CN104567044A - 太阳能真空集热管烘烤排气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能真空集热管烘烤排气装置，包括圆筒形烘箱、烘箱支架、集热管、抽真空装置、外管加热系统、内管加热系统、尾管自动封离装置、感应加热电源和控制柜；圆筒形烘箱设置在烘箱支架上，集热管设置在圆筒形烘箱内，所述集热管包括外管、内管和尾管，内管设置在外管内部，尾管设置在外管后部，外管加热系统设置在外管外部，内管加热系统设置在内管内部，感应加热电源与外管加热系统连接。本发明保证集热管外管受热均匀，整体温差小于5℃；保证内管受热均匀，温差小于5℃；保证了内管的外壁、外管内壁得到充分放气，确保集热管的真空性能，并且排气能耗与常规排气相比降低50%以上；提高了集热管夹层的真空度。

Description

太阳能真空集热管烘烤排气装置

技术领域

本发明涉及太阳能领域，尤其是太阳能真空集热管烘烤排气装置。

背景技术

太阳能真空集热管是一种将太阳的光能转化成热能的部件，可以实现太阳能的有效利用，太阳能真空集热管通常包括玻璃外管和玻璃内管。内管外表面制备太阳选择性吸收涂层，用来吸收太阳光并将其转化为热能，再传给内管里的水或导热介质。外管圆头部位接有尾管，内管圆头部位是盲端，内、外管管口熔封在一起，形成夹层空间。太阳能真空集热管排气装置就是通过尾管对夹层空间抽真空以形成真空夹层，夹层真空度影响集热管的热损和热效率，更是其使用寿命的决定因素。

对集热管排气的目的，是将内管外壁、外管内壁吸附的物理气体充分释放，并被抽走，使集热管夹层空间，保持高真空，通常采用高温烘烤抽真空的方法，可以保持集热管长时间在高真空性能状态运行，烘烤排气装置是完成排气抽真空的关键设备。

目前，太阳能真空集热管烘烤排气装置有两种，一种是单台立式排气台，一种是立式排气线。单台立式排气台对集热管排气时，集热管固定在排气台台面上，烘箱罩在集热管外面，与排气台形成柜式腔，排气台台面上安装加热棒对烘箱内的集热管加热。立式排气线拥有隧道式烘箱，烘箱侧面安装加热棒或燃烧器，顶部有热风循环系统，排气时装有集热管的排气台车，依次通过隧道烘箱，热风从集热管圆头部位吹进，从顶部抽走，在侧面被加热。根据工艺要求，不同烘箱设置固定的温度，对集热管加热。

 但是上述两种太阳能真空集热管烘烤排气装置存在着以下缺陷：

 第一，烘箱上下温差大。烘箱内温度达到排气设置温度，在保温时间结束时，上下温差太大，立式排气台上下温差超过100℃，排气线上下温差超过30℃。导致集热管上下温度大，在排气过程中，上部和下部达到材料放气温度的时间不同。

 第二，太阳能真空集热管内外管的圆头部位放气不充分。集热管外管在排气过程中受加热棒辐射和气体流动先受热升温，而内管加热主要靠外管辐射和内管腔内空气辐射来升温，升温慢，达到相同温度的时间滞后，导致内管管体温度也低于外管，特别是内管圆头部位，排气结束也很难达到玻璃放气点温度，导致部分内、外管未放气，影响真空性能。

第三，排气能耗高。为了保证集热管外管和内管充分放气，满足集热管性能要求，立式排气台和排气线的烘烤温度都很高430℃以上，保温时间都很长40min以上，这样排气能耗就很高。

第四，生产周期长。立式排气台和排气线现用排气工艺，对集热管加热升温到设置温度，需要20-30min，保温40-50min，冷却10min，封离10min，加上上下集热管时间，生产周期在90-120分钟。

发明内容

本发明所要解决的问题是现有的太阳能真空集热管烘烤排气装置的烘箱上下温差大、集热管内外管的圆头部位放气不充分影响真空性能、排气能耗高和生产周期长的问题，从而提供一种生产周期短、节能、产品受热均匀、真空性能优良的太阳能真空集热管烘烤排气装置。

