CN1743756A - 太阳能高温真空管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能高温真空管的改进，属于太阳能热利用技术领域。本发明的真空管包括内外两层玻璃管、安装在玻璃内管中的金属管、分别与金属管两端连通的工作流体出口管和进口管，所述玻璃内管与外管形成的夹层内抽真空，其中的玻璃内管与金属管之间留有缝隙，该缝隙内可充填深色流体作为吸热层。玻璃管两端分别装有由真空环形隔热腔和波纹管构成的两组结构件，环形隔热腔的内侧与金属管密封固连，外侧通过紧固件与波纹管的一端密封连接，波纹管的另一端与外层玻璃管固定连接。本发明不采用磁控溅射等特殊工艺形成吸热层，有助于大幅度降低真空管的制造成本，同时妥善解决了玻璃和金属材料间的封接问题，可以确保玻璃管之间的长期真空度。

Description

太阳能高温真空管

技术领域

本发明涉及一种太阳能高温真空管的改进，该真空管可用作太阳能热利用系统的接收器，属于太阳能热利用技术领域。

背景技术

槽式太阳能热发电系统是一种典型的高温太阳能利用装置，其核心部件为高温接收器。此类系统采用槽型曲面反射镜，将入射阳光反射聚焦为一条线，安置在这条焦线上的接收器可以吸收阳光加热工质，产生的高温高压蒸汽，推动汽轮机组发电。

真空集热管是一种槽式太阳能热发电系统中常用的高温接收器。其典型结构为在一根金属圆管表面涂覆选择性吸收膜，并且在金属管外面套一根同心玻璃圆管，夹层内抽真空，以便在保护集热管表面选择性涂层的同时，降低集热损失。实践证明，这种普遍采用的真空集热管结构存在如下主要缺点：(1)高温下，涂层容易老化、脱落，难以长期维持应有性能；同时涂层制作的工艺要求比较严格，导致成本较高；(2)玻璃和金属之间的封接技术没能得到很好的解决，容易导致漏气，这是由于在使用环境下玻璃管和金属之间的温度和膨胀系数等方面都相差很大，因此难以保证户外条件下长期保持真空。

以上两大难题一直困绕并制约了相关的太阳能利用技术进步。

发明内容

本发明的首要目的在于，针对以上现有技术第一难题，提出一种在保证理想吸热效果前提下、无需涂层工艺的太阳能高温真空管。

本发明进一步的目的在于，针对以上现有技术存在的第二难题，提出一种可以妥善协调玻璃和金属之间的膨胀系数差异、从而长期保持玻璃管之间真空度的太阳能高温真空管。

为了达到以上首要目的，本发明太阳能高温真空管的技术方案为：一种太阳能高温真空管，包括内外两层玻璃管、安装在玻璃内管中的金属管、分别与金属管两端连通的工作流体出口管和进口管，所述玻璃内管与外管形成的夹层内抽真空，其改进在于：所述玻璃内管与金属管之间留有缝隙，所述缝隙内可充填深色流体作为吸热层。

为了达到以上进一步的目的，本发明太阳能高温真空管的玻璃管两端分别装有由真空环形隔热腔和波纹管构成的两组结构件，所述环形隔热腔的内侧与金属管密封固连，外侧通过紧固件与波纹管的一端密封连接，所述波纹管的另一端与外层玻璃管固定连接。

这样，一方面，金属管表面的吸收层不采用磁控溅射特殊工艺等形成，而是直接由缝隙内充填的起吸热层作用的深色(尤其是黑色)可流动物体来实现，从而回避了高难度的涂层工艺，同时可选作吸热层的材料选择范围大大扩大，有助于大幅度降低真空管的制造成本。另一方面，本发明借助真空环形隔热腔和波纹管构成的结构件，妥善解决了玻璃和金属材料间的封接问题，既可有效降低金属管的热能向玻璃管的传递，同时又巧妙利用波纹管的轴向柔性，避免了热膨胀系数不同可能导致的金属变形或玻璃破裂现象，确保了玻璃管之间的长期真空度。

附图说明

下面结合附图和典型实施例对本发明做进一步说明。

图1包括了本发明一个典型实施例的结构示意图。

图2A为图2B的剖面图，图2B为图1的局部结构示意图。

图3为本发明实施例二结构示意图。

具体实施方式

实施例一

图1以及图2A和图2B展示了采用本发明高温真空管的集热系统局部，其中的高温真空管具有典型结构，包括内外两层玻璃管1、同心支撑在内管中的金属管2、与金属管2两端连接的工作流体出口管3和进口管4。内外两层玻璃管之间抽真空，内层玻璃管与金属管2之间留有缝隙，缝隙中缝隙内可充填深色(通常为黑色)流体5作为吸热层。金属管2为耐压、耐温金属管，其中直接用水作为载热工质。

