CN201072250Y - 采用复合材料内管的太阳能真空集热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用复合材料内管的太阳能真空集热管，属于太阳能利用技术领域。本实用新型公开了一种采用复合材料内管的太阳能真空集热管，包括玻璃套管、同轴安装在玻璃套管中心的内管，以及位于二者之间的过渡连接部件，内管外壁涂有选择性吸收涂层，玻璃套管与内管之间是真空层，内管由复合材料构成，通过过渡连接部件与玻璃套管密封粘接；太阳能真空集热管不包含金属波纹管。本实用新型采用与玻璃套管膨胀系数接近的复合材料内管，成本较低；而且没有使用波纹管，避开了成本高、工艺复杂的可伐封接，以简单易行的密封粘接取而代之，因此进一步降低了制造工艺难度和成本，有助于推动海水淡化、槽式热发电技术的产业化进程。

Description

采用复合材料内管的太阳能真空集热管

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能真空集热管，尤其是一种采用复合材料内管的太阳能真空集热管真空集热管，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

日益严峻的能源短缺和环境污染问题促使太阳能利用技术加速发展，二十一世纪太阳能利用已成为发展最快的产业之一，各个国家纷纷将其作为可持续发展的重要战略内容。太阳能作为理想的可再生能源受到了世界各国的广泛重视，发展太阳能利用技术已成为各个国家可持续发展的重要战略。太阳能热利用技术获得了长足的发展，包括太阳能直接热利用、太阳能海水淡化和太阳能热发电，其中太阳能热水器形成了较大的产业规模，太阳能热发电技术已处于商业化前夕。

太阳能真空集热管是太阳能热水工程、槽式太阳能热发电等系统中的核心部件，其中太阳能热水工程所用的真空管已经获得大规模推广应用，但是其产生的热源温度较低，而诸如太阳能海水淡化(如120℃以上的热源用于蒸馏等)、槽式太阳能热发电(需加热工质到300℃以上)等需要应用较高温度的热源。其中槽式太阳能热发电因其广阔的商业化前景备受世人瞩目，所谓太阳能槽式热发电系统，是将多个跟踪太阳的槽型抛物面聚光器聚焦太阳光，加热集热管内的工质，通过热交换产生过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电，其中集热管是核心部件。目前太阳能槽式热发电技术是世界各国争相研究的热点之一，美国、以色列、澳大利亚、德国等国已建设了若干实验系统或者商业化示范系统。以最为典型的80MW装机容量的SEGSVIII电站为例，其集热管是真空管环形接收器，不锈钢管装在同心圆柱形玻璃套内，玻璃管内保持真空以减少热损失，不锈钢管表面采用磁控溅射涂覆高温选择性吸收涂层，集热金属管和玻璃套管的热膨胀系数差异明显，因此采用波纹管连接，波纹管和玻璃套管间采用可伐合金(一种既可与金属焊接、也可与玻璃熔接的特殊合金)封接，这种槽式热发电用高温集热管封接技术目前仅由德、以色列等国家的少数厂家掌握。

检索发现，申请号为031588328的中国发明专利申请公开了一种太阳能用吸热管，该专利申请通过结构改进，提出了一种更为耐用的吸热管。然而，其中仍然离不开可伐合金封接——即玻璃-金属-过渡件。

申请人在以前的研究中，也设计过采用可伐合金封接的技术方案，但经过实践和进一步研究发现，含有可伐合金封接结构的技术方案存在以下不足之处：一是由于采用可伐合金将玻璃套管和波纹管封接加工的工艺复杂，成本居高不下；二是玻璃管和可伐合金封接处因为存在应力等原因，容易破裂或真空失效。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种采用复合材料内管的太阳能真空集热管，从而简化结构和工艺，不需要使用波纹管，仅通过粘接即可实现真空密封。

