一種高溫集熱管及太陽能集熱裝置的製作方法
2023-05-10 13:37:23 1
本發明屬於太陽能熱利用技術領域，尤其涉及一種高溫集熱管及太陽能集熱裝置的技術。
背景技術：
一方面人類能源消費水平不斷提高，另一方面常規化石能源日益枯竭，而且常規化石能源伴隨的汙染物排放問題日益不能滿足人們對於未來能源的需求。太陽能作為一種取之不盡用之不竭的新型清潔能源，正越來越得到人們的重視，針對太陽能的開發工作正在日益取得進展。其中太陽能發電是對太陽能的一種高級開發應用，它通過一定的手段將太陽能最終轉化成電能，以滿足現代社會的電力需求。
目前，國內外高溫太陽能真空集熱管多採用直通式內外層同心直管結構，外管是玻璃管，內管是金屬管(用於流通傳熱介質)，內外管之間被抽成真空用於減少熱量流失，中空內管的外表面還覆蓋有選擇性吸收塗層。為了補償升溫後玻璃管與內管之間由於熱膨脹造成的明顯尺寸差異，尤其是在軸向上的尺寸差異，所以在進行封接時內外管的兩端都必須採用複雜結構進行連接，例如可閥合金和波紋管等以補償尺寸差異，內、外管的封裝工藝複雜，材料成本和加工成本高，可靠性低。
開發新型耐高溫、低成本、高集熱效率的集熱管，對於降低集熱發電造價和提高電廠可靠性具有重要意義。
要將太陽能光熱發電實現大規模產業化，最關鍵還是在技術方面的突破，在發電方式上、集熱方式上都要有技術創新、技術突破，需要一次變革性的技術，來推動實實在在的能源技術革命。
技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本發明採用了下列技術方案：一種高溫集熱管，包括集熱管本體，其特徵在於：所述的集熱管本體一端為封閉端，另一端則集中設置有傳熱介質進口和出口，由玻璃外管、金屬集熱管組件、可伐合金環組成，所述的金屬集熱管組件的一端封閉，另一端設置有兩個傳熱介質接口，且在靠近所述的傳熱介質接口處焊接有一蓋板，在金屬集熱管組件的內部形成有可供傳熱介質流通的整體呈「U」型流向的流道，所述的流道的進口和出口端分別連通一個所述的傳熱介質接口，所述的玻璃外管的一端封閉且套裝在所述的金屬集熱管組件上，且通過所述的可伐合金環實現玻璃外管的開口端和所述的蓋板焊接，且使得玻璃外管和金屬集熱管組件之間形成空腔，且所述的空腔呈真空狀，且處在空腔內的金屬集熱管組件的外表面上設置有耐高溫太陽能吸收塗層。通常，在空腔內設置有蒸散型吸氣劑或非蒸散吸氣劑等物質。
在上述的一種高溫集熱管，其特徵在於，所述的金屬集熱管組件處於所述的空腔內的一段整體呈「U」型管狀，由平行的兩根直管通過一個180°彎頭連接後構成一個所述的流道，流道的兩埠分別連接有傳熱介質接口，兩根所述的直管之間焊接有一金屬翼片，兩個所述的傳熱介質接口的出口朝向正好反向且處在同一中心線上，和所述的直管形成90°彎頭狀，每個所述的傳熱介質接口外埠處焊接有法蘭。
在上述的一種高溫集熱管，其特徵在於，所述的金屬集熱管組件包括兩端均封閉的第一集熱管和第一集熱管內且一端連著第一集熱管頂部內壁的隔板，所述的隔板把第一集熱管的內腔沿縱向分隔後構成一個所述的流道，所述的第一集熱管頂部的左右兩側分別設置有所述的傳熱介質接口，所述的傳熱介質接口分別連通所述的流道的進出口，兩個所述的傳熱介質接口的出口朝向正好反向且處在同一中心線上，和所述的集熱管形成90°角，每個所述的傳熱介質接口外埠處焊接有法蘭。
在上述的一種高溫集熱管，其特徵在於，所述的第一集熱管的內壁呈軸向方向上設置有若干的導熱翅片，所述的導熱翅片相對於中心軸線呈輻射狀設置。
