專利名稱：?jiǎn)螌映錃獗丶療峁艿闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
單層充氣保溫集熱管技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種集熱管，具體涉及一種單層充氣保溫集熱管。
背景技術(shù)：
[0002]太陽能的商業(yè)化開發(fā)和利用是可再生能源領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，歐盟、日本和美國(guó)已經(jīng)把2030年以后能源供應(yīng)安全的重點(diǎn)放在太陽能等可再生能源方面。據(jù)國(guó)際能源署(IEA)預(yù)計(jì)，到2040年太陽能發(fā)電將占世界電力供應(yīng)的20%以上。[0003]目前，聚光式太陽能熱發(fā)電技術(shù)作為太陽能利用的一種重要方式，已成為國(guó)際太陽能技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。通過三十多年的研究開發(fā)和實(shí)踐，在國(guó)際上已達(dá)成以下共識(shí)太陽能熱發(fā)電站，尤其是槽式太陽能熱電站，可能是目前最經(jīng)濟(jì)的太陽能發(fā)電方式，而且只有槽式太陽能熱發(fā)電實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)行，因此它是最成熟的太陽能熱發(fā)電技術(shù)。[0004]槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作過程是由跟蹤太陽的槽型拋物面聚光器聚集太陽光，太陽光能加熱集熱管內(nèi)的導(dǎo)熱工質(zhì)，通過熱交換產(chǎn)生過熱的蒸汽，蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。其中的集熱管是槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。集熱管一般由表面鍍有選擇性吸收薄膜的金屬內(nèi)管和套裝在金屬內(nèi)管外的玻璃外管組成，為了減少熱損失，玻璃外管內(nèi)壁與金屬內(nèi)管外壁之間的空間抽真空形成真空腔室。玻璃外管和金屬內(nèi)管在管端設(shè)置有用于氣密性連接的連接結(jié)構(gòu)。但是，由于金屬和玻璃有不同的熱膨脹系數(shù)且二者在集熱管運(yùn)行時(shí)受熱情況不同，即金屬管受熱達(dá)到400°C左右，而玻璃管受熱僅為100°C，因此要求金屬內(nèi)管和玻璃外管之間膨脹補(bǔ)償，通常是采用金屬波紋管來緩解縱向熱膨脹應(yīng)力。然而， 這種成熟的高溫真空管制造技術(shù)僅有德國(guó)、以色列等國(guó)家的少數(shù)廠家掌握。[0005]近年來，在我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)的集熱管大多是在金屬內(nèi)管與玻璃外管間抽真空以隔絕金屬內(nèi)管與空氣間的熱傳遞，從而提高集熱管的效率，所以集熱管往往也稱為真空集熱管。但是，這種真空集熱管存在以下缺陷(I)儲(chǔ)存在金屬內(nèi)管中的導(dǎo)熱工質(zhì)會(huì)產(chǎn)生氫氣，氫氣分子能夠透過金屬內(nèi)管的管壁滲透進(jìn)真空腔室內(nèi)，同時(shí)集熱管本身也有一定的泄漏使空氣進(jìn)入真空區(qū)，因此導(dǎo)致集熱管的真空度降低，使得工作效率下降，并縮短了集熱管的整體使用壽命；(2)抽真空技術(shù)以及金屬與玻璃管的焊接技術(shù)十分復(fù)雜，導(dǎo)致集熱管的生產(chǎn)成本居高不下。實(shí)用新型內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠延長(zhǎng)使用壽命、降低生產(chǎn)成本且能夠提高效率的單層充氣保溫集熱管。[0007]本實(shí)用新型的目的通過以下的技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)一種單層充氣保溫集熱管，包括用于儲(chǔ)存導(dǎo)熱工質(zhì)的金屬內(nèi)管和外套于金屬內(nèi)管的玻璃外管，所述金屬內(nèi)管與玻璃外管在管端通過氣密連接結(jié)構(gòu)連接以使二者之間形成橫向截面為環(huán)形的腔室，其特征在于所述氣密連接結(jié)構(gòu)包括波紋管、端蓋及過渡連接件，所述端蓋分設(shè)在所述玻璃外管的端部且由所述金屬內(nèi)管穿過端蓋的中心通孔，所述波紋管套裝在所述金屬內(nèi)管上并位于所述端蓋之間，所述波紋管的兩端分別通過過渡連接件與所述金屬內(nèi)管、端蓋連接而將所述腔室密封， 在所述端蓋上還設(shè)有用于向所述腔室中充入惰性氣體或者抽真空用的氣孔。