CN108239751B - 高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置 - Google Patents

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Abstract

一种高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置，它包括高温真空集热管、反应源系统、集热管端面冷却系统、电加热系统和抽真空系统；该高温真空集热管两端设有挡板，该挡板内侧设有环槽，该高温真空集热管两端位于该环槽内；该环槽内设有该集热管端面冷却系统；其中一个挡板的位于该高温真空集热管内部的部分与该抽真空系统连接，另一个挡板的位于该高温真空集热管内部的部分与该反应源系统连接，该反应源系统伸入该高温真空集热管内部；该电加热系统套设在该高温真空集热管外周面。本发明解决了集热管端口绝缘密封和密封处冷却问题，为制备阻氢涂层提供了足够高的温度和真空度，采用该设备制备的阻氢涂层结构紧密，与基体结合力好，阻氢性能优异。

Description

高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置
技术领域
本发明属于太阳能光热利用技术领域，特别是一种高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置。
背景技术
太阳能集热管中载热流体的老化会产生游离的氢，氢借助渗透作用穿过中央管，到达中央管和套管之间的真空环形空间，造成环形空间压强的升高，进而导致集热管热损失的增大。为保证管间环形隙的真空，必须采取相应的措施降低真空环形空间的氢气量。早期解决方法包括使用吸气材料，该方法的弊端在于吸气材料的容量有限，当吸气材料的容量耗尽时，环形空间的压强又会升高。因此，采用吸收的方式只能暂时控制而不能从根本上解决问题，为此，研究人员提出了采用阻氢涂层阻止氢渗透，从而有效控制集热管真空环形空间的压强，减少集热管的热损耗。
最早出现的阻氢涂层是CN1971168公开的采用原味氧化技术在不锈钢表面制备Cr2O3阻氢涂层，该制备方法因降低不锈钢基体机械性能和抗晶间腐蚀性能而难以推广应用。南京航空航天大学开发的阻氢涂层组成包括玻璃粉和磨加物的的专利CN101215709、CN101215710和CN101230460，其涂层制备工艺简单，与基体结合良好，但是难以实现在4米高温真空集热管内壁制备。北京有色金属研究总院提供了两种改进的阻氢涂层，分别为CN101469409公开的由氧化铝和氧化铒构成的阻氢涂层和CN101469399公开的Fe-Er金属过渡层和Er2O3涂层。该涂层采用热浸方法进行制备，制备过程中不锈钢的内外表面同时制备涂层，不能满足高温真空集热管只进行内壁阻氢涂层的制备要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置，其成本低廉、制备工艺简单并且制备的涂层长期稳定可靠。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置，它包括高温真空集热管、反应源系统、集热管端面冷却系统、电加热系统和抽真空系统；
该高温真空集热管两端设有挡板，该挡板内侧设有环槽，该高温真空集热管两端位于该环槽内；该环槽内设有该集热管端面冷却系统；其中一个挡板的位于该环槽内部的部分与该抽真空系统连接，另一个挡板的位于该环槽内部的部分与该反应源系统连接，该反应源系统伸入该高温真空集热管内部；该电加热系统套设在该高温真空集热管外周面。
进一步的，所述反应源系统下方挡板处设有温度和真空测量接口。
进一步的，所述高温真空集热管包括不锈钢中央管和外层玻璃套管，该不锈钢中央管内壁具有光谱选择性吸收涂层。
进一步的，所述不锈钢中央管直径为30～120mm，厚度为1-6mm，长度为300～6000mm；所述外层玻璃套管直径为70-150mm，厚度为2-4mm。
进一步的，所述反应源系统包括反应源加热装置、反应源放置装置和反应源；该反应源放置装置为不锈钢管，穿设于所述挡板内壁，该不锈钢管位于所述高温真空集热管内部的一端设有该反应源，该反应源外周设有该反应源加热装置。
进一步的，所述集热管端面冷却系统包括水冷循环系统和绝缘密封垫；该绝缘密封垫一侧与所述高温真空集热管端部接触，另一侧与水冷循环系统接触。
进一步的，所述电加热系统包括可控硅、变压器、温度控制器、热电偶和电流互感器；该电加热系统通过铜环与所述高温真空集热管连接。
进一步的，所述抽真空系统包括机械泵和真空计。
本发明的有益效果是：和现有技术相比，采用本发明高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置制备阻氢涂层的过程不影响高温真空集热管内不锈钢管机械性能和抗晶间腐蚀性能，同时可以实现整管阻氢涂层的均匀制备，制备的阻氢涂层具有厚度可控、致密性高、成分均匀和阻氢性能优异的特点。
附图说明