在上述的一種高溫集熱管，其特徵在於，所述的金屬集熱管組件包括兩端均封閉的第二集熱管、內導流管；所述的內導流管設置在所述的第二集熱管內部，且底埠和第二集熱管的底部保持一定距離，其頂埠則經過90°彎後貫穿第二集熱管管壁後連接到其中一個所述的傳熱介質接口上，另一個傳熱介質接口則和第二集熱管頂部的一側貫通，且構成一個所述的流道；兩個所述的傳熱介質接口的出口朝向正好反向且處在同一中心線上，和所述的第二集熱管形成90°角，每個所述的傳熱介質接口外埠處焊接有法蘭。
在上述的一種高溫集熱管，其特徵在於，所述的第二集熱管的內壁呈軸向方向上設置有若干的導熱翅片，所述的導熱翅片相對於中心軸線呈輻射狀設置。
在上述的一種高溫集熱管，其特徵在於，所述的空腔內還設置有若干支撐隔熱環，所述的蓋板上設置有抽真空接口組件，所述的抽真空接口組件連通所述的空腔。
一種太陽能集熱裝置，包括槽式反射鏡、反射鏡支架、日跟蹤裝置以及如權利要求1所述的集熱管本體，其特徵在於，若干槽式反射鏡相互平行且排成一列安裝在反射鏡支架上形成反射鏡單列；所述的集熱管本體設置在每個所述的槽式反射鏡的線性聚焦點上，所述的集熱管本體相互間平行排列，且相鄰的兩根所述的集熱管本體通過一兩端帶法蘭的輸送管道串接，所述的日跟蹤裝置和反射鏡支架組成一個聯動系統，通過日跟蹤裝置自動跟蹤太陽光，從而帶動反射鏡支架的整體聯動。
在上述的一種太陽能集熱裝置，其特徵在於，所述的集熱管本體的兩端各有一支撐架與所述的反射鏡支架連接。
在上述的一種太陽能集熱裝置，其特徵在於，所述的槽式反射鏡由若干塊微弧面反射鏡組成，所述的集熱管本體的上部還設置有二次曲面反射鏡。
本發明的上述技術方案具有以下有益效果：為了克服現有的太陽能集熱管的不足，本發明提供一種新型結構的高溫太陽能真空集熱管，簡化了封裝工藝，避免了直通式集熱管的複雜且不可靠的內管與玻璃外管之間的封接弊端，提高了可靠性，降低了成本，並且便於維護；針對此新型的高溫集熱管在槽式集熱系統中的應用，提出了一種有別於現有槽式太陽能集熱裝置的技術方案，將槽式反射鏡相互平行且排成一列安裝在反射鏡支架上形成反射鏡單列；本技術的高溫集熱管設置在每個槽式反射鏡的線性聚焦點上，且高溫集熱管相互間平行排列，這種新型的太陽能集熱裝置顛覆了對現有槽式集熱系統技術認知。將為太陽能光熱利用實現大規模產業化奠定了堅實的基礎。
本發明提供的一種太陽能集熱裝置，根據集熱管內所加熱的傳熱介質的不同，會有很多種應用，比如傳熱介質可以是空氣、水、導熱油、熔融鹽液體等等，本裝置可以應用到烘乾機、大型熱水工程、光熱發電等方面。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。附圖僅提供參考和說明用，並非用來對本發明加以限制。
圖1是本發明提供的一種高溫集熱管的外觀的結構示意圖；
圖2是本發明提供的一種高溫集熱管的內部結構示意圖；
圖3是本發明提供的圖2中標註的A-A截面俯視結構示意圖；
圖4是本發明提供的圖5中標註的B-B截面俯視結構示意圖；
圖5是本發明提供的實施例2的一種高溫集熱管結構示意圖；
圖6是本發明提供的實施例3的一種高溫集熱管結構示意圖；
圖7是本發明提供的圖6中標註的E-E截面俯視結構示意圖；
圖8是本發明提供的一種太陽能集熱裝置的結構示意圖；
圖9是本發明提供的一種太陽能集熱裝置的結構示意圖；
圖10是本發明提供的圖9所對應的俯視圖。
