CN108362008A - 一种减少温度梯度的槽式太阳能集热管及其减少温度梯度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减少温度梯度的槽式太阳能集热管及其减少温度梯度的方法。目前还没有一种工艺简单，造价经济的集热管可以解决温度不均匀性带来的应力问题。本发明包括玻璃外管和金属集热管，所述金属集热管位于玻璃外管内，在玻璃外管和金属集热管之间形成环状真空腔，其特点是：还包括金属转轴，腔体，流体入口管，轴承，以及，能量转换装置；所述腔体安装在金属集热管的端部，所述流体入口管安装在腔体上，所述轴承和能量转换装置均位于腔体内，所述金属转轴通过轴承安装在金属集热管内，且金属转轴贯穿整根金属集热管，所述金属转轴与能量转换装置连接，金属转轴上设置有划片。本发明的结构设计合理，工艺简单，造价经济，能使管壁温度均匀。

Description

一种减少温度梯度的槽式太阳能集热管及其减少温度梯度的 方法

技术领域

本发明涉及一种减少温度梯度的槽式太阳能集热管及其减少温度梯度的方法，属于太阳能光热发电应用技术领域，具体用于槽式太阳能集热装置。

背景技术

槽式太阳能光热发电系统是指利用槽型抛物面反射镜将太阳光聚焦到集热器对传热介质加热，在换热器内产生蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电的系统。槽式太阳能发电是重要的光热发电模式，也是目前商业化最成熟的光热发电类型。太阳能光热发电系统主要由聚光子系统、集热子系统、蓄热子系统、发电子系统等部分组成。槽式真空集热管属于槽式太阳能光热发电系统中的集热子系统，是槽式太阳能发电系统的核心部件，所起的作用是将槽式反射面反射过来的辐射能量转化为热能，并由管内介质带走。由于辐射能量密度的不均匀，尤其是角向的不均匀，使得集热管上沿角向的温度很不均匀，从而产生较大应力，严重影响集热管的可靠性和寿命，制约了集热管生产成本的降低。为了解决集热管温度不均匀性，曾有专利提到的做法是在管内侧加工一定形状的槽，使得流体有一定旋转翻动，然而加工工艺较为繁琐，成本较高，而且在沟槽的地方还是会出现死角，使得局部过热，流体可能发生沸腾或者分解的情况，一直没有得到规模应用。

虽然目前也有一些相对较好的槽式太阳能集热器，如公开日为2017年10月17日，公开号为CN105258360A的中国专利中，公开了一种多曲面槽式太阳能集热系统，包括扭矩支架，旋金属转轴，模板固定器，钢制模板，圆弧型钢化玻璃反光镜，陶瓷封口型直通式金属－玻璃真空集热管，以及集热元件支撑杆件，系统采用了圆弧面拟合抛物面的技术和用陶瓷金属化技术生产陶瓷封口型直通式金属－玻璃真空集热管的方法，虽然在一定程度上降低了槽式太阳能集热系统的制造难度，但是依旧难以有效解决温度不均匀性带来的应力问题。又如公开日为2017年09月12日，公开号为CN107152792A的中国专利中，公开了一种槽式太阳能集热器，该槽式太阳能集热器基于集热管使用热管导热介质，在其表面装有椭圆形增温层，聚光镜架上装有连续排列的独立可调聚光镜，每块聚光镜可单独调节角度，聚焦于集热管轴线上，聚光镜架在两侧均布有独立可调聚光镜的定位锁紧孔，锁定螺钉通过定位锁紧孔对独立可调聚光镜角度固定；利用集热管上安装增温层来实现高效的集热过程，从而实现优良的太阳能集热和传热特性，但是依旧没有解决温度不均匀性带来的应力问题。

综上所述，目前还没有一种工艺简单，造价经济的集热管可以解决温度不均匀性带来的应力问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，工艺简单，造价经济的减少温度梯度的槽式太阳能集热管及其减少温度梯度的方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该减少温度梯度的槽式太阳能集热管包括玻璃外管和金属集热管，所述金属集热管位于玻璃外管内，且玻璃外管的两端分别和金属集热管的两端固定，在玻璃外管和金属集热管之间形成环状真空腔，其结构特点在于：还包括金属转轴，腔体，流体入口管，轴承，以及，用于将流体的部分压能转化为机械能、并使得金属转轴缓慢旋转、且通过金属转轴的旋转而带动金属集热管内的流体随之流动、让整根金属集热管的温度梯度均匀、以防止金属集热管最下部的流体过热的能量转换装置；所述腔体安装在金属集热管的端部，所述流体入口管安装在腔体上，所述轴承和能量转换装置均位于腔体内，所述金属转轴通过轴承安装在金属集热管内，且金属转轴贯穿整根金属集热管，所述金属转轴与能量转换装置连接，所述金属转轴上设置有划片。

