器中的非蒸散型吸气剂或抽真空装置的可能的安装位置。

背景技术

吸气剂是能够用化学方法吸收表面的气体分子的固体材料，是不同金属的合金。他们广泛应用在各种用途中，如粒子加速器、真空管、惰性气体净化系统等等。

本发明的非蒸散型吸气剂应要用在作为太阳能接收器的真空管中。一般来说，这种接收器包括两根同心管，两根管之间形成真空。供热流体通过的内管是金属的，而外管是由玻璃通常是硼硅酸盐制成。

波纹管式膨胀补偿装置设置在两管之间，以使金属管与玻璃管可以相对移动，从而吸收由于两管的膨胀度的不同而产生的张力，从而保证真空度。

除了膨胀补偿装置，这种类型的管子还需要安装能检测和抑制进入真空区域的氢分子的材料。这些分子是由于在金属管内部循环流动的用作换热流体的油料达到高温时发生热变性而产生的。这些分子最终通过金属管并进入真空区域，增加了热量损耗，并因此显著地降低了系统效率。

这也是为什么具有非蒸散型吸气特性的合金一直安装在真空区域的原因，是为了通过这些材料的表面捕获潜在的H₂分子。

目前已知技术中，具有不同的非蒸散型吸气剂的技术方案，非蒸散型吸气剂设置在真空区域内的不同位置处。一个例子是由SCHOTT所有的美国专利US2007034204A1。在该份文件中，非蒸散型吸气剂被设置在膨胀补偿装置和玻璃-金属过渡元件之间的外环空间中。这里的吸气剂被保护以防受到通过玻璃-金属过渡元件入射的太阳辐射和被膨胀补偿装置反射的辐射。因此，该结构在径向上由里到外包括金属管、连接元件、膨胀补偿装置、非蒸散型吸气剂、玻璃-金属过渡元件和玻璃管。

这种布置形式具有下面多种缺陷：需要增加最小直径以便容纳所有的上述元件，吸气剂受到膨胀补偿波纹装置导致的机械应力的影响，需要将圆形的吸气剂颗粒放置在触及膨胀补偿装置的具有防护网的护套里，以及如果需要更多的材料来增加吸收强度，除了增加吸气剂颗粒的尺寸或数量之外没有其他选择，这也意味着玻璃管直径的增加。另外，由于其仅安装在管子的一端，这也意味着管子的两端将会呈现不同的形状。由此，组装过程只能手工操作而不能采用自动化，因为构成吸气剂的颗粒是非常细小和易碎的。

另一个例子是SOLEL太阳能系统有限公司研发的，其沿着管子的整个长度方向设置吸气剂，并远离端盖，如文件IL153872A中描述的，在真空区域中沿着吸收管的整个长度设置支撑装置，吸气剂颗粒放置在该支撑装置上。上述结构会导致效率损失，因为用于接收太阳辐射的有效表面大幅减小了。

因此，本发明的目的是提供一种将非蒸散型吸气剂放在吸收管中的位置的新的技术方案，以便相比于现有的方案更容易组装，并解决上述现有技术的全部缺陷，甚至于在不降低系统效率的同时增强管子的刚度。

发明内容

本发明包含一种用于管式太阳能集热器的新型吸气剂布置结构，以及根据此新型的布置结构，对管子其余部分主要是对其端部的若干改变。

不管其重要性如何，非蒸散型吸气剂的功能都不应干扰接收器管的主要用途，接收器管的主要用途是使其热力性能最大化。该布置结构应满足在不牺牲其功能的基础上确保产品老化的优化调整。

如上所述，由于现有技术中的吸气剂位置多种多样，便需要在两端形成不同的壳体形状以容纳它，进而，也就限定了玻璃或硼硅酸盐管的直径尺寸。

为了解决现有技术存在的问题，提出了一种关于管式集热器和非蒸散型吸气剂的几何形状和布置形式的新的设计方案。

该新的方案描述如下：

1、新的金属管形状，其类似于现有技术中的形状，但具有一个直径较大的玻璃管，该玻璃管具有相对于金属管确定的偏心距，该偏心距取决于集热器的光学特性。管子的偏心距改善了接收器管的光学行为，因为玻璃管可以用作基板以通过局部镜面来增加太阳能再聚光器，这将在下文中描述。