圖中，玻璃外管1、金屬集熱管組件2、可伐合金環3、蓋板4、空腔5、太陽能吸收塗層6、太陽能集熱裝置7、槽式反射鏡8、反射鏡支架9、日跟蹤裝置10、集熱管本體11、輸送管道12、支撐架13、支持隔熱環14、微弧面反射鏡15、二次曲面反射鏡16、抽真空接口組件17、導熱翅片18、傳熱介質接口20、流道21、直管22、180°彎頭23、法蘭24、金屬翼片25、第一集熱管26、隔板27、第二集熱管28、內導流管29。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不能用來限制本發明的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有說明，「若干」的含義是一個或一個以上。
在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連。對於本領域的普通技術人員而言，可視具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
實施例1：
如圖1、圖2、圖3所示，一種高溫集熱管，包括集熱管本體11，集熱管本體11一端為封閉端，另一端則集中設置有傳熱介質接口20，且在靠近傳熱介質接口20處焊接有一蓋板4，主要由玻璃外管1、金屬集熱管組件2、可伐合金環3、蓋板4幾大部分組成，在金屬集熱管組件2的內部形成有可供傳熱介質流通的整體呈「U」型流向的流道21，流道21的進口和出口端分別連通一個傳熱介質接口20，玻璃外管1的一端封閉且套裝在金屬集熱管組件2上，且通過可伐合金環3實現玻璃外管1的開口端和蓋板4焊接，且使得玻璃外管1和金屬集熱管組件2之間形成空腔5，且空腔5呈真空狀，且處在空腔5內的金屬集熱管組件2的外表面上設置有耐高溫太陽能吸收塗層6。
本實施例中，金屬集熱管組件2處於空腔5內的一段整體呈「U」型管狀，由平行的兩根直管22通過一個180°彎頭23連接後構成一個流道21，流道21的兩埠分別連接有傳熱介質接口20，兩根所述的直管22之間焊接有一金屬翼片25，兩個傳熱介質接口20的出口朝向正好反向且處在同一中心線上，和直管22形成90°彎頭狀，每個傳熱介質接口20外埠處焊接有法蘭24。
本實施例中，空腔5內還設置有若干支撐隔熱環14，用於支撐金屬集熱管組件2的尾端和玻璃外管1保持同心。
本實施例中，蓋板4上還設置有抽真空接口組件17，抽真空接口組件17連通空腔5。
實施例2：
如圖4和圖5所示，一種高溫集熱管，包括集熱管本體11，集熱管本體11一端為半圓球形封閉端，另一端則集中設置有傳熱介質接口20，且在靠近傳熱介質接口20處焊接有一蓋板4，主要由玻璃外管1、金屬集熱管組件2、可伐合金環3、蓋板4幾大部分組成，在金屬集熱管組件2的內部形成有可供傳熱介質流通的整體呈「U」型流向的流道21，流道21的進口和出口端分別連通一個傳熱介質接口20，玻璃外管1的一端封閉且套裝在金屬集熱管組件2上，且通過可伐合金環3實現玻璃外管1的開口端和蓋板4焊接，且使得玻璃外管1和金屬集熱管組件2之間形成空腔5，且空腔5呈真空狀，且處在空腔5內的金屬集熱管組件2的外表面上設置有耐高溫太陽能吸收塗層6。
本實施例中，金屬集熱管組件2包括兩端均呈半圓球形封閉的第一集熱管26和隔板27，隔板27上端連接第一集熱管26頂部的內壁，另一端則和第一集熱管26的底部保持一定的距離，使得隔板27把第一集熱管26的內腔沿縱向分隔後構成一個流向呈「U」的流道21，第一集熱管26頂部的左右兩側分別設置有一個傳熱介質接口20，傳熱介質接口20分別連通流道21的進出口，兩個傳熱介質接口20的出口朝向正好反向且處在同一中心線上，和第一集熱管26形成90°角，每個傳熱介質接口20外埠處均焊接有法蘭24。
本實施例中，第一集熱管26的內壁呈軸向方向上設置有若干的導熱翅片18，導熱翅片18相對於中心軸線呈輻射狀設置。
