單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊的製作方法
2023-06-04 21:33:06 1
專利名稱：單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及槽式太陽能集熱管，尤其涉及一種單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能
集熱管模塊。
背景技術：
國外利用太陽能產生中高溫蒸汽大多是使用直通集熱管，該集熱管的工作過程是 液體由集熱管的一端流向另一端，集熱管吸收陽光加熱工質，最終在出口產生蒸汽。但是該 系統存在以下問題(1)玻璃與鋼的焊接工藝尚不成熟，發電用的直通管針對高溫條件對封 口的要求較高，工藝複雜，成品率低，造成價格高昂；(2)為了解決鋼和玻璃膨脹係數不同 的問題需在兩端加波紋管，結構複雜，在受力不均的情況下容易產生扭矩，造成兩端封口產 生較大應力。傳統的U型管目前也有應用，但是也存在著大量的問題(l)由於真空玻璃管 的內徑固定，所以傳統的U型管的每根金屬管的外徑不能超過真空管的一半，一般管徑較 小，流動阻力大；(2)由於管徑較小，延伸距離較長，容易形成剛度不夠，末端搭靠在真空玻 璃管上造成真空玻璃管破裂；(3)管口不容易密封。傳統的同軸套管U型集熱管在現場使 用的過程中也出現了安裝困難，集熱管位置安裝精度較差，效率不夠高等諸多的問題。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種可靠性高、結構簡單、造價便宜，
安裝方便且精度高，便於大面積推廣的單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊。 單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊包括第一法蘭、蒸汽總管、蒸汽出
口管、第二法蘭、第三法蘭、環形封堵、套管外管、真空抽氣口、合金密封蓋、第一隔熱支撐
件、U型玻璃管、套管內管、金屬支撐件、第二隔熱支撐件、封堵、第四法蘭、冷凝水總管、冷凝
水入口管，套管內管的一端通過冷凝水入口管與冷凝水總管相連接，冷凝水總管的一端與
第三法蘭相連接，另一端與第四法蘭相連接，套管外管套在套管內管外面，套管內管的另一
端與套管外管相通，套管外管的一端通過環形封堵與套管內管的相連接，另一端用封堵封
住，套管外管與套管內管的連接端與蒸汽出口管的一端相連接，蒸汽出口管的另一端與蒸
汽總管相連接，蒸汽總管的一端與第一法蘭相連接，另一端與第二法蘭相連接，U型玻璃管
套在套管外管外面，並通過合金密封蓋與套管外管密封連接，U型玻璃管的兩端通過第一
隔熱支撐件和第二隔熱支撐件固定在套管外管上，合金密封蓋上設有真空抽氣口用於抽真空。 所述的套管內管與套管外管是同軸布置，套管外管端部與套管內管之間設有金屬 支撐件，套管外管與U型玻璃管的位置同軸布置，套管外管與U型玻璃管之間設有支撐件。
本發明在採用了同軸套管作為集熱管主體，在外管外壁塗太陽光吸收塗層，這樣 允許的最大聚焦光帶就為外管的直徑處的截面，避免了因為嚴格控制聚焦光帶而帶來的聚 焦系統成本的大幅增加，降低了整個系統的成本。同軸套管結構內外兩個通道的截面積與 傳統的U型管相比大一倍，同時改善了流場的均勻性，大大減少了流動阻力，提高了傳熱效率，同時也方便槽式拋物面反射鏡聚焦的太陽光帶完全落在集熱管上。另外，在套管外管 外面採用了單層玻璃管並抽成真空，這樣減少了傳統同軸套管加真空玻璃管結構的玻璃層 數，既減少了重量也增加太陽光的透射率，同時抽成真空也減少了對流損失。同時這種保留 了傳統同軸套管結構的優點，採用兩根標準尺寸鋼管，原材料比較容易購買，加工方便，成 本也比較低。本發明在設計上採用了模塊化思想，將蒸汽總管和冷凝水總管也集成在一起 設計成一個集熱管模塊，方便了現場安裝，同時也使得現場安裝的時候能夠準確地使聚光 帶落在集熱管上，大大減少了安裝工程量和安裝成本成本，為太陽能中高溫熱利用的規模 化提供了可能性。
