一種高溫集熱管用支撐物的製作方法

2023-12-04 17:32:36

專利名稱：一種高溫集熱管用支撐物的製作方法
技術領域：
一種高溫集熱管的支撐物，該支撐物處於集熱管內管和外管之間起到支撐作用，本實用新型技術屬於光熱利用領域。
背景技術：
太陽能光熱利用是將太陽能進行光學聚焦，對及熱管內的介質進行加熱，然後通過熱交換方式產生高溫高壓蒸汽，可以實現工業加熱、食品製造、海水淡化，以及驅動汽輪機發電，是一個光熱功轉化過程。槽式集熱技術是將集熱管置於一個拋物反射鏡的焦點位置上，光能通過拋物反射鏡的全反射聚集在集熱管上，使光能轉化為熱能，將集熱管內的介質加熱到150-450°C，甚至更高溫度，相比普通太陽能真空集熱管的溫度(100°C以下)而言高出很多，屬於中高溫熱利用技術，因此必須具有穩定可靠的中高溫集熱管來實現太陽能熱能利用。中高溫集熱管一般是由玻璃外管(簡稱玻璃管)和鍍膜不鏽鋼內管(簡稱金屬管)所組成的，在端部採用膨脹節將玻璃管和金屬連接在一起，抽出玻璃管與金屬管之間的氣體，使玻璃管和金屬管之間形成真空，具有很好的絕熱作用，這樣既能實現熱量最大程度地收集，又可以防止熱量散失。對於中高集熱管而言，保持其真空氣密性是關鍵所在，也是維持中高集熱管高效運行的關鍵，但是在工程應用中，發現有很多中高溫集熱管的玻璃-金屬封接部位很容易出現漏氣而導致失效的。經過分析發現:目前，工程中所用中高溫集熱管長度已達4.06米，甚至更長，內管多用不鏽鋼金屬管，壁厚2_，金屬管直徑50-70_;內管流通介質多為導熱油或熔鹽，導熱油比重為0.80-0.90，熔鹽比重為1.40-1.80 ;玻璃管厚度為2.8-3.2mm。以4.06米及熱管為例，金屬管質量約在15-16公斤，導熱油或熔鹽質量約在10-20公斤，玻璃管質量約在10-12公斤，這樣一根4.06米的中高溫集熱管實際質量在35-45公斤範圍，在工程應用中，中高溫集熱管兩端依靠支架支撐，由於中高溫集熱管屬於細長結構，受重力和力矩作用，其中央部位自然會產生向下彎曲，其彎曲示意圖見附圖1所示。致使玻璃管的彎曲向中高溫集熱管兩端的金屬-玻璃封接部位3傳遞，在金屬-玻璃封接部位3處產生彎折作用，儘管外膨脹節2可以緩解一下彎折作用力量，但是畢竟有限。當集熱管受熱變化時，例如，受陽光輻照強度變化，金屬管內介質溫度會出現升高和降低，導致集熱管彎曲幅度產生顯著變化，致使封接部位出現往復的彎折作用，加劇了封接部位的疲勞作用，致使封接部位的失效加速，平均失效周期為3-5年，因此必須採取必要措施給予解決。

實用新型內容本實用新型通過大量研究發現:為了克服內外管結構的直通式中高溫集熱管因自身重力和力矩作用，以及受太陽輻照強度變化時，金屬管膨脹變形增大導致彎曲幅度變大等系列交變作用，致使中高溫集熱管兩端的玻璃-金屬封接部位所產生反覆彎折作用，本實用新型通過在內外管結構的直通式中高溫集熱管中設置支撐物方式來加以解決。本實用新型的支撐物5適合內外管結構的直通式中高溫集熱管，並且進一步適用於內管為金屬管1，外管為玻璃管4的集熱管，端頭處採用金屬-玻璃封接，內外管之間形成真空，且內管介質溫度可達到150-450°C，甚至更高溫度。其長度大於2米，且金屬管直徑大於50mm的大直徑集熱管。一種高溫集熱管用支撐物，其特徵在於:所述支撐物包括:內環5-2、支撐臂5-3或連接件5-3'、支撐面5-4以及緊固螺釘5-5 ;內環5-2套在金屬管I外；內環5-2上有用於將所述支撐物5固定的緊固螺釘5-5，可將支撐物5固定在金屬管I的相應位置上，支撐面5-4通過支撐臂5-3或連接件5-3'連接在內環5-2外徑上；所述支撐物5結構上的支撐面為3-6個弧形，或者為I個封閉的環形。支撐物在金屬管上的布置間距為0.8-1.5米。進一步，所述支撐物5材質特徵在於:接近金屬管一側的內環5-2材料要求能夠耐受150-450°C的高溫。靠近玻璃管一側的支撐面5-4材料為有機材料、陶瓷材料或者金屬材料；當支撐面5-4材料為金屬材料時，連接金屬材料的支撐臂5-3或連接件5-3'必須為有機材料或陶瓷材料。該支撐物5處於集熱管的金屬管I和玻璃管6之間起到支撐作用，該支撐物具有較高的力學性能，較低的熱傳導性能，較強的耐熱性能。緩解集熱管因重力作用的彎曲程度，降低集熱管的金屬-玻璃封接端頭的受力集中，避免金屬-玻璃封接端頭的失效，延長中高溫集熱管使用壽命，通過漏氣率檢測，推算其使用壽命可達25年以上，相比原來的3-5年使用壽命而言，集熱管壽命得到大幅提升。