本實施例中，蓋板4上還設置有抽真空接口組件17，抽真空接口組件17連通空腔5。
實施例3：
如圖6和圖7所示，一種高溫集熱管，包括集熱管本體11，其一端為半圓球形封閉端，另一端則集中設置有傳熱介質接口20，且在靠近傳熱介質接口20處焊接有一蓋板4，主要由玻璃外管1、金屬集熱管組件2、可伐合金環3、蓋板4幾大部分組成，在金屬集熱管組件2的內部形成有可供傳熱介質流通的整體呈「U」型流向的流道21，流道21的進口和出口端分別連通一個傳熱介質接口20，玻璃外管1的一端封閉且套裝在金屬集熱管組件2上，且通過可伐合金環3實現玻璃外管1的開口端和蓋板4焊接，且使得玻璃外管1和金屬集熱管組件2之間形成空腔5，且空腔5呈真空狀，且處在空腔5內的金屬集熱管組件2的外表面上設置有耐高溫太陽能吸收塗層6。
本實施例中，金屬集熱管組件2包括兩端均封閉的第二集熱管28、內導流管29；內導流管29設置在第二集熱管28內部，且底埠和第二集熱管28的底部保持一定距離，其頂埠則經過90°彎後貫穿第二集熱管28管壁後連接到其中一個傳熱介質接口20上，另一個傳熱介質接口20則和第二集熱管28頂部的一側貫通，且構成一個流道21；兩個傳熱介質接口20的出口朝向正好反向且處在同一中心線上，和第二集熱管28形成90°角，每個傳熱介質接口20外埠處均焊接有法蘭24。
本實施例中，第二集熱管28的內壁呈軸向方向上還設置有若干的導熱翅片18，導熱翅片18相對於中心軸線呈輻射狀設置。
本實施例中，蓋板4上還設置有抽真空接口組件17，抽真空接口組件17連通空腔5。
實施例4：
如圖8、圖9和圖10所示，一種太陽能集熱裝置7，包括槽式反射鏡8、反射鏡支架9、日跟蹤裝置10以及如權利要求1所述的集熱管本體11。
若干槽式反射鏡8相互平行且排成一列安裝在反射鏡支架9上形成反射鏡單列；集熱管本體11設置在每個槽式反射鏡8的線性聚焦點上，集熱管本體11相互間平行排列，且相鄰的兩根集熱管本體11通過一兩端帶法蘭的輸送管道12串接，日跟蹤裝置10和反射鏡支架9組成一個聯動系統，通過日跟蹤裝置10自動跟蹤太陽光，從而帶動反射鏡支架9的整體聯動。
集熱管本體11的兩端各有一支撐架13與反射鏡支架9連接，用於支撐和固定集熱管。
實施例5：
本實施例中，槽式反射鏡9由若干塊微弧面反射鏡15組成，且在集熱管本體11的上部還設置有二次曲面反射鏡16，構成一個菲涅爾槽式集熱裝置。其它的和實施例4一樣，在此不再一一贅述。
本發明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而並不是無遺漏的或者將本發明限於所公開的形式。很多修改和變化對於本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，並且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適於特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。
儘管本文較多地使用了玻璃外管、金屬集熱管組件、可伐合金環、蓋板、環形空腔、太陽能吸收塗層、太陽能集熱裝置、槽式反射鏡、反射鏡支架、日跟蹤裝置、集熱管本體、輸送管道、支撐架、支持隔熱環、微弧面反射鏡、二次曲面反射鏡、抽真空接口組件、導熱翅片、傳熱介質接口、流道、直管、180°彎頭、法蘭、金屬翼片、第一集熱管、隔板、第二集熱管、內導流管等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。