[0008]本實(shí)用新型可向腔室內(nèi)充入惰性氣體以實(shí)現(xiàn)隔熱功能，與現(xiàn)有抽真空方式相比， 雖然充入惰性氣體方式的絕熱效果稍差，但是由于腔室內(nèi)惰性氣體的氣壓與外界大氣壓相差不大，因此，氣密連接結(jié)構(gòu)的氣密性要求降低，能夠大幅度降低制作難度，降低生產(chǎn)成本； 另外，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充入惰性氣體后，腔室中具有一定的壓強(qiáng)，導(dǎo)熱工質(zhì)產(chǎn)生的氫氣不容易滲透到腔室中，對(duì)保溫性能影響極小?？梢姡c現(xiàn)有采用抽真空技術(shù)相比，本實(shí)用新型能顯著地避免了現(xiàn)有集熱管的工作效率及使用壽命降低的現(xiàn)象，具有更長(zhǎng)的使用壽命O[0009]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述過渡連接件包括同心異徑管和連接管，所述同心異徑管套裝在所述金屬內(nèi)管上，所述同心異徑管的較小口徑一端連接在所述金屬內(nèi)管的端部上，而所述同心異徑管較大口徑的一端與所述波紋管一端連接；所述連接管外套在所述波紋管及同心異徑管上，所述連接管的一端具有向管口平面彎折的折邊，所述折邊連接在所述端蓋中心通孔的外緣上，所述連接管的另一端與所述波紋管另一端連接以使連接管支撐在波紋管的外圍。[0010]作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述端蓋包括蓋體與粘結(jié)環(huán)，所述蓋體是一環(huán)形板， 所述粘結(jié)環(huán)的一端部開有環(huán)形的U型槽，粘結(jié)環(huán)的U型槽的底端具有環(huán)形的延伸部，所述延伸部與所述蓋體的邊緣連接，所述U型槽與玻璃外管的管壁相適配，所述玻璃外管的管端插入U(xiǎn)型槽內(nèi)粘接固定。由于充入的惰性氣體的氣壓與外界氣壓相差小，因此對(duì)氣密連接結(jié)構(gòu)的氣密性要求低，所以金屬內(nèi)管與玻璃外管連接能夠采用較為簡(jiǎn)單的粘結(jié)技術(shù)。[0011]作為本實(shí)用新型推薦的方式，所述粘結(jié)環(huán)與玻璃外管之間采用耐高溫粘結(jié)膠粘接。[0012]作為本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，所述玻璃外管采用全透明玻璃制成。[0013]作為本實(shí)用新型的另一種實(shí)施方式，所述玻璃外管的外壁或內(nèi)壁上局部鍍有反射層，所述反射層沿所述玻璃外管的軸向延伸以使反射層形成弧形面，且所述反射層的橫截面為弧形，它所對(duì)應(yīng)的圓心角范圍是20 200°。玻璃外管上鍍反射層可以提高對(duì)反射、散射光線的利用，進(jìn)而提高集熱管的工作效率。[0014]本實(shí)用新型還可以有以下實(shí)施方式[0015]所述金屬內(nèi)管的外壁上鍍有太陽光譜選擇性吸收膜，所述太陽光譜選擇性吸收膜覆蓋在金屬內(nèi)管的全部外壁上。[0016]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，在所述太陽光譜選擇性吸收膜上或者金屬內(nèi)管的外壁上局部涂有保溫層，其余部位則與設(shè)置在集熱管外部的聚光器相配合實(shí)現(xiàn)聚光集熱，所述保溫層沿所述太陽光譜選擇性吸收膜的軸向延伸以使保溫層形成弧形面，且所述保溫層的橫截面為弧形，所述保溫層對(duì)應(yīng)的圓心角范圍是20 200°。[0017]在太陽光譜選擇性吸收膜上涂保溫層的具體部位是根據(jù)槽型拋物聚光器的安裝位置及所需要達(dá)到的集熱效果來確定的，即在不吸收或較少吸收太陽光部分涂保溫層，而其余部位與槽型拋物聚光器共同配合實(shí)現(xiàn)集熱管的集熱功能，涂保溫層可以減少集熱管的熱損失，提高集熱管的整體效率。[0018]所述氣孔通過管路連接用于貯存惰性氣體的儲(chǔ)氣罐；所述氣孔通過管路連接抽真空裝置。[0019]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，在所述保溫層上鍍有金屬抗發(fā)射層。金屬抗發(fā)射層可以降低金屬內(nèi)管非吸光區(qū)域的發(fā)射率。