一種真空集熱管和太陽能光熱電站的製作方法

2023-10-31 01:21:57 2

本實用新型屬於太陽能光熱發電設備技術領域，特別是涉及一種真空集熱管及使用該真空集熱管的塔式太陽能光熱電站和菲涅爾式太陽能光熱電站。

背景技術：

太陽能熱發電是大規模開發利用太陽能的一項重要技術途徑，它通過反射鏡將光線反射至集熱器並加熱工質，進而利用熱工質驅動發電機發電。在將太陽能轉換成熱能的過程中，構成集熱器的集熱管扮演著重要的角色，其熱性能和可靠性直接決定了整個太陽能熱發電系統的效率和運維成本。

典型的集熱管由以下幾個部分組成：帶選擇性吸收鍍膜的金屬管、帶增透膜的玻璃套管、以及設置在金屬管與玻璃套管之間的真空隔層。

太陽能光熱發電中，反射鏡將光線反射至集熱管的倍率越高，集熱管的壁面溫度及金屬管內傳熱介質的溫度就越高，相應地，作用於汽輪機的傳熱介質溫度就越高，則太陽能光熱發電中的發電效率就越高。因此為了獲得較高的發電效率，反射鏡反射至集熱管的倍率越高越好。而集熱管在使用過程中，由於來自反射裝置的光線照射位置不均勻導致金屬管外壁的溫度不均勻，反射鏡的倍率越高時，金屬管的溫度較高的一側與溫度較低的一側的溫差就會越大。對於金屬管，其具有的屬性為溫度越高的地方，受熱膨脹越大。因此當金屬管兩不同側的溫差較大時，溫度高的部位膨脹較明顯，溫度低的部位膨脹較弱，則金屬管中膨脹較明顯的部位向膨脹較弱的部位產生彎曲，溫差越大，金屬管彎曲部分的彎曲率就越大，嚴重時還會導致玻璃套管破裂損壞。

同時，反射鏡反射至集熱管的倍率越高，集熱管的壁面溫度和金屬管內傳熱介質的溫度的溫度差就會增大，而該溫差越大，金屬管上的鍍膜就越容易老化，進而影響真空集熱管的使用壽命。

因此有必要提供一種在使用高倍率反射鏡時，能夠使集熱管中金屬外壁的溫度分布均勻，且能夠降低金屬管外壁與金屬管內傳熱介質溫度差的真空集熱管。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種真空集熱管，以解決真空集熱管中由於金屬管外壁溫度不均勻導致的金屬管產生彎曲，以及金屬管的外壁溫度與傳熱介質的溫度差異較大，導致金屬管上的鍍膜容易老化的問題。

本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：一種真空集熱管，包括玻璃套管和金屬管；所述金屬管設置在玻璃套管內部，所述玻璃套管與所述金屬管之間形成真空隔層；所述金屬管的內腔中還布置有至少一根內管；所述內管與所述金屬管之間的空腔填充有導熱係數大於金屬管導熱係數的導熱體。

本實用新型如上所述的真空集熱管，進一步，所述內管的數量為一根，布置在所述金屬管內部，所述內管的軸心與所述金屬管的軸心重合。

本實用新型如上所述的真空集熱管，進一步，所述內管的數量大於兩根，均勻布置在所述金屬管內。

本實用新型如上所述的真空集熱管，進一步，所述內管以環狀布置在所述金屬管的內部，包圍在內管內部的導熱體具有與金屬管軸向平行的空腔。

本實用新型如上所述的真空集熱管，進一步，所述金屬管為不鏽鋼管或合金鋼管。

本實用新型如上所述的真空集熱管，進一步，所述內管為陶瓷管；所述 導熱體為銅、鋁、含有銅的合金、含有鋁的合金或陶瓷。

本實用新型如上所述的真空集熱管，進一步，所述內管為不鏽鋼管、合金鋼管、內壁為陶瓷的不鏽鋼管或內壁為陶瓷的合金鋼管；所述導熱體為銅、鋁、含有銅的合金或含有鋁的合金。