作为优选，本发明所述能量转换装置包括定子和转子，流体从定子流出，对转子做功，带动金属转轴旋转。

作为优选，本发明所述金属转轴与金属集热管同轴布置，所述金属转轴的位置比金属集热管的位置低，在不碰到金属集热管管壁的前提下，划片尽可能贴近金属集热管的管壁，以提高扰动的效率，确保最底层流体不过热。

作为优选，本发明所述划片设置有多段，以减少划片和金属转轴之间的应力。

作为优选，本发明所述划片焊接在金属转轴上。

作为优选，本发明能量转换装置和集热管支撑连接结构合为一体，将定子和转子集成在集热管支撑连接结构中，用于连接上下两根槽式太阳能集热管，以增加槽式太阳能集热管有效的吸热长度。

一种使用所述的减少温度梯度的槽式太阳能集热管进行减少温度梯度的方法，其特点在于：步骤如下：流体从流体入口管进入腔体，推动能量转换装置缓慢旋转，并通过能量转换装置带动金属转轴随之旋转，能量转换装置与金属集热管之间设置有轴承；流体在流经能量转换装置的过程中，带动金属转轴缓慢旋转，金属转轴上设置的划片拨动金属集热管底层的流体，使得底层的流体温度均匀，避免金属集热管过热；流体流经整根金属集热管后，进入另一端的腔体中，再经过下一个能量转换装置带动下一根金属转轴旋转，随后流经下一个槽式太阳能集热管，依次流完所有的集热管道。

作为优选，本发明腔体通过钢结构与槽式系统的驱动装置相连，并对槽式太阳能集热管起着支撑作用。

作为优选，本发明划片和金属转轴均需做表面处理和热处理，以延长使用寿命。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：通过将流体的压能，在能量转换装置中转换为机械能，带动金属转轴转动，增加金属集热管管内液体上下扰动，减少金属集热管管壁上的温度梯度，从而减少热应力对管壁的冲击，延长吸热管寿命，同时一定程度上减少辐射损失，提高吸热效率。

附图说明

图1是本发明实施例中减少温度梯度的槽式太阳能集热管的主视结构示意图。

图2是本发明实施例中减少温度梯度的槽式太阳能集热管的内部结构示意图。

图中：1—玻璃外管；2—金属集热管；3—金属转轴；4—划片；5—腔体；6—流体入口管；7—能量转换装置；8—轴承；9—环状真空腔。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图2，本实施例中减少温度梯度的槽式太阳能集热管包括玻璃外管1，金属集热管2，金属转轴3，腔体5，流体入口管6，轴承8，以及，能量转换装置7；其中，能量转换装置7用于将流体的部分压能转化为机械能，并使得金属转轴3缓慢旋转，且通过金属转轴3的旋转而带动金属集热管2内的流体随之流动、让整根金属集热管2的温度梯度均匀、以防止金属集热管2最下部的流体过热。

本实施例中的金属集热管2位于玻璃外管1内，且玻璃外管1的两端分别和金属集热管2的两端固定，在玻璃外管1和金属集热管2之间形成环状真空腔9。

本实施例中的腔体5安装在金属集热管2的端部，流体入口管6安装在腔体5上，轴承8和能量转换装置7均位于腔体5内，金属转轴3通过轴承8安装在金属集热管2内，且金属转轴3贯穿整根金属集热管2，金属转轴3与能量转换装置7连接，金属转轴3上设置有划片4。金属转轴3的两端均有轴承8支撑。

本实施例中能量转换装置7包括定子和转子，流体从定子流出，对转子做功，带动金属转轴3旋转。能量转换装置7可以结构类似于汽轮机的定子转子，流体从定子部分流出，对转子做功，带动金属转轴3旋转。相比较而言，能量转换装置7的单个的转换效率较低，让流体压能在多根金属集热管2中释放，使得所有的金属集热管2中的金属转轴3都有可带来旋转的机械能。

金属转轴3与金属集热管2同轴布置，金属转轴3的位置比金属集热管2的位置低，在不碰到金属集热管2管壁的前提下，划片4尽可能贴近金属集热管2的管壁，以提高扰动的效率，确保最底层流体不过热。划片4设置有多段，以减少划片4和金属转轴3之间的应力。划片4焊接在金属转轴3上。

本实施例中的能量转换装置7和集热管支撑连接结构合为一体，将定子和转子集成在集热管支撑连接结构中，用于连接上下两根槽式太阳能集热管，以增加槽式太阳能集热管有效的吸热长度。