圖1是本發明單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊結構的主視示意圖；
圖2是本發明單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管結構模塊的俯視圖；
圖3是本發明單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管結構模塊的左視圖；
圖4是本發明單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊金屬支撐件的視圖。
圖中第一法蘭1、蒸汽總管2、蒸汽出口管3、第二法蘭4、第三法蘭5、環形堵頭6、 套管外管7、真空抽氣口 8、合金密封蓋9、第一隔熱支撐件10、U型玻璃管11、套管內管12、 金屬支撐件13、第二隔熱支撐件14、封堵15、第四法蘭16、冷凝水總管17、冷凝水入口管 18。
具體實施例方式
如圖1、2、3、4所示，單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊包括第一法蘭 1、蒸汽總管2、蒸汽出口管3、第二法蘭4、第三法蘭5、環形封堵6、套管外管7、真空抽氣口 8、合金密封蓋9、第一隔熱支撐件10、U型玻璃管11、套管內管12、金屬支撐件13、第二隔熱 支撐件14、封堵15、第四法蘭16相連接、冷凝水總管17、冷凝水入口管18，套管內管12的 一端通過冷凝水入口管18與冷凝水總管17相連接，冷凝水總管17的一端與第三法蘭5相 連接，另一端與第四法蘭16相連接，套管外管7套在套管內管12外面，套管內管12的另一 端與套管外管7相通，套管外管7的一端通過環形封堵6與套管內管12的相連接6，另一 端用封堵15封住，套管外管7與套管內管12的連接端與蒸汽出口管3的一端相連接，蒸汽 出口管3的另一端與蒸汽總管2相連接，蒸汽總管2的一端與第一法蘭1相連接，另一端與 第二法蘭4相連接，U型玻璃管11套在套管外管7外面，並通過合金密封蓋9與套管外管7 密封連接，U型玻璃管11的兩端通過第一隔熱支撐件10和第二隔熱支撐件14固定在套管 外管7上，合金密封蓋9上設有真空抽氣口 8用於抽真空。 所述的套管內管12與套管外管7是同軸布置，套管外管7端部與套管內管12之 間設有金屬支撐件13，套管外管7與U型玻璃管9的位置同軸布置。 本發明是使用了同軸套管這種結構來改善太陽能集熱管內流體的流場分布、提高 太陽能集熱管的集熱效率以及降低太陽能集熱系統的成本，同時將部分蒸汽管、冷凝水管 與集熱管設計成了一個整體，即方便了安裝，也提高了安裝的精度。集熱管外部採用了單層 U型玻璃管，在管口位置用合金與玻璃管焊接在一起並密封抽真空，與傳統的套管U型集熱 管比減輕了重量，增加了玻璃管與集熱管間的真空度，減少了玻璃層數，提高了光熱轉換效率。同時在集熱管和玻璃管之間用隔熱支撐件支撐隔開，曾加了集熱管的可靠性。同軸套管 的內管一般作為低溫流體的進入管，套管外管一般作為高溫流體的流出管，另外，套管外管 的外壁塗有太陽能吸收塗層用於吸收太陽光產生熱量並傳熱到管內的工質。整個單層玻璃 管同軸套管式槽式太陽能集熱管在工作的時候管內的工質的流動方向如下低溫工質經過 法蘭由外部連接的系統經冷凝水管和冷凝水入口流入套管內管的一端，再流經整個內管由 另外一端流出，經過外管套管末端的封堵變向，繞過內管壁進入套管外管，外管壁吸收太陽 能的輻射能轉變為熱量，經過管壁的熱傳導到套管外管內的工質，加熱管內工質變為蒸汽， 最後由蒸汽出口管，蒸汽總管和法蘭流出。 整個集熱管主要包含集熱和傳熱兩個模塊，集熱模塊主要由單層U型玻璃管、合 金密封蓋、隔熱支撐件組成。傳熱模塊主要由套管外管、套管內管、蒸汽出口管，蒸汽總管， 冷凝水入口管，冷凝水總管，法蘭組成。套管內管深入到套管外管內部的深度必須要有一定 尺寸，以留有足夠的空間能夠使工質流體能夠順利通過而不影響流動。 本發明單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊的使用主要是和迴路型重 力熱管結合使用構成熱管的蒸發段的一段，使用的時候蒸汽總管的高度要始終高於套管， 以免產生氣阻現象。 