本发明太阳能真空集热管烘烤排气装置所采用的技术方案如下：

本发明太阳能真空集热管烘烤排气装置，包括圆筒形烘箱、烘箱支架、集热管、抽真空装置、外管加热系统、内管加热系统、尾管自动封离装置、感应加热电源和控制柜；圆筒形烘箱设置在烘箱支架上，集热管设置在圆筒形烘箱内，所述集热管包括外管、内管和尾管，内管设置在外管内部，尾管设置在外管后部，外管加热系统设置在外管外部，内管加热系统设置在内管内部，感应加热电源与外管加热系统连接，尾管通过尾管自动封离装置与抽真空装置连接，控制柜分别对外管加热系统、内管加热系统和尾管自动封离装置进行控制。所述抽真空装置用于对集热管内外管夹层空间抽真空；外管加热系统用于对集热管的外管进行卧式均匀加热；内管加热系统用于对集热管的内管进行卧式均匀加热；感应加热电源通过螺旋感应加热管给外管加热系统提供电源；圆筒形烘箱为外管加热系统进行保温；尾管自动封离装置对排气完毕的集热管进行热态自动封离；烘箱支架用于对圆筒形烘箱进行支撑和固定；控制柜对外管、内管加热排气和尾管自动封离进行自动化控制。

作为本发明的优选方案，所述抽真空装置包括机械泵、扩散泵、高阀、真空排气管道、尾管座、气动密封锁紧阀和压缩空气管，机械泵设置在扩散泵前部，高阀设置在扩散泵上，真空排气管道设置在扩散泵后部与扩散泵泵口连接，尾管座设置在真空排气管道后部与真空排气管道相通，集热管的尾管插入到尾管座内，气动密封锁紧阀设置在尾管座头部，压缩空气管与气动密封锁紧阀连接。通过设置气动密封锁紧阀，气动密封锁紧阀用于对尾管进行锁紧和松开，压缩空气管为气动密封锁紧阀提供动力压缩空气。当排气时高阀关闭，机械泵先对集热管抽低真空，到一定的真空度后，开高阀，扩散泵对集热管抽高真空直至排气封离结束。

作为本发明的优选方案，所述外管加热系统包括圆筒形烘箱外壳、螺旋感应加热管、筒状金属壳、第一温度传感器和集热管支撑滚轮；圆筒形烘箱外壳设置在圆筒形烘箱内，螺旋感应加热管设置在圆筒形烘箱外壳内，筒状金属壳设置在螺旋感应加热管内，集热管设置在筒状金属壳内，所述圆筒形烘箱外壳、螺旋感应加热管、筒状金属壳和集热管同心设置，第一温度传感器设置在集热管和筒状金属壳之间，集热管支撑滚轮设置在筒状金属壳内集热管下方的位置。第一温度传感器用于进行温度反馈。集热管在烘烤排气时，螺旋感应加热管采用电磁感应原理、按设置加热温度曲线，对筒状金属壳进行360°方向上均匀加热。筒状金属壳再对集热管在360°方向上进行加热。因螺旋感应加热管与筒状金属壳同心，所以筒状金属壳受热均匀，再加上金属容易传热，所以筒状金属壳温度分布均匀，对集热管外管辐射加热也均匀，温差小于5℃。

作为本发明的优选方案，所述内管加热系统包括长杆加热棒、绝缘保温帽、加热棒支撑轮和第二温度传感器；加热棒支撑轮设置在集热管的内管前部，绝缘保温帽罩在筒状金属壳后部且位于集热管后部，长杆加热棒穿过内管前部的加热棒支撑轮和内管后部的绝缘保温帽罩插在集热管的内管内，第二温度传感器设置在长杆加热棒和内管之间。长杆加热棒的前端通过加热棒支撑轮支撑，后端通过绝缘保温帽支撑，第二温度传感器也用于进行温度反馈。因长杆加热棒360°方向对内管加热，内管内腔空间小，温度均匀，温差小于5℃。