本实施例中减少温度梯度的槽式太阳能集热管进行减少温度梯度的方法的步骤如下：流体从流体入口管6进入腔体5，推动能量转换装置7缓慢旋转，并通过能量转换装置7带动金属转轴3随之旋转，能量转换装置7与金属集热管2之间设置有轴承8；流体在流经能量转换装置7的过程中，带动金属转轴3缓慢旋转，金属转轴3上设置的划片4拨动金属集热管2底层的流体，使得底层的流体温度均匀，避免金属集热管2过热；流体流经整根金属集热管2后，进入另一端的腔体中，再经过下一个能量转换装置7带动下一根金属转轴3旋转，随后流经下一个槽式太阳能集热管，依次流完所有的集热管道。

本实施例中腔体4可以通过钢结构与槽式系统的驱动装置相连，并对槽式太阳能集热管起着支撑作用。划片4和金属转轴3均需做表面处理和热处理，以延长使用寿命。

本实施例在主流的槽式真空集热管（玻璃外管1和金属集热管2嵌套的结构）的基础上，通过增设了金属转轴3和划片4，并利用能量转换装置7将流体动能转换为金属转轴3旋转的机械能。可增加金属集热管2内液体上下扰动，减少管壁上的温度梯度，从而减少热应力对管壁的冲击，延长吸热管寿命，同时一定程度上减少辐射损失，提高吸热效率。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。

Claims (9)

1.一种减少温度梯度的槽式太阳能集热管，包括玻璃外管和金属集热管，所述金属集热管位于玻璃外管内，且玻璃外管的两端分别和金属集热管的两端固定，在玻璃外管和金属集热管之间形成环状真空腔，其特征在于：还包括金属转轴，腔体，流体入口管，轴承，以及，用于将流体的部分压能转化为机械能、并使得金属转轴缓慢旋转、且通过金属转轴的旋转而带动金属集热管内的流体随之流动、让整根金属集热管的温度梯度均匀、以防止金属集热管最下部的流体过热的能量转换装置；所述腔体安装在金属集热管的端部，所述流体入口管安装在腔体上，所述轴承和能量转换装置均位于腔体内，所述金属转轴通过轴承安装在金属集热管内，且金属转轴贯穿整根金属集热管，所述金属转轴与能量转换装置连接，所述金属转轴上设置有划片。

2.根据权利要求1所述的减少温度梯度的槽式太阳能集热管，其特征在于：所述能量转换装置包括定子和转子，流体从定子流出，对转子做功，带动金属转轴旋转。

3.根据权利要求1所述的减少温度梯度的槽式太阳能集热管，其特征在于：所述金属转轴与金属集热管同轴布置，所述金属转轴的位置比金属集热管的位置低，在不碰到金属集热管管壁的前提下，划片尽可能贴近金属集热管的管壁，以提高扰动的效率，确保最底层流体不过热。

4.根据权利要求1所述的减少温度梯度的槽式太阳能集热管，其特征在于：所述划片设置有多段，以减少划片和金属转轴之间的应力。

5.根据权利要求1所述的减少温度梯度的槽式太阳能集热管，其特征在于：所述划片焊接在金属转轴上。

6.根据权利要求2所述的减少温度梯度的槽式太阳能集热管，其特征在于：能量转换装置和集热管支撑连接结构合为一体，将定子和转子集成在集热管支撑连接结构中，用于连接上下两根槽式太阳能集热管，以增加槽式太阳能集热管有效的吸热长度。

7.一种使用如权利要求1～6任一权利要求所述的减少温度梯度的槽式太阳能集热管进行减少温度梯度的方法，其特征在于：步骤如下：流体从流体入口管进入腔体，推动能量转换装置缓慢旋转，并通过能量转换装置带动金属转轴随之旋转，能量转换装置与金属集热管之间设置有轴承；流体在流经能量转换装置的过程中，带动金属转轴缓慢旋转，金属转轴上设置的划片拨动金属集热管底层的流体，使得底层的流体温度均匀，避免金属集热管过热；流体流经整根金属集热管后，进入另一端的腔体中，再经过下一个能量转换装置带动下一根金属转轴旋转，随后流经下一个槽式太阳能集热管，依次流完所有的集热管道。

8.根据权利要求7所述的减少温度梯度的槽式太阳能集热管进行减少温度梯度的方法，其特征在于：腔体通过钢结构与槽式系统的驱动装置相连，并对槽式太阳能集热管起着支撑作用。

9.根据权利要求7所述的减少温度梯度的槽式太阳能集热管进行减少温度梯度的方法，其特征在于：划片和金属转轴均需做表面处理和热处理，以延长使用寿命。