为了实现上述目的，本实用新型的总体技术方案是：一种采用复合材料内管的太阳能真空集热管，包括玻璃套管、同轴安装在玻璃套管中心的内管，以及位于二者之间的过渡连接部件，所述内管外壁涂有选择性吸收涂层，所述玻璃套管与内管之间是真空层，其改进之处是：所述内管由与玻璃套管线膨胀系数接近的复合材料构成，通过过渡连接部件与玻璃套管密封粘接。

其中的复合材料可采用玻璃纤维增强塑料。为了提高其导热系数，复合材料中可添加导热性能优良的金属粉或者金属氧化物粉。

上述技术方案没有采用膨胀系数较大的金属内管，而是采用与玻璃套管膨胀系数接近或相同的复合材料内管，成本较低；而且没有使用波纹管，避开了成本高、工艺复杂的可伐封接，以简单易行的密封粘接取而代之，因此进一步降低了制造工艺难度和成本。本实用新型应用前景广阔，不仅可以用于太阳能热水工程中替代玻璃真空管，内管不会破裂；也可以产生100℃-150℃的热源，用于太阳能海水淡化系统中；采用特定的复合材料内管和封接工艺，本实用新型还可以用于300℃以上的槽式太阳能热发电系统中。

附图说明

下面结合附图和典型实施例对本实用新型做进一步说明。

图1为本实用新型实施例一的结构示意图。

图2为本实用新型实施例二的结构示意图。

图3为本实用新型实施例三的结构示意图。

图4为本实用新型实施例四的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的结构如图1所示，该太阳能真空集热管包括玻璃套管1、同轴安装在玻璃套管中心的内管2，以及位于二者之间的过渡连接部件，内管2外壁涂有选择性吸收涂层3，玻璃套管1与内管2之间形成真空层4。内管2由复合材料构成，通过过渡连接部件与玻璃套管1密封粘接。该太阳能真空集热管无需金属波纹管。

本实施例中的复合材料采用玻璃纤维增强塑料。为了提高其导热系数，其中添加导热性能优良的金属粉或者金属氧化物粉。内管由与玻璃套管的线膨胀系数接近的玻璃纤维增强塑料制成，如果选择适当的配方，玻璃纤维增强塑料的线膨胀系数可与玻璃套管相同、或接近。两者线膨胀系数不难通过试验确定，以不产生受热应变泄漏为准，通常两者线膨胀系数之差小于20％即可。

过渡连接部件的具体结构如图1所示，玻璃套管1根据需要制成向外翻边，楔形玻璃纤维增强塑料垫块5粘接在内管2上，楔形硅橡胶垫6与楔形玻璃纤维增强塑料垫块5配合粘接，另一侧粘接在玻璃套管1内侧，弧形玻璃纤维增强塑料块7粘接在楔形硅橡胶垫6、楔形玻璃纤维增强塑料垫块5、玻璃套管1上。硅橡胶垫18配合粘接在玻璃套管1外侧，带有外螺纹的外圆钢套8与硅橡胶垫18粘接，外压紧钢套9旋在外圆钢套8上压紧硅橡胶垫18，使得弧形玻璃纤维增强塑料块7压紧楔形硅橡胶垫6和楔形玻璃纤维增强塑料垫块5，实现粘接密封和压紧密封双重密封。

为了实现进一步密封，防止玻璃套管1和复合材料内管2之间线膨胀系数的差别出现漏气现象，可在压紧钢套9上焊接弹性钢套10，弹性钢套10另一端粘接在复合材料内管2上，以弹性钢套10的微小变形解决玻璃套管1和复合材料内管2之间线膨胀系数的差别问题。事实上，只要配方得当，玻璃套管1和复合材料内管2之间线膨胀系数的差别影响很小，弹性钢套10可以省略。还可以进一步在复合材料内管2上粘接内圆钢套11，内压紧钢套12旋合在内圆钢套11上。内压紧钢套12还焊接有法兰翻边，通过螺栓16实现两根真空集热管之间的连接，法兰中间垫有密封圈14，法兰和螺栓16外部套有密封套环19。为了保护粘接处，并更进一步实现密封，在硅橡胶垫18、外圆钢套8、外压紧钢套9、弹性钢套10上增加一密封套15，起到加强密封结合部的作用。

