CN201327211Y - 太阳能金属直通式集热管 - Google Patents

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CN201327211Y CNU2008202051366U CN200820205136U CN201327211Y CN 201327211 Y CN201327211 Y CN 201327211Y CN U2008202051366 U CNU2008202051366 U CN U2008202051366U CN 200820205136 U CN200820205136 U CN 200820205136U CN 201327211 Y CN201327211 Y CN 201327211Y
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周福云
刘浩
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Abstract

本实用新型涉及一种太阳能金属直通式集热管，包括一外壁镀有吸收膜的金属内管以及一套设于金属内管外的同轴玻璃外管，该金属内管和外管的两侧由过渡件连接，使金属内管与外管之间形成真空密闭腔，所述金属内管两端设有一断开层，各断开层由一金属波纹管膨胀节密封连接，且该金属波纹管膨胀节正对于过渡件的内壁，使膨胀节至少有一部分隐藏在过渡件内，如此可吸收由于金属内管热变形产生的轴向位移及应力，又充分利用了过渡件遮挡的无效集热空间，同时可保证了整个集热管的最大集热长度，并且不需额外设置定心支撑，使之无任何遮挡及对外散热，从而可有效地提升集热效率。

Description

太阳能金属直通式集热管
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能集热管，尤其是指一种太阳能金属直通式集热管。
背景技术
太阳能热发电是国际上新能源开发和应用领域的重要内容。美国西南部几个州(加州、内华达、亚利桑那和新墨西哥)具有丰富的太阳能资源和广阔的地域面积，是太阳能热电站理想的建站地址，依托于桑迪亚(Sandia)等国家实验室的科技力量和像波音(Boeing)这样的大型跨国公司的资金支持，美国在太阳能热发电领域中不管是基础理论还是示范电站的运行都走在全球的前列。欧洲国家中地中海沿岸(如西班牙)的太阳能资源得天独厚，因此欧洲国家在电站运行方面也积累了丰富的经验。而我国在太阳能热发电领域才刚刚起步，不论在技术和制造方面的配套都还很薄弱。在当前的形式下，随着化石燃料供应的进一步紧缺，国际国内都将新能源和可再生能源开发与利用重新提到国民经济中的重要位置。我国政府相继施行了《可再生能源法》、《节约能源法》，《能源法》也呼之欲出。这些为开发和使用新能源创造了良好的政策环境和社会环境。因此，开发具有自主知识产权的太阳能热发电技术，填补我国在相关领域内的技术空白，具有重大的意义。
在太阳能热发电技术中，高温集热是关键技术之一。其中，例如在中国专利申请号为200610041393.6的专利文献中提出了内波纹管的概念，但其揭露了波纹管膨胀节设置在集热管的中间，这种结构仍存在下述两大缺陷：一是，波纹管由于自身的原因不便镀制高效吸收膜，造成中间在波纹管部分的集热管无法集热，使集热管的有效长度降低；二是，波纹管在中间，必须设置两个定心支撑来保持内外管的同心，不仅使结构复杂生产成本上升，而且定心支撑直接把内管的高温(工作温度380℃～550℃)传导到玻璃外管上，使玻璃外管产生局部热温差，大大缩短了玻璃外管的使用寿命。
实用新型内容
本实用新型针对上述现有技术所存在之缺失，主要目的在于提供一种可提高集热效率的太阳能金属直通式集热管。
为实现上述之目的，本实用新型采取如下技术方案：
一种太阳能金属直通式集热管，包括一外壁镀有吸收膜的金属内管以及一套设于金属内管外的同轴玻璃外管，该金属内管和外管的两侧由过渡件连接，使金属内管与外管之间形成真空密闭腔，所述金属内管两端设有一断开层，各断开层由一金属波纹管膨胀节密封连接，且该金属波纹管膨胀节至少有一部分隐藏于过渡件内。
所述过渡件与金属内管之间增设一金属环封接。
所述过渡件为可伐合金或陶瓷材料。
所述金属波纹管膨胀节的波纹为U形波纹。
所述玻璃外管表面镀有减反射膜。
本实用新型与现有技术相比，其优点在于将金属波纹管膨胀节设置金属内管两端的断开层之间，且正对于过渡件的内壁，使金属波纹管膨胀节至少有一部分隐藏于过渡件内，如此可吸收由于金属内管热变形产生的轴向位移及应力，又充分利用了过渡件遮挡的无效集热空间，同时保证了整个集热管的最大集热长度，并且不需额外设置定心支撑，使之无任何遮挡及对外散热，从而可有效地提升集热效率。
