CN108302781A - 一种真空集热管、其生产方法和太阳能光热电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空集热管、其生产方法和太阳能光热电站。真空集热管包括玻璃套管和金属管；所述金属管设置在玻璃套管内部，所述玻璃套管与所述金属管之间形成真空隔层；所述金属管的内腔中还布置有至少一根内管；所述内管与所述金属管之间的空腔填充有导热系数大于金属管导热系数的导热体。本发明集热管能够降低金属管两侧的温差，金属管的温度较高一侧的热量更容易传递至温度较低的一侧，使金属管表面温度更均匀，避免了在使用过程中金属管向温度较低一侧发生弯曲的问题。同时降低了集热管的壁面温度，延缓金属管镀膜老化的速度，进一步提高了真空集热管的使用寿命。

Description

一种真空集热管、其生产方法和太阳能光热电站

技术领域

本发明属于太阳能光热发电设备技术领域，特别是涉及一种真空集热管及使用该真空集热管的塔式太阳能光热电站和菲涅尔式太阳能光热电站。

背景技术

太阳能热发电是大规模开发利用太阳能的一项重要技术途径，它通过反射镜将光线反射至集热器并加热工质，进而利用热工质驱动发电机发电。在将太阳能转换成热能的过程中，构成集热器的集热管扮演着重要的角色，其热性能和可靠性直接决定了整个太阳能热发电系统的效率和运维成本。

典型的集热管由以下几个部分组成：带选择性吸收镀膜的金属管、带增透膜的玻璃套管、以及设置在金属管与玻璃套管之间的真空隔层。

太阳能光热发电中，反射镜将光线反射至集热管的倍率越高，集热管的壁面温度及金属管内传热介质的温度就越高，相应地，作用于汽轮机的传热介质温度就越高，则太阳能光热发电中的发电效率就越高。因此为了获得较高的发电效率，反射镜反射至集热管的倍率越高越好。而集热管在使用过程中，由于来自反射装置的光线照射位置不均匀导致金属管外壁的温度不均匀，反射镜的倍率越高时，金属管的温度较高的一侧与温度较低的一侧的温差就会越大。对于金属管，其具有的属性为温度越高的地方，受热膨胀越大。因此当金属管两不同侧的温差较大时，温度高的部位膨胀较明显，温度低的部位膨胀较弱，则金属管中膨胀较明显的部位向膨胀较弱的部位产生弯曲，温差越大，金属管弯曲部分的弯曲率就越大，严重时还会导致玻璃套管破裂损坏。

同时，反射镜反射至集热管的倍率越高，集热管的壁面温度和金属管内传热介质的温度的温度差就会增大，而该温差越大，金属管上的镀膜就越容易老化，进而影响真空集热管的使用寿命。

因此有必要提供一种在使用高倍率反射镜时，能够使集热管中金属外壁的温度分布均匀，且能够降低金属管外壁与金属管内传热介质温度差的真空集热管。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空集热管，以解决真空集热管中由于金属管外壁温度不均匀导致的金属管产生弯曲，以及金属管的外壁温度与传热介质的温度差异较大，导致金属管上的镀膜容易老化的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种真空集热管，包括玻璃套管和金属管；所述金属管设置在玻璃套管内部，所述玻璃套管与所述金属管之间形成真空隔层；所述金属管的内腔中还布置有至少一根内管；所述内管与所述金属管之间的空腔填充有导热系数大于金属管导热系数的导热体。