实施例二

如图2所示，本实施例对实施例一进行了简化：其中的过渡连接部件20呈“F”形，首选材料是与内管2同材质的玻璃纤维增强塑料。玻璃套管1嵌套于“F”形过渡连接部件卡槽中，通过粘接材料密封粘接；另一端通过缠绕融合或粘接的方式将“F”形过渡连接部件20与同材质的玻璃纤维增强塑料内管2融为一体，既增加了粘接强度，又可以起到密封作用。为了防止玻璃套管1和复合材料内管2之间线膨胀系数的差别出现漏气现象，可将“F”形过渡连接部件20制成波浪型，以期微小变形解决玻璃套管1和复合材料内管2之间线膨胀系数的差别问题。另外“F”形过渡连接部件20也可选用不锈钢等金属材料。在连接部件20与玻璃套管1和连接部件20与内管2的连接处均套有密封套15，起到加强密封结合部的作用。内管2的端头粘结有内圆钢套21，该内圆钢套21上焊有连接法兰，两根真空集热管之间通过螺栓16和连接法兰实现连接。连接时，内圆钢套21的连接法兰中间垫有密封圈14，内圆钢套21和螺栓16的外部套有密封套环19。为了保护粘接处不受聚焦太阳光的照射，在连接部件20和内圆钢套21之间粘接有隔热保护罩17。

实施例三

如图3所示，本实施例也对过渡连接部件进行了简化：其中过渡连接部件由金属套环25和弹性钢套26组成，带有圆弧形弯头的金属环套25粘接在玻璃套管1外侧，同样带有一弯头的弹性钢套26粘接在内管2的端口，两弯头通过焊接密封，金属环套25与玻璃套管1粘接处可增加一密封套15。弹性钢套26上焊有连接法兰，两根真空集热管之间可通过该连接法兰用螺栓16实现连接。连接时，弹性钢套26的连接法兰中间垫有密封圈14，弹性钢套26和螺栓16的外部套有密封套环19。

实施例四

如图4所示，本实施例的连接部件由连接套环30和定位套环31组成，连接套环30的一端粘接在玻璃套管1的外侧，另一端与内管2粘接，连接套环30的中间部分制成波纹状，可以有效解决玻璃套管1和内管2由于膨胀系数不同而产生的不良应力。定位套环31的一边粘接在内管2上，另一边紧贴连接套环30，防止连接套环30轴向移动。根据实际需要定位套环31与内圆钢套21可以合二为一。内管2的端头粘结有内圆钢套21，该内圆钢套21上焊有连接法兰，两根真空集热管之间通过螺栓16和连接法兰实现连接。连接时，内圆钢套21的连接法兰中间垫有密封圈14，内圆钢套21和螺栓16的外部套有密封套环19。

事实上，本实用新型列举的几种实施例经过重新组合，还可以形成许多实施的技术方案，实施例中列举的实施步骤也可以根据实际情况加以调整，在此不一一赘述。

Claims (5)

1.一种采用复合材料内管的太阳能真空集热管，包括玻璃套管、同轴安装在玻璃套管中心的内管，以及位于二者之间的过渡连接部件，所述内管外壁涂有选择性吸收涂层，所述玻璃套管与内管之间是真空层，其特征在于：所述内管由复合材料构成，通过过渡连接部件与玻璃套管密封粘接。

2.根据权利要求1所述的采用复合材料内管的太阳能真空集热管，其特征在于：所述复合材料的线膨胀系数与玻璃套管接近。

3.根据权利要求2所述的采用复合材料内管的太阳能真空集热管，其特征在于：所述内管的复合材料是玻璃纤维增强塑料。

4.根据权利要求3所述的采用复合材料内管的太阳能真空集热管，其特征在于：所述玻璃纤维增强塑料中含有金属粉或者金属氧化物粉。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的采用复合材料内管的太阳能真空集热管，其特征在于：还包括粘接在过渡连接部件附近的隔热保护罩。

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