2、新的玻璃管被部分形成镜面。该镜面区域成为有公差的光学表面，该公差必须被最小化并且受控制，因为光学表面过度的不规整可能会妨碍反射光线到达金属管。形成镜面的工艺可以直接施加在玻璃管的内表面或直接施加在玻璃管的外表面，亦或通过在玻璃管的内表面或外表面上增设薄的或精细的镜子形成镜面。

3、太阳辐射到达金属管的整个圆周。金属管圆周上的流体分布是不均匀的；直接面向主反射器的圆周上的热流体更热。这些新的边界条件意味着由这个新的热负载产生的张力状态与现有技术中已知的不同。

4、金属管与玻璃管必须始终在同一位置区段，因为任何的相对移动都会导致光线的漏失。由于金属管和玻璃管具有不同的热膨胀系数而且管子的形状改变，膨胀补偿元件（波纹管）应当允许在第3点中描述的新的热负载的位置两管之间相对的轴向形变，同时确保对金属管与玻璃管向它们的轴线之外相对移动进行控制。因此新的波纹管形式必须设计有厚度变化和局部加强（脉状物）的正面。

5、新的吸气剂形式。新的波纹管形状源于新型的吸气剂颗粒布置结构，以及管子之间的偏心距，并由此在端盖上形成了可用空间，其可作为吸气剂的新的设置位置，从而解决了前述的现有技术中设置形式存在的问题。

一旦确定了对于吸气剂材料的量来说需要4米管子和25年的平均设备寿命，如果这个数量的吸气剂分布在管子的两端之间，吸气剂将不再需要被放置在接收器管的外部，以及两端的环形区域也不再需要。如此，以前被遗弃的空间将被优化使用，因为以前只有接收器管的一端被用来放置吸气剂。

关于形状，本发明的吸气剂系统是基于标准颗粒而形成的，不需要专门为本结构特别加工颗粒，其可粘附在端盖的下部位于由于偏心距而留出的空间中，从而避免了设置其中容纳有颗粒的护套和防护网。

另外，管体的对称性被保持下来，因为管子的两端是相同的，由于元件的统一性而具有了热力学和制造方面的优点。

管子也通过使用端盖上的孔而被优化，上述孔是由于内金属管和外玻璃管之间存在的偏心距而形成的。

该新型布置结构也意味着如果需要更多的吸气剂，只需增加粘附在端盖上的颗粒数量即可，因为端盖上具有足够的空间，从而避免了为添加更多的颗粒必须增大玻璃管的直径，本发明的另外的优点是可使用任意形状的颗粒。

附图说明

为了完成描述并帮助更好地理解本发明，此处提供一组附图，其起到图示说明的作用而并不起限制作用，具体表示如下：

图1示出现有技术的Solel太阳能系统。

图2示出现有技术的Solel太阳能系统(IL153872A)。

图3示出现有技术的Schott太阳能系统(US2007034204A1)。

图4示出本发明的管子的偏心距。

图5为管子端部的内部透视图。

图6为管子端部的外部透视图。

图7-9示出管子端部的替换实施例。

出现在附图中的参考标记描述如下：

1  非蒸散型吸气剂

2  外玻璃管

3  内金属管

4  扩张或膨胀补偿元件或波纹管

5  脉状物

6  厚度变化区域

7  镜面区域

8  管式太阳能集热器的端盖

具体实施方式

为了方便本发明的理解，下面将根据本发明优选实施例描述用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构。

为了更好的理解目前存在的问题，图1-3显示了现有技术中几种不同的设计形式（所述附图中的参考标记与原文中不一致；为了更好地理解本申请对其进行了统一）。

图1显示了Solel太阳能系统有限公司使用的一种技术方案，其将非蒸散型吸气剂1安装在玻璃管2与金属管3之间的空闲空间中。

图2显示了同一公司（Solel太阳能系统有限公司）的另外一种技术方案，其将吸气剂1放置在颗粒夹持装置上，颗粒夹持装置由位于金属管3上的两个支撑结构支撑，并在水平方向上经过部分管体。