本发明如上所述的真空集热管，进一步，所述内管的数量为一根，布置在所述金属管内部，所述内管的轴心与所述金属管的轴心重合。

本发明如上所述的真空集热管，进一步，所述内管的数量大于两根，均匀布置在所述金属管内。

本发明如上所述的真空集热管，进一步，所述内管以环状布置在所述金属管的内部，包围在内管内部的导热体具有与金属管轴向平行的空腔。

本发明如上所述的真空集热管，进一步，所述金属管为不锈钢管或合金钢管。

本发明如上所述的真空集热管，进一步，所述内管为陶瓷管；所述导热体为铜、铝、含有铜的合金、含有铝的合金或陶瓷。

本发明如上所述的真空集热管，进一步，所述内管为不锈钢管、合金钢管、内壁为陶瓷的不锈钢管或内壁为陶瓷的合金钢管；所述导热体为铜、铝、含有铜的合金或含有铝的合金。

本发明还提供一种真空集热管的生产方法，所述真空集热管为如上所述的真空集热管，该方法包括以下步骤：

步骤1，分别制备玻璃套管、金属管、内管以及导热体；

步骤2，将玻璃套管密封连接到金属管的外部。

步骤3，利用冷拉工艺将导热体安装到内管外；冷拉后的导热体的外径大于等于金属管的内径；

步骤4，加热金属管使金属管受热膨胀，将导热体插入膨胀后的金属管，然后冷却金属管使金属管与导热体过盈配合；

本发明还提供一种真空集热管的生产方法，所述真空集热管为如上所述的真空集热管，该方法包括以下步骤：

步骤1，分别制备玻璃套管、金属管、内管以及导热体；

步骤2，将玻璃套管密封连接到金属管的外部。

步骤3，利用冷拉工艺将导热体安装到内管外；冷拉后的导热体的外径小于金属管的内径；

步骤4，将导热体插入金属管，在金属管与导热体之间的间隙内填充钎料，加热钎料使钎料熔化并连接金属管与导热体；

本发明还提供一种塔式太阳能光热电站，所述塔式光热电站的真空集热管为如上任一项所述的真空集热管。

本发明还提供一种菲涅尔式太阳能光热电站，所述菲涅尔式光热电站的真空集热管为如上任一项所述的真空集热管。

本发明还提供一种槽式太阳能光热电站，所述槽式光热电站的真空集热管为如上任一项所述的真空集热管。

本发明的有益效果是：

1、降低金属管两侧的温差，金属管的温度较高一侧的热量更容易传递至温度较低的一侧，使金属管表面温度更均匀，避免了在使用过程中金属管向温度较低一侧发生弯曲的问题。

2、降低了集热管的壁面温度，延缓金属管上的镀膜受的老化速度，进一步提高了真空集热管的使用寿命。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1为本发明一种实施例的真空集热管的结构示意图；

图2为内管数量为一根的真空集热管的结构示意图；

图3为内管数量为多根的真空集热管的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、金属管，2、内管，3、导热体，4、玻璃套管。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的真空集热管的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

图1示出本发明一种实施例的真空集热管的结构示意图。如图1所示，真空集热管包括玻璃套管4和金属管1；金属管1设置在玻璃套管4内部，玻璃套管4与金属管1之间形成真空隔层。在优选的实施例中，为了提高玻璃套管的透光性，玻璃管外壁涂覆增透膜。

金属管1的内腔中还布置有至少一根内管2。在优选的实施例中，金属管1选用耐压强度较高的金属材料，如均为不锈钢管或合金钢管。在更优选的实施例中，为了提高金属管对光能的吸收，金属管1外壁的镀膜为选择性吸收镀膜。内管为陶瓷管、不锈钢管、合金钢管、内壁为陶瓷的不锈钢管或内壁为陶瓷的合金钢管。

内管2与金属管1之间的空腔填充有导热系数大于金属管导热系数的导热体。导热体3可为铜、铝、含有铜的合金、含有铝的合金或陶瓷。

在上述真空集热管的实施例中，在金属管1与内管2的空腔内填充导热材料，当金属管外壁的温度不均匀时，导热体将温度高部位的温度快速传导至温度低的部位，从而使金属管外壁的壁面温度分布较均匀，从而避免在使用过程中金属管向温度较低一侧发生弯曲的问题。

同时金属管内腔填充导热体，导热体的导热性能优于金属管，则相较于单根金属管，本实施例中的金属管具有更优的传热系数，在使用高倍率反射镜时，金属外壁的温度能够更快地传递给金属管内的传热介质，从而降低金属管外壁的温度，延缓金属管上的镀膜的老化，进一步提高了真空集热管的使用寿命。

上述实施例的真空集热管中，内管的数量应根据光热电站类型不同而进行优选数值的选择。

当真空集热管应用于槽式光热电站或菲涅尔式光热电站时，内管2的数量优选为一根。如图2所示，内管2布置在金属管1内部，优选地，内管2的轴心与所述金属管的轴心重合。

当真空集热管应用于塔式光热电站时，内管2的数量优选为两根以上，均匀布置在金属管1内。更进一步，内管2的数量为4～15根，图1中所示的实施例为8根。需要说明的是，本申请中对于内管的数量不做具体限定，内管的数量可根据实际生产情况做适应性调整。

上述实施例还可以进行以下改进，如图3所示，内管2以环状布置在金属管1的内部，包围在内管2内部的导热体3具有与金属管轴向平行的空腔5。所述空腔可以用于流通传热介质，利用所吸收的热量对传热介质加热。或者所述空腔用于安装传感器，如热传感器，监控集热管内部的温度状态。

在本发明上述实施例中，在内管为不锈钢管、合金钢管、内壁为陶瓷的不锈钢管或内壁为陶瓷的合金钢管；所述导热体为铜、铝、含有铜的合金或含有铝的合金的实施例中，为了提高导热内管、金属管、导热体之间接触的紧密程度，提高导热性，提出了以下两种真空集热管的生产方法：