[0020]作為本實(shí)用新型另一種實(shí)施方式，所述金屬內(nèi)管的最外層上局部鍍有金屬抗發(fā)射層，其余部位則與設(shè)置在集熱管外部的聚光器相配合實(shí)現(xiàn)聚光集熱，所述金屬抗發(fā)射層沿集熱管的軸向延伸以使金屬抗發(fā)射層形成弧形面，且所述金屬抗發(fā)射層的橫截面為弧形， 所述金屬抗發(fā)射層對(duì)應(yīng)的圓心角范圍是20 200°。金屬抗發(fā)射層的主要作用是降低金屬內(nèi)管非吸光區(qū)域的發(fā)射率。[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下顯著的效果[0022](I)本實(shí)用新型可向腔室內(nèi)充入惰性氣體以實(shí)現(xiàn)隔熱功能，與現(xiàn)有抽真空方式相比，雖然充入惰性氣體方式的絕熱效果稍差，但是由于腔室內(nèi)的惰性氣體氣壓與外界大氣壓相差較小，因此，本實(shí)用新型對(duì)氣密連接結(jié)構(gòu)的氣密性要求降低，能夠大幅度降低制作難度，從而降低生產(chǎn)成本。[0023](2)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于充入惰性氣體后，腔室中具有一定的壓強(qiáng)，導(dǎo)熱工質(zhì)產(chǎn)生的氫氣雖然也會(huì)滲透到腔室中，但由于惰性氣體的存在，其對(duì)保溫性能的整體影響極小，所以與現(xiàn)有采用抽真空技術(shù)相比，本實(shí)用新型長(zhǎng)期使用后，能避免工作效率及使用壽命降低的現(xiàn)象。[0024](3)本實(shí)用新型由于充入的惰性氣體氣壓與外界氣壓相差較小，對(duì)氣密連接結(jié)構(gòu)的氣密性要求低，所以金屬內(nèi)管與玻璃外管連接能夠采用較為簡(jiǎn)單的粘結(jié)技術(shù)，可進(jìn)一步降低制作成本。[0025](4)玻璃外管上鍍反射層可以提高對(duì)反射、散射光線的利用，進(jìn)而提高集熱管的工作效率。[0026](5)在金屬管外壁上不吸收或較少吸收太陽光部分涂上保溫層可以減少熱損失， 提高集熱管的整體效率。[0027](6)在保溫層上或者金屬內(nèi)管的外壁上鍍有金屬抗發(fā)射層，金屬抗發(fā)射層可以降低金屬內(nèi)管非吸光區(qū)域的發(fā)射率。[0028](7)本實(shí)用新型的實(shí)用性強(qiáng)，可廣泛適用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中。


[0029]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。[0030]圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例I的軸向半剖視示意圖；[0031]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例2的軸向半剖視示意圖；[0032]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例3的軸向半剖視示意圖。
具體實(shí)施方式
[0033]實(shí)施例I[0034]如圖I所示，是本實(shí)用新型一種單層充氣保溫集熱管，包括用于儲(chǔ)存導(dǎo)熱工質(zhì)的金屬內(nèi)管I和外套于金屬內(nèi)管I的玻璃外管2，金屬內(nèi)管I的外壁上鍍有太陽光譜選擇性吸收膜，太陽光譜選擇性吸收膜覆蓋在金屬內(nèi)管I的全部外壁上。玻璃外管2采用全透明玻璃制成，金屬內(nèi)管I與玻璃外管2在管端通過氣密連接結(jié)構(gòu)連接以使二者之間形成橫向截面為環(huán)形的腔室3，氣密連接結(jié)構(gòu)包括波紋管4、端蓋及過渡連接件，端蓋分設(shè)在玻璃外管2 的端部且由金屬內(nèi)管I穿過端蓋的中心通孔，波紋管4套裝在金屬內(nèi)管I上并位于端蓋之間，波紋管4的兩端分別通過過渡連接件與金屬內(nèi)管I、端蓋連接而將腔室3密封，在端蓋上還設(shè)有用于對(duì)腔室3抽真空的氣孔，氣孔通過管路10連接抽真空裝置。[0035]在本實(shí)施例中，過渡連接件包括同心異徑管5和連接管6，同心異徑管5套裝在金屬內(nèi)管I上，同心異徑管5的較小口徑一端焊接在金屬內(nèi)管I的端部上，而同心異徑管5的較大口徑一端則與波紋管4 一端焊接；連接管6外套在波紋管4及同心異徑管5上，連接管 6的一端具有向管口平面彎折的折邊7，折邊7的外側(cè)焊接在端蓋中心通孔的外緣，連接管 6的另一端與波紋管4另一端焊接以使連接管6支撐在波紋管4的外圍。連接管6除了具有連接、支撐的功能之外，還起到保護(hù)波紋管4的作用。