图3显示了由Schott制造的管子，其通过将吸气剂颗粒放在环形的夹持网中而将吸气剂1放置在管体两端中的一端中。

如图4到图6所示，本发明的特征是在金属管3和玻璃管2之间存在偏心距，以及其他方面的特征。

图4到图6显示出了前述偏心距，以及在图4中，玻璃管2的镜面区域7用于更好地采集太阳辐射。

除了在管2、3之间存在偏心距，图5还显示了在管的端盖上具有多根呈放射状的和等间距的脉状物5以增强它的刚度。玻璃管2具有比现有商用管更大的直径并且部分形成镜面，而且相对于金属管偏心放置。此外，玻璃管具有与金属管不同的膨胀系数，金属管3通常由钢材制造。因此，膨胀补偿元件（波纹管）4必须允许在新的热负载的位置（本发明的第3点描述的）两管2、3之间相对的轴向形变，同时抵消金属管3和玻璃管2之间的相对位移。

增强端盖刚度的另一种方式是根据使用的端盖面积将这些端盖制造成厚度变化的端盖。

上述两种解决方式可以合并使用，以确保系统的整体刚度。

图7-9显示了本发明的三种不同的实施方式。

在图7中，示出了两幅图，一个立面图和一个沿线A的截面图，以便理解该结构。其中端盖8具有恒定的厚度，但增设了多根径向脉状物5。由于玻璃管具有较大的直径和管2、3之间的偏心距，在端盖8上具有更多空间，吸气剂颗粒1被结合在上述空间中，得益于这种有利的布置形式，吸气剂颗粒可以是任意的形状并且不需要任何额外的夹持装置。

图8中的设计很类似，具有恒定厚度和径向脉状物5的端盖8，在此实施例中，脉状物5轻微地改变了形状并具有厚度变化，所以脉状物一端比另一端厚。在该优选实施例中，靠近中心的区域较薄，从而优化了端盖的形状和最小化了材料的用量。如前面所述的，吸气剂颗粒1可以是任意的形状，因为它们从脉状物5之间的孔处粘附在端盖上，由于管子之间的偏心距而有更宽阔的区域可以利用。

图9的设计在于提供一种具有厚度变化区域6的端盖8，厚度变化区域取决于要求更大刚度的面积和端盖8上粘附吸气剂颗粒1的面积。颗粒1可以是任意形状，尽管它们都被表示为图9中的椭圆形。

虽然没有表示在任何附图中，其也可以是另一种设计，其中端盖8具有厚度变化区域6和脉状物5，而且颗粒1结合在所述孔中。

这种非蒸散型吸气剂的新型布置结构被特别设计成用于太阳能接收器真空管中，但是也不排除可将其扩展应用到需要类似特性的其他工业领域。

Claims (12)

1.用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，此种类型的管式集热器包括外玻璃管（2）；供换热流体流过的内金属管（3）；两管之间的真空腔体；以及设置在两端的用于吸收气体分子的非蒸散型吸气剂颗粒（1）和装设有波纹管式膨胀补偿装置（4）的端盖（8），该气体分子可导致内管（3）和外管（2）之间的真空损失，其特征在于，内金属管（3）和外玻璃管（2）相对偏心设置，端盖（8）上形成一个较宽阔的区域和一个较狭窄的区域，所述区域通过结合非蒸散型吸气剂颗粒（1）实现吸气剂的布置。

2.如权利要求1所述的用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，其特征在于，端盖（8）通过设置多根径向脉状物（5）被强化。

3.如权利要求2所述的用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，其特征在于，脉状物（5）是等间距的。

4.如权利要求2所述的用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，其特征在于，脉状物（5）有厚度的变化。

5.如权利要求4所述的用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，其特征在于，脉状物（5）最薄的一端最靠近端盖（8）的中心。

6.如权利要求1所述的用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，其特征在于，端盖（8）具有随着位置的不同而厚度变化的区域（6）。

7.如权利要求1所述的用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，其特征在于，端盖具有厚度变化区域（6）和脉状物（5）。

8.如权利要求2或7所述的用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，其特征在于，吸气剂颗粒（1）粘附在脉状物（5）之间的可用空间内。

9.如前述任一权利要求所述的用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，其特征在于，外玻璃管（2）上设置有镜面区域（7）。

10.如权利要求9所述的用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，其特征在于，镜面区域直接形成在玻璃管的内表面上。

11.如权利要求9所述的用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，其特征在于，镜面区域直接形成在玻璃管的外表面上。

12.如权利要求9所述的用于管式太阳能集热器的非蒸散型吸气剂的新型布置结构，其特征在于，镜面区域通过在玻璃管的内表面或外表面上增设薄的或精细的镜子而形成。

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