该高温真空管中含有由真空环形隔热腔6和波纹管7构成的两组结构件，分别位于玻璃管两端。每组环形隔热腔6的内侧与金属管2密封固连，本例中的环形隔热腔6实质为一截面呈台阶状的金属短管，其小端的穿孔与金属管2外径相配，相互密封焊接，小端的外圆制有螺纹，通过耐高温密封件8和紧固螺母9压持固定波纹管7的一端，该波纹管7的另一端与外层玻璃管由粘结材料密封粘接，并装有密封圈挡住深色流体流进波纹管。这样，既巧妙又合理的解决了玻璃和金属材料间的封接问题。

金属管2的两端靠近进、出口管的部位分别固定有供载热工质流入和流出的漏板10、11，漏板上开有许多小孔。两漏板间的金属管内充填有大量的蓄热物质12。进口管3和出口管4的管路中分别装有单向阀13和阀门14。

工作时，首先通过高压泵15向进水总管16内泵入介质水，经由阀门14和单向阀13流入进口管4，再经过金属管一侧的漏板10进入真空管内的金属管中。在此，由于吸热层的黑色或深色流体5不断吸收太阳能，将热量源源传递给金属管内的载热工质和蓄热物质12(金属管内的蓄热物质12可以提供更大的热交换面积和充足的热交换时间)，使管中的水温升高，直至汽化。

随着水的流动和加热，不断产生高温高压蒸汽，最后通过金属管另一侧的漏板11、单向阀13、阀门流入出口管3，汇总入出气总管18，再次经出气总管18内的蓄热物质17蓄热后送往汽轮发电机组发电。

实验证明，在图1所示的系统中，一方面，金属管2表面的吸热直接由环型缝隙中充填的起吸热作用的黑色或其它深色流体5实现，不采用传统的磁控溅射涂层等特殊工艺形成，克服了涂层工艺难度、耗费成本高的问题，同时可选作吸热层的材料选择范围大大扩大，从而大大降低了真空管的制造成本；另一方面，该系统借助真空环形隔热腔6和波纹管7构成的结构件，科学的解决了玻璃和金属材料间的封接问题——真空环形隔热腔6有效降低了金属管2的热能向玻璃管1的传递，同时利用波纹管7的轴向柔性避免了热膨胀系数不同而导致的金属变形或玻璃破裂现象，从而可以长期保持玻璃管之间的真空度。

实施例二

本实施例的结构示意如图3所示。与实施例一相比，其特点是：金属管内的载热工质不是水，而是导热油或硅油。这样，金属管内可以无需装填蓄热物质和安装两端的漏板。系统中通过附加的热交换装置将导热油吸收的热量传递给汽轮机的工作介质——水。

其它部分的结构及其作用原理与实施例一相同，不再赘述。

由此可见，本实施例的太阳能高温真空管妥善解决了吸热材料的易老化问题和真空度的保持难题，特别适用于太阳能槽式聚光热发电等高温利用装置，对于推动太阳能的热利用将起到积极的促进作用。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种太阳能高温真空管，包括内外两层玻璃管、安装在玻璃内管中的金属管、分别与金属管两端连通的工作流体出口管和进口管，所述玻璃内管与外管形成的夹层内抽真空，其特征在于：所述玻璃内管与金属管之间留有缝隙，所述缝隙内可充填深色流体作为吸热层。

2.根据权利要求1所述太阳能高温真空管，其特征在于：所述玻璃管两端分别装有由真空环形隔热腔和波纹管构成的两组结构件，所述环形隔热腔的内侧与金属管密封固连，外侧通过紧固件与波纹管的一端密封连接，所述波纹管的另一端与外层玻璃管固定连接。

3.根据权利要求1或2所述太阳能高温真空管，其特征在于：所述金属管的两侧分别固定有供载热工质流入和流出的漏板，所述漏板上开有小孔，两漏板间的金属管内可充填有蓄热物质。

4.根据权利要求3所述太阳能高温真空管，其特征在于：所述环形隔热腔为一截面呈台阶状的金属短管，其小端的穿孔与所述金属管外径相配，相互密封焊接，所述小端的外圆制有螺纹，通过耐高温密封件和紧固螺母压持固定波纹管的一端。

5.根据权利要求4所述太阳能高温真空管，其特征在于：所述波纹管的另一端与外层玻璃管由粘结材料密封粘接，并装有挡住吸热层流体流进波纹管的密封圈。

6.根据权利要求5所述太阳能高温真空管，其特征在于：金属管为耐压、耐温金属管。

7.根据权利要求6所述太阳能高温真空管，其特征在于：所述进口管和出口管的管路中分别装有单向阀和阀门。

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