[0036]端蓋包括蓋體8與粘結(jié)環(huán)，蓋體8是一環(huán)形板，粘結(jié)環(huán)的一端部開有環(huán)形的U型槽 92，粘結(jié)環(huán)的U型槽92的底端具有環(huán)形的延伸部91，延伸部91與蓋體8的邊緣連接，U型槽92與玻璃外管2的管壁相適配，玻璃外管2的管端插入U(xiǎn)型槽92內(nèi)并采用耐高溫粘結(jié)膠粘接固定。[0037]實(shí)施例2[0038]如圖2所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I的區(qū)別之處在于玻璃外管2的外壁上局部鍍有反射層12，反射層12沿玻璃外管2的軸向延伸以使反射層12形成弧形面，且反射層12的橫截面為弧形，它所對(duì)應(yīng)的圓心角是120°，玻璃外管上鍍反射層可以提高對(duì)反射、散射光線的利用，進(jìn)而提高集熱管的工作效率。在端蓋上還設(shè)有用于向腔室3中充入惰性氣體的氣孔，惰性氣體采用氬氣，氣孔通過管路13連接用于貯存氬氣的儲(chǔ)氣罐。[0039]實(shí)施例3[0040]如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別之處在于在太陽光譜選擇性吸收膜上局部涂有保溫層14，其余部位則與設(shè)置在集熱管外部的聚光器相配合實(shí)現(xiàn)聚光集熱，保溫層 14沿太陽光譜選擇性吸收膜的軸向延伸以使保溫層14形成弧形面，且保溫層14的橫截面為弧形，它所對(duì)應(yīng)的圓心角是180°。保溫層可以減少熱損失，提高集熱管的整體效率。[0041]實(shí)施例4[0042]本實(shí)施例與實(shí)施例3的區(qū)別之處在于在保溫層上還鍍有金屬抗發(fā)射層。金屬抗發(fā)射層用于降低金屬內(nèi)管非吸光區(qū)域的發(fā)射率。[0043]實(shí)施例5[0044]本實(shí)施例與實(shí)施例I的區(qū)別之處在于金屬內(nèi)管的外壁上局部鍍有金屬抗發(fā)射層，其余部位則與設(shè)置在集熱管外部的聚光器相配合實(shí)現(xiàn)聚光集熱，金屬抗發(fā)射層沿集熱管的軸向延伸以使金屬抗發(fā)射層形成弧形面，且金屬抗發(fā)射層的橫截面為弧形，金屬抗發(fā)射層對(duì)應(yīng)的圓心角范圍是20 200°。金屬抗發(fā)射層的主要作用是降低金屬內(nèi)管非吸光區(qū)域的發(fā)射率。[0045]在其它實(shí)施方式中，玻璃外管的外壁上局部鍍有反射層；金屬內(nèi)管的外壁上局部涂有保溫層。另外，反射層對(duì)應(yīng)的圓心角可在20 200°內(nèi)任意選擇，而保溫層對(duì)應(yīng)的圓心角也可在20 200°內(nèi)任意選擇。[0046]本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此，根據(jù)本實(shí)用新型的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本實(shí)用新型上述基本技術(shù)思想前提下，本實(shí)用新型還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本實(shí)用新型權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種單層充氣保溫集熱管，包括用于儲(chǔ)存導(dǎo)熱工質(zhì)的金屬內(nèi)管和外套于金屬內(nèi)管的玻璃外管，所述金屬內(nèi)管與玻璃外管在管端通過氣密連接結(jié)構(gòu)連接以使二者之間形成橫向截面為環(huán)形的腔室，其特征在于所述氣密連接結(jié)構(gòu)包括波紋管、端蓋及過渡連接件，所述端蓋分設(shè)在所述玻璃外管的端部且由所述金屬內(nèi)管穿過端蓋的中心通孔，所述波紋管套裝在所述金屬內(nèi)管上并位于所述端蓋之間，所述波紋管的兩端分別通過過渡連接件與所述金屬內(nèi)管、端蓋連接而將所述腔室密封，在所述端蓋上還設(shè)有用于向所述腔室中充入惰性氣體或者抽真空用的氣孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單層充氣保溫集熱管，其特征在于所述過渡連接件包括同心異徑管和連接管，所述同心異徑管套裝在所述金屬內(nèi)管上，所述同心異徑管的較小口徑一端連接在所述金屬內(nèi)管的端部上，而所述同心異徑管的較大口徑的一端與所述波紋管一端連接 ；所述連接管外套在所述波紋管及同心異徑管上，所述連接管的一端具有向管口平面彎折的折邊，所述折邊連接在所述端蓋中心通孔的外緣上，所述連接管的另一端與所述波紋管另一端連接以使連接管支撐在所述波紋管的外圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單層充氣保溫集熱管，其特征在于所述端蓋包括蓋體與粘結(jié)環(huán)，所述蓋體是一環(huán)形板，所述粘結(jié)環(huán)的一端部開有環(huán)形的U型槽，粘結(jié)環(huán)的U型槽的底端具有環(huán)形的延伸部，所述延伸部與所述蓋體的邊緣連接，所述U型槽與玻璃外管的管壁相適配,所述玻璃外管的管端插入U(xiǎn)型槽內(nèi)粘接固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單層充氣保溫集熱管，其特征在于所述粘結(jié)環(huán)與玻璃外管之間采用耐高溫粘結(jié)膠粘接；所述玻璃外管采用全透明玻璃制成；所述氣孔通過管路連接用于貯存惰性氣體的儲(chǔ)氣罐或者連接抽真空裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單層充氣保溫集熱管，其特征在于所述玻璃外管的外壁或內(nèi)壁上局部鍍有反射層，所述反射層沿所述玻璃外管的軸向延伸以使反射層形成弧形面， 且所述反射層的橫截面為弧形，所述反射層所對(duì)應(yīng)的圓心角范圍是20 200°。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單層充氣保溫集熱管，其特征在于所述金屬內(nèi)管的外壁上鍍有太陽光譜選擇性吸收膜，所述太陽光譜選擇性吸收膜覆蓋在金屬內(nèi)管的全部外壁上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的單層充氣保溫集熱管，其特征在于在所述太陽光譜選擇性吸收膜上局部涂有保溫層，其余部位則與設(shè)置在集熱管外部的聚光器相配合實(shí)現(xiàn)聚光集熱，所述保溫層沿所述集熱管的軸向延伸以使保溫層形成弧形面，且所述保溫層的橫截面為弧形，所述保溫層對(duì)應(yīng)的圓心角范圍是20 200°。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單層充氣保溫集熱管，其特征在于在所述金屬內(nèi)管的外壁上局部涂有保溫層，其余部位則與設(shè)置在集熱管外部的聚光器相配合實(shí)現(xiàn)聚光集熱，所述保溫層沿所述集熱管的軸向延伸以使保溫層形成弧形面，且所述保溫層的橫截面為弧形， 所述保溫層對(duì)應(yīng)的圓心角范圍是20 200°。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的單層充氣保溫集熱管，其特征在于在所述保溫層上鍍有金屬抗發(fā)射層。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的單層充氣保溫集熱管，其特征在于在所述金屬內(nèi)管的最外層上局部鍍有金屬抗發(fā)射層，其余部位則與設(shè)置在集熱管外部的聚光器相配合實(shí)現(xiàn)聚光集熱，所述金屬抗發(fā)射層沿集熱管的軸向延伸以使金屬抗發(fā)射層形成弧形面，且所述金屬抗發(fā)射層的橫截面為弧形，所述金屬抗發(fā)射層對(duì)應(yīng)的圓心角范圍是20 200°。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種單層充氣保溫集熱管，包括用于儲(chǔ)存導(dǎo)熱工質(zhì)的金屬內(nèi)管和外套于金屬內(nèi)管的玻璃外管，金屬內(nèi)管與玻璃外管在管端通過氣密連接結(jié)構(gòu)連接以使二者之間形成橫向截面為環(huán)形的腔室，氣密連接結(jié)構(gòu)包括波紋管、端蓋及過渡連接件，端蓋分設(shè)在玻璃外管的端部且由金屬內(nèi)管穿過端蓋的中心通孔，波紋管套裝在金屬內(nèi)管上并位于所述端蓋之間，波紋管的兩端分別通過過渡連接件與金屬內(nèi)管、端蓋連接而將腔室密封，在端蓋上還設(shè)有用于向腔室中充入惰性氣體或者抽真空用的氣孔。本實(shí)用新型對(duì)氣密連接結(jié)構(gòu)的氣密性要求低，可降低生產(chǎn)成本；導(dǎo)熱工質(zhì)產(chǎn)生的氫氣滲透到腔室后對(duì)保溫性能影響，可保證長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作效率及較長(zhǎng)的使用壽命。
文檔編號(hào)F24J2/46GK202747665SQ20122030500
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者林洪, 沈輝 申請(qǐng)人:廣州粵海真空技術(shù)有限公司, 中山大學(xué)