本實用新型還提供一種真空集熱管的生產方法，所述真空集熱管為如上所述的真空集熱管，該方法包括以下步驟：

步驟1，分別製備玻璃套管、金屬管、內管以及導熱體；

步驟2，將玻璃套管密封連接到金屬管的外部。

步驟3，利用冷拉工藝將導熱體安裝到內管外；冷拉後的導熱體的外徑大於等於金屬管的內徑；

步驟4，加熱金屬管使金屬管受熱膨脹，將導熱體插入膨脹後的金屬管，然後冷卻金屬管使金屬管與導熱體過盈配合；

本實用新型還提供一種真空集熱管的生產方法，所述真空集熱管為如上所述的真空集熱管，該方法包括以下步驟：

步驟1，分別製備玻璃套管、金屬管、內管以及導熱體；

步驟2，將玻璃套管密封連接到金屬管的外部。

步驟3，利用冷拉工藝將導熱體安裝到內管外；冷拉後的導熱體的外徑小於金屬管的內徑；

步驟4，將導熱體插入金屬管，在金屬管與導熱體之間的間隙內填充釺料，加熱釺料使釺料熔化並連接金屬管與導熱體；

本實用新型還提供一種塔式太陽能光熱電站，所述塔式光熱電站的真空集熱管為如上任一項所述的真空集熱管。

本實用新型還提供一種菲涅爾式太陽能光熱電站，所述菲涅爾式光熱電站的真空集熱管為如上任一項所述的真空集熱管。

本實用新型還提供一種槽式太陽能光熱電站，所述槽式光熱電站的真空 集熱管為如上任一項所述的真空集熱管。

本實用新型的有益效果是：

1、降低金屬管兩側的溫差，金屬管的溫度較高一側的熱量更容易傳遞至溫度較低的一側，使金屬管表面溫度更均勻，避免了在使用過程中金屬管向溫度較低一側發生彎曲的問題。

2、降低了集熱管的壁面溫度，延緩金屬管上的鍍膜受的老化速度，進一步提高了真空集熱管的使用壽命。

附圖說明

通過結合以下附圖所作的詳細描述，本實用新型的上述和/或其他方面和優點將變得更清楚和更容易理解，這些附圖只是示意性的，並不限制本實用新型，其中：

圖1為本實用新型一種實施例的真空集熱管示意圖；

圖2為內管數量為一根的真空集熱管的結構示意圖；

圖3為內管數量為多根的真空集熱管的結構示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1、金屬管，2、內管，3、導熱體，4、玻璃套管。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖描述本實用新型的真空集熱管的實施例。

在此記載的實施例為本實用新型的特定的具體實施方式，用於說明本實用新型的構思，均是解釋性和示例性的，不應解釋為對本實用新型實施方式及本實用新型範圍的限制。除在此記載的實施例外，本領域技術人員還能夠基於本申請權利要求書和說明書所公開的內容採用顯而易見的其它技術方案，這些技術方案包括採用對在此記載的實施例的做出任何顯而易見的替換和修改的技術方案。

本說明書的附圖為示意圖，輔助說明本實用新型的構思，示意性地表示各部分的形狀及其相互關係。請注意，為了便於清楚地表現出本實用新型實施例的各部件的結構，各附圖之間並未按照相同的比例繪製。相同的參考標記用於表示相同的部分。

圖1示出本實用新型一種實施例的真空集熱管。如圖1所示，真空集熱管包括玻璃套管4和金屬管1；金屬管1設置在玻璃套管4內部，玻璃套管4與金屬管1之間形成真空隔層。在優選的實施例中，為了提高玻璃套管的透光性，玻璃管外壁塗覆增透膜。

金屬管1的內腔中還布置有至少一根內管2。在優選的實施例中，金屬管1選用耐壓強度較高的金屬材料，如均為不鏽鋼管或合金鋼管。在更優選的實施例中，為了提高金屬管對光能的吸收，金屬管1外壁的鍍膜為選擇性吸收鍍膜。內管為陶瓷管、不鏽鋼管、合金鋼管、內壁為陶瓷的不鏽鋼管或內壁為陶瓷的合金鋼管。

內管2與金屬管1之間的空腔填充有導熱係數大於金屬管導熱係數的導熱體。導熱體3可為銅、鋁、含有銅的合金、含有鋁的合金或陶瓷。

在上述真空集熱管的實施例中，在金屬管1與內管2的空腔內填充導熱材料，當金屬管外壁的溫度不均勻時，導熱體將溫度高部位的溫度快速傳導至溫度低的部位，從而使金屬管外壁的壁面溫度分布較均勻，從而避免在使用過程中金屬管向溫度較低一側發生彎曲的問題。

同時金屬管內腔填充導熱體，導熱體的導熱性能優於金屬管，則相較於單根金屬管，本實施例中的金屬管具有更優的傳熱係數，在使用高倍率反射鏡時，金屬外壁的溫度能夠更快地傳遞給金屬管內的傳熱介質，從而降低金屬管外壁的溫度，延緩金屬管上的鍍膜的老化，進一步提高了真空集熱管的使用壽命。