作为本发明的优选方案，所述圆筒形烘箱数量至少一组，每组20-50个，每个圆筒形烘箱均对应一个集热管、外管加热系统、内管加热系统和尾管自动封离装置，在抽真空装置的真空排气管道上设置有与圆筒形烘箱数量相等的尾管座，每个集热管的尾管均插入到一个尾管座内与真空排气管道连接。圆筒形烘箱用于为外管加热系统进行保温，所述圆筒形烘箱两端开口，一端方便集热管插于和抽出，另一端安装尾管自动封离装置，尾管通过尾管自动封离装插于尾管座内，三者同心，对集热管排气过程进行保温和固定外管加热系统。

作为本发明的优选方案，所述圆筒形烘箱有上下两排，每排两组，每组20-50个。

综上所述，本发明太阳能真空集热管烘烤排气装置的优点是 ：

1）螺旋感应加热管采用电磁感应原理，对同心的筒状金属壳进行360°均匀加热，筒状金属壳再对集热管在360°方向上进行加热，保证集热管外管受热均匀，整体温差小于5℃；

2）长杆加热棒插在集热管的内管里，360°方向对内管加热，保证内管受热均匀，温差小于5℃；

3）内、外管加热系统按相同加热曲线，同时对集热管的内、外加热，达到设置温度400℃，用时5min，并保温20min，保证了内管的外壁、外管内壁得到充分放气，确保集热管的真空性能，并且排气能耗与常规排气相比降低50%以上；

4）采用热态封离的集热管，温度从400℃冷却到室温，其外管内壁和内管外壁会重新吸附一部分真空夹层内的气体，进一步提高了集热管夹层的真空度；

5）烘烤排气生产周期在40min，远低于常规90-120min排气周期。

附图说明

图1为本发明太阳能真空集热管烘烤排气装置的俯视图。

图2为本发明太阳能真空集热管烘烤排气装置的右侧视图。

图3为本发明太阳能真空集热管烘烤排气装置的圆筒形烘箱内部结构示意图。

图4为本发明太阳能真空集热管烘烤排气装置的集热管结构示意图。

具体实施方式

如图1至4所示，本发明太阳能真空集热管烘烤排气装置，包括圆筒形烘箱、烘箱支架18、集热管12、抽真空装置、外管加热系统、内管加热系统、尾管自动封离装置17、感应加热电源19和控制柜20；圆筒形烘箱设置在烘箱支架18上，烘箱支架18用于对圆筒形烘箱进行支撑和固定，集热管12设置在圆筒形烘箱内，所述集热管12包括外管、内管和尾管，内管设置在外管内部，尾管设置在外管后部，外管加热系统设置在外管外部且位于圆筒形烘箱内，圆筒形烘箱可为外管加热系统进行保温。内管加热系统设置在内管内部，感应加热电源19与外管加热系统连接，感应加热电源19给集热管12的外管加热系统提供电源；尾管通过尾管自动封离装置17与抽真空装置连接，尾管自动封离装置17对排气完毕的集热管12进行热态自动封离。控制柜20分别对外管加热系统、内管加热系统和尾管自动封离装置17进行控制。尾管自动封离装置17通过控制柜20控制，采用热态封离，集热管保温一结束，尾管自动封离装置17就开始自动封离，集热管12封离结束从400℃冷却到室温，其外管内壁和内管外壁会重新吸附一部分真空夹层内的气体，提高了集热管夹层的真空度，提高了其集热管的真空性能。

抽真空装置用于对集热管12内外管夹层空间抽真空，所述抽真空装置包括机械泵2、扩散泵3、高阀1、真空排气管道4、尾管座5、气动密封锁紧阀7和压缩空气管6，机械泵2设置在扩散泵3前部，高阀1设置在扩散泵3上，高阀1是扩散泵3和集热管12之间开启和关闭的阀门。真空排气管道4设置在扩散泵3后部与扩散泵3泵口连接，尾管座5设置在真空排气管道4后部与真空排气管道4相通，集热管12的尾管插入到尾管座5内，气动密封锁紧阀7设置在尾管座5头部，压缩空气管6与气动密封锁紧阀7连接。通过设置气动密封锁紧阀7，用于对尾管进行锁紧和松开，压缩空气管6可为气动密封锁紧阀7提供动力压缩空气。当排气时高阀1关闭，机械泵2先对集热管12抽低真空，到一定的真空度后，开高阀1，扩散泵3对集热管12抽高真空直至排气封离结束。