圖1是高溫集熱管受力彎曲示意圖。圖2是高溫及熱管的內外管之間放置支撐物結構示意圖。圖3 Ca)是支撐物的點狀支撐結構圖。圖3 (b)是支撐物的環狀支撐結構圖。序號名稱:1-金屬管，2-外膨脹節，3-金屬-玻璃封接部位，4-玻璃管，5-支撐物；5_1—支撐物內腔，5-2-內環，5-3支撐臂，5-3'—連接件，5-4-支撐面，5-5-緊固螺釘。
具體實施方式
本實用新型的支撐物5處於金屬管I和玻璃管4之間起到支撐作用，其結構示意圖如附圖2所示，可以緩解集熱管的彎曲程度，降低集熱管的金屬-玻璃封接端頭的受力集中問題，避免金屬-玻璃封接端頭 的失效，延長中高溫集熱管壽命。其結構特徵見附圖3(a)、3 (b)所示包括:內環5-2、支撐臂5-3或連接件5-3\支撐面5-4、緊固螺釘5-5。內環5-2套在集熱管的金屬管I上，旋轉內環5-2上的緊固螺釘5-5，將支撐物5固定在金屬管I的相應位置上，支撐面5-4通過支撐臂5-3或連接件5-3 ^連接內環5-2。支撐物5的結構設計方面，支撐面5-4可以由3-6個弧形所組成，屬於小面積支撐，或者採用I個封閉的環形組成，屬於環形面支撐，弧形支撐可以降低向玻璃管的熱量傳遞，減少熱量損失，但是支撐面上會產生應力集中情況，環形面支撐剛好相反，因此兩種結構各有利弊。支撐物5布置在集熱管的內外管之間的間距優選為0.8-1.5米。本實用新型的支撐物5材質特徵在於:可以是陶瓷材料或有機材料的單一材料，亦可是金屬材料與陶瓷材料或有機材料的複合，亦可是金屬材料、陶瓷材料、有機材料三者的複合。在支撐物5材料組合關係特徵在於:接近金屬管一側的內環5-2材料要求能夠耐受150-450°C，甚至更高溫度。靠近玻璃管一側的支撐面5-4材料有機材料、陶瓷材料，甚至金屬材料，連接金屬材料的支撐臂5-3或連接件5-3'必須為低導熱係數的有機材料或陶瓷材料，有效隔絕熱量向支撐面傳遞，降低支撐物的熱傳遞對玻璃管熱衝擊作用。
權利要求1.一種高溫集熱管用支撐物，其特徵在於:所述支撐物包括:支撐物內腔(5-1)、內環(5-2),支撐臂(5-3)或連接件(5-3')、支撐面(5-4)和緊固螺釘(5_5);內環(5_2)套在金屬管(I)外； 內環(5-2)上設有用於將所述支撐物固定的緊固螺釘(5-5)，可將支撐物固定在金屬管(I)的相應位置上，支撐面(5-4 )通過支撐臂(5-3 )或連接件(5-33連接在內環(5-2 )外徑上；所述支撐物(5)上的支撐面(5-4)為3-6個弧形，或者為I個封閉的環形。
2.根據權利要求1所述支撐物，其特徵在於:支撐物(5)在金屬管(I)上的布置間距為0.8-1.5 米。
3.根據權利要求1所述支撐物，其特徵在於:所述支撐物(5)材質特徵在於:接近金屬管一側的內環(5-2)材料要求能夠耐受150-450°C的高溫；靠近玻璃管一側的支撐面(5-4)材料為有機材料、陶瓷材料或者金屬材料；當支撐面(5-4)材料為金屬材料時，連接金屬材料的支撐臂(5-3)或連接件(5-3')必須為有機材料或陶瓷材料，達到熱量絕緣作用。
專利摘要一種高溫集熱管用支撐物，其屬於光熱利用領域。該支撐物處於集熱管內管和外管之間起到支撐作用，其適合內管為金屬管、外管為玻璃管的集熱管，端頭採用金屬-玻璃封接，內外管之間形成真空的，且內管介質溫度達150℃以上的，並且更加適合長度大於2米。支撐物包括內環(5-2)、支撐臂(5-3)或連接件(5-3′)、支撐面(5-4)、緊固螺釘(5-5)。內環(5-2)與集熱管的金屬管(1)外經相近，可套在金屬管(1)上，內環(5-2)上設有用於將所述支撐物固定的緊固螺釘(5-5)，可將支撐物固定在金屬管(1)的相應位置上，支撐面(5-4)通過支撐臂(5-3)或連接件(5-3′)連接內環(5-2)。
文檔編號F24J2/52GK202947354SQ20122051352
公開日2013年5月22日 申請日期2012年10月8日 優先權日2012年10月8日
發明者田英良, 邵豔麗, 孫詩兵, 張靜 申請人:北京工業大學