上述實施例的真空集熱管中，內管的數量應根據光熱電站類型不同而進 行優選數值的選擇。

當真空集熱管應用於槽式光熱電站或菲涅爾式光熱電站時，內管2的數量優選為一根。如圖2所示，內管2布置在金屬管1內部，優選地，內管2的軸心與所述金屬管的軸心重合。

當真空集熱管應用於塔式光熱電站時，內管2的數量優選為兩根以上，均勻布置在金屬管1內。更進一步，內管2的數量為4～15根，圖1中所示的實施例為8根。需要說明的是，本申請中對於內管的數量不做具體限定，內管的數量可根據實際生產情況做適應性調整。

上述實施例還可以進行以下改進，如圖3所示，內管2以環狀布置在金屬管1的內部，包圍在內管2內部的導熱體3具有與金屬管軸向平行的空腔5。所述空腔可以用於流通傳熱介質，利用所吸收的熱量對傳熱介質加熱。或者所述空腔用於安裝傳感器，如熱傳感器，監控集熱管內部的溫度狀態。

在本實用新型上述實施例中，在內管為不鏽鋼管、合金鋼管、內壁為陶瓷的不鏽鋼管或內壁為陶瓷的合金鋼管；所述導熱體為銅、鋁、含有銅的合金或含有鋁的合金的實施例中，為了提高導熱內管、金屬管、導熱體之間接觸的緊密程度，提高導熱性，提出了以下兩種真空集熱管的生產方法：

第一種真空集熱管的生產方法包括以下步驟：

步驟1，分別製備玻璃套管、金屬管、內管以及導熱體，所述到熱體為管狀，導熱體的內經大於內管；

步驟2，將玻璃套管密封連接到金屬管的外部。

步驟3，利用冷拉工藝將導熱體安裝到內管外；冷拉後的導熱體的外徑大於等於金屬管的內徑；

步驟4，加熱金屬管使金屬管受熱膨脹，將導熱體插入膨脹後的金屬管，然後冷卻金屬管使金屬管與導熱體過盈配合。

第二種真空集熱管的生產方法包括以下步驟：

步驟1，分別製備玻璃套管、金屬管、內管以及導熱體；

步驟2，將玻璃套管密封連接到金屬管的外部。

步驟3，利用冷拉工藝將導熱體安裝到內管外；冷拉後的導熱體的外徑小於金屬管的內徑；

步驟4，將導熱體插入金屬管，在金屬管與導熱體之間的間隙內填充釺料，加熱釺料使釺料熔化並連接金屬管與導熱體。

本實用新型解還提供一種菲涅爾式太陽能光熱電站，菲涅爾式光熱電站的真空集熱管為如上任一實施例所描述的真空集熱管。應用於菲涅爾式太陽能光熱電站的常規集熱管，其金屬管外徑通常為70～90mm，玻璃套管外徑115～125mm。該集熱管的缺點是：真空集熱管直徑較小，對聚光系統控制精度要求高。為了降低聚光系統控制精度就需要增大集熱管直徑，由於金屬管需要承受蒸汽壓力，當增大金屬管直徑時就需要同時增加其壁厚。金屬管的壁越厚，其傳熱係數降低，為得到設定的溫度參數，則金屬管外壁溫度就需要大幅增加，當金屬管外壁溫度較高，且壁厚較大時，即存在背景技術中所涉及到的問題。而採用本申請中的真空集熱管，通過在金屬管內腔插入內管的方式，能夠將金屬管壁厚減薄，通過導熱體將溫度高部位的溫度快速傳導至溫度低的部位，從而使金屬管外壁的壁面溫度分布均勻，同時使金屬外壁的溫度能夠更快地傳遞給金屬管內的傳熱介質，從而能夠在獲得高倍率光熱時，依然能夠減少金屬管在使用過程中發生彎曲以及金屬管上的鍍膜老化的問題，進而提高了菲涅爾式太陽能光熱電站中集熱管的熱性能和可靠性。在菲涅爾式太陽能光熱電站中，真空集熱管內流通的傳熱介質可為熔鹽、水或油。

本實用新型解還提供一種塔式或槽式太陽能光熱電站，塔式或槽式光熱電站的真空集熱管為以上任一實施例所描述的真空集熱管。

在塔式太陽能光熱電站中採用本實施例中的真空集熱管，其真空隔層可 使集熱管的熱損失降低，提高光能的利用率。同時由於金屬管不再直接裸露於空氣中，其壽命亦可大大延長。同時，集熱管在獲得高倍率光熱時具備上述真空集熱管其具有的金屬外壁的溫度能夠更快地傳遞給金屬管內的傳熱介質，降低金屬管外壁的溫度，以及延緩金屬管鍍膜老化速度的優異特性。

上述披露的各技術特徵並不限於已披露的與其它特徵的組合，本領域技術人員還可根據實用新型之目的進行各技術特徵之間的其它組合，以實現本實用新型之目的為準。