外管加热系统用于对集热管12的外管进行卧式均匀加热，所述外管加热系统包括圆筒形烘箱外壳8、螺旋感应加热管9、筒状金属壳10、第一温度传感器11-1和集热管支撑滚轮13；圆筒形烘箱外壳8设置在圆筒形烘箱内，螺旋感应加热管9设置在圆筒形烘箱外壳8内，筒状金属壳10设置在螺旋感应加热管9内，集热管12设置在筒状金属壳10内，所述圆筒形烘箱外壳8、螺旋感应加热管9、筒状金属壳10和集热管12同心设置，第一温度传感器11-1设置在集热管12和筒状金属壳10之间，集热管支撑滚轮13设置在筒状金属壳10内集热管12下方的位置。感应加热电源19通过螺旋感应加热管9给外管加热系统提供电力。第一温度传感器11-1用于进行温度反馈。集热管12在烘烤排气时，螺旋感应加热管9采用电磁感应原理，按设置加热温度曲线，对筒状金属壳10进行360°方向上均匀加热。筒状金属壳10再对集热管12在360°方向上进行加热。因螺旋感应加热管9与筒状金属壳10同心，所以筒状金属壳10受热均匀，再加上金属容易传热，所以筒状金属壳10温度分布均匀，对集热管12外管辐射加热也均匀，温差小于5℃。

内管加热系统用于对集热管12的内管进行卧式均匀加热，所述内管加热系统包括长杆加热棒14、绝缘保温帽15、加热棒支撑轮16和第二温度传感器11-2；加热棒支撑轮16设置在集热管12的内管前部，绝缘保温帽罩15在筒状金属壳10后部且位于集热管12后部，长杆加热棒14穿过内管前部的加热棒支撑轮16和内管后部的绝缘保温帽罩15插在集热管12的内管内，第二温度传感器11-2设置在长杆加热棒14和集热管12的内管之间。长杆加热棒14的前端通过加热棒支撑轮13支撑，后端通过绝缘保温帽15支撑，第二温度传感器11-2也用于进行温度反馈。因长杆加热棒14可360°方向对集热管12的内管加热，集热管12的内管内腔空间小，温度均匀，温差小于5℃。

圆筒形烘箱的数量至少有一组每组20-50个，圆筒形烘箱优选上下两排，每排有两组，每组20-50个。每个圆筒形烘箱均对应一个集热管12、外管加热系统、内管加热系统和尾管自动封离装置17，在抽真空装置的真空排气管道上设置有与圆筒形烘箱数量相等的尾管座5，每个集热管12的尾管均插入到一个尾管座5内与真空排气管道连接。圆筒形烘箱用于为外管加热系统进行保温，所述圆筒形烘箱两端开口，一端方便集热管12插于和抽出，另一端安装尾管自动封离装置17，尾管通过尾管自动封离装17插于尾管座5内，三者同心，对集热管排气过程进行保温和固定外管加热系统。

内管加热系统和外管加热系统按相同加热曲线，可同时对集热管12的内、外进行加热，达到设置温度400℃，用时5min，并保温20min，保证了内管的外壁、外管内壁得到充分放气，提高了集热管12的真空性能。