图1是本发明高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供一种高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置，它包括高温真空集热管1、反应源系统2、集热管端面冷却系统3、电加热系统4和抽真空系统5。
该高温真空集热管1两端设有挡板6，该挡板6内侧设有环槽61，该高温真空集热管1两端位于该环槽61内。该环槽61内设有该集热管端面冷却系统3。该其中一个挡板6的位于该环槽61内部的部分与该抽真空系统连接，另一个挡板的位于该环槽61内部的部分与该反应源系统2连接，该反应源系统2伸入该高温真空集热管1内部。该反应源系统2下方挡板处设有温度和真空测量接口7，该电加热系统4套设在该高温真空集热管1外周面。
该高温真空集热管1包括不锈钢中央管和外层玻璃套管，该不锈钢中央管内壁具有光谱选择性吸收涂层。该不锈钢中央管直径为30～120mm，厚度为1-6mm，长度为300～6000mm。该外层玻璃套管直径为70-150mm，厚度为2-4mm。
该反应源系统2包括反应源加热装置21、反应源放置装置22和反应源23。该反应源放置装置22为不锈钢管，穿设于该挡板6内壁，该不锈钢管位于该高温真空集热管1内部的一端设有该反应源23，该反应源23提供制备涂层所需的反应元素，外周设有该反应源加热装置21。工作时，通入载水气氛，进入反应源，通过反应源加热装置21对反应源23进行加热，温度范围在50-400℃，依靠外界载气将蒸发后的反应源带入不锈钢中央管，在不锈钢中央管形成均匀稳定，结合力好的阻氢涂层。
该集热管端面冷却系统3包括水冷循环系统和绝缘密封垫31。该绝缘密封垫31一侧与该高温真空集热管1端部接触，另一侧与水冷循环系统接触。绝缘密封垫31主要防止阻氢涂层制备过程中端面封接处发生漏气，影响涂层质量。在工作温度下，打开水冷循环，对端面密封胶圈等进行循环冷却，以保护端面的密封绝缘所需胶圈等难以耐受高温的橡胶材料。
该电加热系统4包括可控硅、变压器、温度控制器、热电偶和电流互感器。该电加热系统4通过铜环与该高温真空集热管1连接。该电加热系统4主要用于对反应源所需温度进行精确控制，并提供阻氢涂层制备所需均匀稳定的温度场，保证所制备涂层的均匀稳定性。
该抽真空系统5主要包括机械泵和真空计，用以提供阻氢涂层制备过程中所需的低真空环境，保证反应过程中涂层的均匀制备。
本发明高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置有效地解决了集热管端口绝缘密封和密封处冷却问题，为制备阻氢涂层提供了足够高的温度和真空度，采用该设备制备的阻氢涂层结构紧密，与基体结合力好，阻氢性能优异。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置，其特征在于，它包括高温真空集热管、反应源系统、集热管端面冷却系统、电加热系统和抽真空系统；
该高温真空集热管两端设有挡板，该挡板内侧设有环槽，该高温真空集热管两端位于该环槽内；该环槽内设有该集热管端面冷却系统；其中一个挡板的位于该高温真空集热管内部的部分与该抽真空系统连接，另一个挡板的位于该高温真空集热管内部的部分与该反应源系统连接，该反应源系统伸入该高温真空集热管内部；该电加热系统套设在该高温真空集热管外周面；所述集热管端面冷却系统包括水冷循环系统和绝缘密封垫；该绝缘密封垫一侧与所述高温真空集热管端部接触，另一侧与水冷循环系统接触。
2.根据权利要求1所述的高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置，其特征在于：所述反应源系统下方挡板处设有温度和真空测量接口。
3.根据权利要求1或2所述的高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置，其特征在于：所述高温真空集热管包括不锈钢中央管和外层玻璃套管，该不锈钢中央管内壁具有光谱选择性吸收涂层。
4.根据权利要求3所述的高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置，其特征在于：所述不锈钢中央管直径为30～120mm，厚度为1-6mm，长度为300～6000mm；所述外层玻璃套管直径为70-150mm，厚度为2-4mm。
5.根据权利要求1所述的高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置，其特征在于：所述反应源系统包括反应源加热装置、反应源放置装置和反应源；该反应源放置装置为不锈钢管，穿设于所述挡板内壁，该不锈钢管位于所述高温真空集热管内部的一端设有该反应源，该反应源外周设有该反应源加热装置。
6.根据权利要求1所述的高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置，其特征在于：所述电加热系统包括可控硅、变压器、温度控制器、热电偶和电流互感器；该电加热系统通过铜环与所述高温真空集热管连接。
7.根据权利要求1所述的高温真空集热管内壁阻氢涂层制备装置，其特征在于：所述抽真空系统包括机械泵和真空计。
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