附图说明
图1是本实用新型截面示意图。
附图标号说明：
1、金属内管    11、断开层
2、玻璃外管    3、过渡件
4、金属环      5、膨胀节
6、真空密闭腔
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步描述。
如图1所示，一种太阳能金属直通式集热管，包括一金属内管1、玻璃外管2、过渡件3、金属环4以及金属波纹管膨胀节5，其中：
金属内管1可选用不锈钢材料制成，外壁镀有吸收膜。该金属内管1两端各设有一断开层11。
玻璃外管2，套设于金属内管1外，其与金属内管1同轴，且金属内管1与外管2之间形成真空密闭腔6。该玻璃外管2表面镀了特殊的减反射膜，以保证光线的高透过率。
过渡件3，可选用可伐合金或适当的陶瓷材料；其系与玻璃外管熔封联接。该熔封也叫火封，即利用火焰将玻璃熔化后，将金属和玻璃封接在一起。
金属环4，可选用不锈钢材料，该金属环4外端与过渡件3焊接，内端与金属内管1焊接。
金属波纹管膨胀节5，主要用于集热加热金属管内的工质，因而其温度将在环境温度和集热温度间变化；由于温度升高引起材料膨胀，而金属和玻璃的膨胀系数是不一致的，一般来说金属的线膨胀系数要比玻璃高一个数量级，对于采用固定封接结构的真空集热管，必须使用膨胀节波纹管来弥补金属与玻璃之间的线膨胀量差。膨胀节5的设计非常复杂，需要对耐压能力、位移引起的应力、疲劳寿命、位移引起的整体弹力和稳定性进行计算和校核。为了做出一项适当的设计，要涉及到许多设计要素，如直径、材料厚度、波距和波高、层数、增强方式、制造工艺、材料的种类和热处理等。
膨胀节5的应力主要由于压力和位移而引起。位移引起的应力通常大于压力引起的应力，它沿着波纹管的子午向(纵向)作用，一般高于波纹管材料的屈服应力。压力在膨胀节的直边段和波纹上引起沿圆周方向(环向)作用的薄膜应力，还在波纹内形成沿子午线方向作用的薄膜应力和弯曲应力，而本实用新型中使用的金属波纹管膨胀节，既要有良好的密封性能，还要有足够的柔性，所以发生位移的膨胀节所产生的轴向弹力可能成为关键性的影响因素，而膨胀节在保证满足设计压力的情况下，要尽量提高其柔性，所以金属波纹管膨胀节5的波纹是采用能够经受较大轴向位移的“U”形波纹。
所述膨胀节5两端焊在断开层11两侧，使其设于断开层11中间，并且保证该膨胀节5正对于过渡件3的内壁，使膨胀节5至少有一部分隐藏于过渡件3内，也就是说该膨胀节5至少有一部分被过渡件3包覆。
本实用新型组装如下：将不锈钢金属内管1与金属波纹管膨胀节5焊接，使膨胀节5设于断开层11中间；同时可在金属内管1上贴吸热膜或镀膜；再将玻璃外管2焊上抽真空嘴，然后两端与过渡件3焊接；将带膨胀节5的金属内管1插入玻璃外管2内，将金属环4套入，并将过渡件3与金属环4焊接，然后将金属环焊接在金属内管1的端头上；再对金属内管1与玻璃外管2之间抽真空，最后玻璃外管2抽真空嘴封口，并进行退火处理消除玻璃的热应力。
本实用新型系采用内膨胀节形式，其在金属内管1两端的断开层11设置膨胀节5之设计，可吸收由于金属内管1热变形产生的轴向位移及应力，而玻璃外管2与金属内管1之间采用导热系数小、线性膨胀率与玻璃管接近的过渡件3(可伐合金或适当的陶瓷材料)连接，在过渡件3与金属内管1之间增加一段金属环4(不锈钢环)，可更加有利于封接效果。
本实用新型设计重点在于将金属波纹管膨胀节设置金属内管两端的断开层之间，且正对于过渡件的内壁，使其至少有一部分隐藏在过渡件内，如此可充分利用过渡件遮挡的无效集热空间，同时可保证了整个集热管的最大集热长度，并且不需额外设置定心支撑，使之无任何遮挡及对外散热，从而可有效地提升集热效率。
以上所述，仅是本实用新型结构较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1、一种太阳能金属直通式集热管，包括一外壁镀有吸收膜的金属内管以及一套设于金属内管外的同轴玻璃外管，该金属内管和外管的两侧由过渡件连接，使金属内管与外管之间形成真空密闭腔，其特征在于：所述金属内管两端设有一断开层，各断开层由一金属波纹管膨胀节密封连接，且该金属波纹管膨胀节至少有一部分隐藏于过渡件内。
2、根据权利要求1所述太阳能金属直通式集热管，其特征在于：所述过渡件与金属内管之间增设一金属环封接。
3、根据权利要求1或2所述太阳能金属直通式集热管，其特征在于：所述过渡件为可伐合金或陶瓷材料。
4、根据权利要求1所述太阳能金属直通式集热管，其特征在于：所述金属波纹管膨胀节的波纹为U形波纹。
5、根据权利要求1所述太阳能金属直通式集热管，其特征在于：所述玻璃外管表面镀有减反射膜。
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