本发明太阳能真空集热管烘烤排气装置，对集热管进行的烘烤排气工艺一个生产周期流程如下：

1）集热管12通过集热管支撑滚轮13推入筒状金属壳10里面；

2）长杆加热棒14放入集热管12内管里；

3）气动密封锁紧阀7锁紧尾管；

4）机械泵2抽低真空；

5）装好绝缘保温帽15；

6）扩散泵3抽高真空；

7）内、外管加热系统启动，对集热管12加热升温400℃；

8）保温20min结束，系统自动开启尾管自动封离；

9）封离结束，气动密封锁紧阀松开尾管，将尾管从尾管座取出；

10）将绝缘保温帽15卸下，集热管12降温至室温后抽出，等待下一轮生产。

以上结合附图对本发明的优选实施方式做了详细说明，但本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种太阳能真空集热管烘烤排气装置，其特征在于：包括圆筒形烘箱、烘箱支架（18）、集热管（12）、抽真空装置、外管加热系统、内管加热系统、尾管自动封离装置（17）、感应加热电源（19）和控制柜（20）；圆筒形烘箱设置在烘箱支架（18）上，集热管（12）设置在圆筒形烘箱内，所述集热管（12）包括外管（12-1）、内管（12-2）和尾管（12-3），内管（12-2）设置在外管（12-1）内部，尾管（12-3）设置在外管（12-1）后部，外管加热系统设置在外管（12-1）外部，内管加热系统设置在内管（12-2）内部，感应加热电源（19）与外管加热系统连接，尾管（12-3）通过尾管自动封离装置（17）与抽真空装置连接，控制柜（20）分别对外管加热系统、内管加热系统和尾管自动封离装置（17）进行控制。

2.根据权利要求1所述的太阳能真空集热管烘烤排气装置，其特征在于：所述抽真空装置包括机械泵（2）、扩散泵（3）、高阀（1）、真空排气管道（4）、尾管座（5）、气动密封锁紧阀（7）和压缩空气管（6）；机械泵（2）设置在扩散泵（3）前部，高阀（1）设置在扩散泵（3）上，真空排气管道（4）设置在扩散泵（3）后部与扩散泵（3）泵口连接，尾管座（5）设置在真空排气管道（4）后部与真空排气管道（4）相通，集热管的尾管（12-3）插入到尾管座（5）内，气动密封锁紧阀（17）设置在尾管座（5）头部，压缩空气管（6）与气动密封锁紧阀（17）连接。

3.根据权利要求1所述的太阳能真空集热管烘烤排气装置，其特征在于：所述外管加热系统包括圆筒形烘箱外壳（8）、螺旋感应加热管（9）、筒状金属壳（10）、第一温度传感器（11-1）和集热管支撑滚轮（13）；圆筒形烘箱外壳（8）设置在圆筒形烘箱内，螺旋感应加热管（9）设置在圆筒形烘箱外壳（8）内，筒状金属壳（10）设置在螺旋感应加热管（9）内，集热管（12）设置在筒状金属壳（10）内，所述圆筒形烘箱外壳（8）、螺旋感应加热管（9）、筒状金属壳（10）和集热管（12）同心设置，第一温度传感器（11-1）设置在集热管（12）和筒状金属壳（10）之间，集热管支撑滚轮（13）设置在筒状金属壳（10）内集热管（12）下方的位置。

4.根据权利要求1所述的太阳能真空集热管烘烤排气装置，其特征在于：所述内管加热系统包括长杆加热棒（14）、绝缘保温帽（15）、加热棒支撑轮（16）和第二温度传感器（11-2）；加热棒支撑轮（16）设置在集热管的内管（12-2）前部，绝缘保温帽罩（15）在筒状金属壳（10）后部且位于集热管（12）后部，长杆加热棒（14）穿过内管（12-2）前部的加热棒支撑轮（16）和内管（12-2）后部的绝缘保温帽罩（15）插在集热管的内管（12-2）内，第二温度传感器（11-2）设置在长杆加热棒（14）和内管（12-2）之间。

5.根据权利要求1所述的太阳能真空集热管烘烤排气装置，其特征在于：所述圆筒形烘箱数量至少一组，每组20-50个，每个圆筒形烘箱均对应一个集热管（12）、外管加热系统、内管加热系统和尾管自动封离装置（17），在抽真空装置的真空排气管道（4）上设置有与圆筒形烘箱数量相等的尾管座（5），每个集热管的尾管（12-2）均插入到一个尾管座（5）内与真空排气管道（4）连接。

6.根据权利要求1所述的太阳能真空集热管烘烤排气装置，其特征在于：所述圆筒形烘箱上下有两排，每排两组，每组20-50个。