第一种真空集热管的生产方法包括以下步骤：

步骤1，分别制备玻璃套管、金属管、内管以及导热体，所述导热体为管状，导热体的内经大于内管；

步骤2，将玻璃套管密封连接到金属管的外部。

步骤3，利用冷拉工艺将导热体安装到内管外；冷拉后的导热体的外径大于等于金属管的内径；

步骤4，加热金属管使金属管受热膨胀，将导热体插入膨胀后的金属管，然后冷却金属管使金属管与导热体过盈配合。

第二种真空集热管的生产方法包括以下步骤：

步骤1，分别制备玻璃套管、金属管、内管以及导热体；

步骤2，将玻璃套管密封连接到金属管的外部。

步骤3，利用冷拉工艺将导热体安装到内管外；冷拉后的导热体的外径小于金属管的内径；

步骤4，将导热体插入金属管，在金属管与导热体之间的间隙内填充钎料，加热钎料使钎料熔化并连接金属管与导热体。

本发明解还提供一种菲涅尔式太阳能光热电站，菲涅尔式光热电站的真空集热管为如上任一实施例所描述的真空集热管。应用于菲涅尔式太阳能光热电站的常规集热管，其金属管外径通常为70～90mm，玻璃套管外径115～125mm。该集热管的缺点是：真空集热管直径较小，对聚光系统控制精度要求高。为了降低聚光系统控制精度就需要增大集热管直径，由于金属管需要承受蒸汽压力，当增大金属管直径时就需要同时增加其壁厚。金属管的壁越厚，其传热系数降低，为得到设定的温度参数，则金属管外壁温度就需要大幅增加，当金属管外壁温度较高，且壁厚较大时，即存在背景技术中所涉及到的问题。而采用本申请中的真空集热管，通过在金属管内腔插入内管的方式，能够将金属管壁厚减薄，通过导热体将温度高部位的温度快速传导至温度低的部位，从而使金属管外壁的壁面温度分布均匀，同时使金属外壁的温度能够更快地传递给金属管内的传热介质，从而能够在获得高倍率光热时，依然能够减少金属管在使用过程中发生弯曲以及金属管上的镀膜老化的问题，进而提高了菲涅尔式太阳能光热电站中集热管的热性能和可靠性。在菲涅尔式太阳能光热电站中，真空集热管内流通的传热介质可为熔盐、水或油。

本发明解还提供一种塔式或槽式太阳能光热电站，塔式或槽式光热电站的真空集热管为以上任一实施例所描述的真空集热管。

在塔式太阳能光热电站中采用本实施例中的真空集热管，其真空隔层可使集热管的热损失降低，提高光能的利用率。同时由于金属管不再直接裸露于空气中，其寿命亦可大大延长。同时，集热管在获得高倍率光热时具备上述真空集热管其具有的金属外壁的温度能够更快地传递给金属管内的传热介质，降低金属管外壁的温度，以及延缓金属管镀膜老化速度的优异特性。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (12)

1.一种真空集热管，包括玻璃套管和金属管；所述金属管设置在玻璃套管内部，所述玻璃套管与所述金属管之间形成真空隔层；其特征在于，所述金属管的内腔中还布置有至少一根内管；所述内管与所述金属管之间的空腔填充有导热系数大于金属管导热系数的导热体。

2.根据权利要求1所述的真空集热管，其特征在于，所述内管的数量为一根，布置在所述金属管内部，所述内管的轴心与所述金属管的轴心重合。

3.根据权利要求1所述的真空集热管，其特征在于，所述内管的数量大于两根，均匀布置在所述金属管内。

4.根据权利要求3所述的真空集热管，其特征在于，所述内管以环状布置在所述金属管的内部，包围在内管内部的导热体具有与金属管轴向平行的空腔。

5.根据权利要求1所述的真空集热管，其特征在于，所述金属管为不锈钢管或合金钢管。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的真空集热管，其特征在于，所述内管为陶瓷管；所述导热体为铜、铝、含有铜的合金、含有铝的合金或陶瓷。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的真空集热管，其特征在于，所述内管为不锈钢管、合金钢管、内壁为陶瓷的不锈钢管或内壁为陶瓷的合金钢管；所述导热体为铜、铝、含有铜的合金或含有铝的合金。

8.一种真空集热管的生产方法，所述真空集热管为权利要求7所述的真空集热管，该方法包括以下步骤：

步骤1，分别制备玻璃套管、金属管、内管以及导热体；

步骤2，将玻璃套管密封连接到金属管的外部；

步骤3，利用冷拉工艺将导热体安装到内管外；冷拉后的导热体的外径大于等于金属管的内径；

步骤4，加热金属管使金属管受热膨胀，将导热体插入膨胀后的金属管，然后冷却金属管使金属管与导热体过盈配合。

9.一种真空集热管的生产方法，所述真空集热管为权利要求7所述的真空集热管，该方法包括以下步骤：

步骤1，分别制备玻璃套管、金属管、内管以及导热体；

步骤2，将玻璃套管密封连接到金属管的外部；

步骤3，利用冷拉工艺将导热体安装到内管外；冷拉后的导热体的外径小于金属管的内径；

步骤4，将导热体插入金属管，在金属管与导热体之间的间隙内填充钎料，加热钎料使钎料熔化并连接金属管与导热体。

10.一种塔式太阳能光热电站，其特征在于，所述塔式光热电站的真空集热管为权利要求1-7中任一项所述的真空集热管。

11.一种菲涅尔式太阳能光热电站，其特征在于，所述菲涅尔式光热电站的真空集热管为权利要求1-7任一项所述的真空集热管。

12.一种槽式太阳能光热电站，其特征在于，所述槽式光热电站的真空集热管为权利要求1-7任一项所述的真空集热管。