本發明單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊內部的主要傳熱過程如下 太陽能透過單層U型玻璃管， 一小部分被玻璃折射和吸收損失掉，大部分照射到套管外管 外壁的塗層上轉化為熱量，這部分熱量一部分經過輻射換熱散失到環境中，另一部分經套 管外管的熱傳導傳遞到套管外管的內壁上，再經過對流換熱和輻射換熱傳遞到工質流體 中，工質流體得到的熱量一部分經過相變換熱傳遞到蒸汽中，蒸汽在壓力的推動下流過蒸 汽出口管和蒸汽總管，將熱量帶走，另外一部分經過與套管內管外壁的對流換熱和輻射換
熱傳遞到內管外壁上，再經過熱傳導傳遞到套管內管內壁上，再經過對流換熱和輻射換熱 傳遞到內管的工質流體中。
權利要求
一種單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊，其特徵在於包括第一法蘭(1)、蒸汽總管(2)、蒸汽出口管(3)、第二法蘭(4)、第三法蘭(5)、環形封堵(6)、套管外管(7)、排氣口(8)、合金密封蓋(9)、第一隔熱支撐件(10)、U型玻璃管(11)、套管內管(12)、金屬支撐件(13)、第二隔熱支撐件(14)、封堵(15)、第四法蘭(16)、冷凝水總管(17)、冷凝水入口管(18)；套管內管(12)的一端通過冷凝水入口管(18)與冷凝水總管(17)相連接，冷凝水總管(17)的一端與第三法蘭(5)相連接，冷凝水總管(17)的另一端與第四法蘭(16)相連接，套管外管(7)套在套管內管(12)外面，套管內管(12)的另一端與套管外管(7)相通，套管外管(7)的一端通過環形封堵(6)與套管內管(12)的相連接(6)，套管外管(7)的另一端用封堵(15)封住，套管外管(7)與套管內管(12)的連接端與蒸汽出口管(3)的一端相連接，蒸汽出口管(3)的另一端與蒸汽總管(2)相連接，蒸汽總管(2)的一端與第一法蘭(1)相連接，蒸汽總管(2)的另一端與第二法蘭(4)相連接，U型玻璃管(11)套在套管外管(7)外面，並通過合金密封蓋(9)與套管外管(7)密封連接，U型玻璃管(11)的兩端通過第一隔熱支撐件(10)和第二隔熱支撐件(14)固定在套管外管(7)上，合金密封蓋(9)上設有真空抽氣口(8)。
2. 根據權利要求1所述的一種單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊，其特徵在於所述的套管內管(12)與套管外管(7)是同軸布置，套管外管(7)端部與套管內管(12)之間設有金屬支撐件(13)，套管外管(7)與U型玻璃管(9)的位置同軸布置，套管外管(7)與U型玻璃管(9)之間設有第一隔熱支撐件(10)和第二隔熱支撐件(14)。
3. 根據權利要求1所述的一種單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊，其特徵在於所述的合金密封蓋(9)與U型玻璃管(11)採用熔焊工藝密封，通過真空抽氣口 (8)抽成真空。
全文摘要
本發明公開了一種單層玻璃管同軸套管式槽式太陽能集熱管模塊。套管內管的一端通過冷凝水入口管與冷凝水總管相連接，冷凝水總管的兩端設有法蘭，套管外管套在套管內管外面，套管內管的另一端與套管外管相通，套管外管與套管內管的連接端與蒸汽出口管的一端相連接，蒸汽出口管的另一端與蒸汽總管相連接，蒸汽總管的兩端設有法蘭，U型玻璃管套在套管外管外面，並通過特殊合金密封蓋與套管外管密封連接，U型玻璃管的兩端通過兩個隔熱支撐件固定在套管外管上。本發明將所吸收的熱能高效傳遞到需要利用熱能的設備中，整個集熱管效率高、結構簡單、模塊化設計、安裝方便定位精度高、生產成本低、能夠大面積使用，為太陽能中高溫利用的普及提供可能性。
文檔編號F24J2/24GK101706094SQ20091015461
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月19日 優先權日2009年11月19日
發明者俞自濤, 倪煜, 樊建人, 洪榮華, 王武軍, 胡亞才 申請人:浙江大學