一種中高溫真空太陽能氣體集熱及儲熱管的制作方法
【專利摘要】一種中高溫真空太陽能氣體集熱及儲熱管。采用單端固定的三層同心套管結構，外管是一端封閉的玻璃管，內管是一端封閉的金屬管，內管之內增加一根中空回流金屬管以形成流體通道，并且為了增加流通量采用左右兩側對稱布置來增加流道橫截面積，在外層玻璃管和內層金屬管之間抽真空以減少熱損失。這種集熱管采用單端封接，簡化了封接工藝。并且集熱管的內管和回流管之內放置有儲熱材料，使其具有儲熱能力。
【專利說明】一種中高溫真空太陽能氣體集熱及儲熱管
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型結構的中高溫真空太陽能氣體集熱及儲熱管，采用氣體熱媒，并且具有熱量存儲能力，使用溫度可高達450°c。
【背景技術】
[0002]目前，國內外中高溫真空太陽能集熱管多采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(用于流通熱媒)，內外管之間被抽成真空用于減少熱量流失，金屬內管的外表面還覆蓋有選擇性吸收涂層。為了補償升溫后玻璃管與金屬管之間由于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采用可閥合金和波紋管等復雜結構進行連接以補償尺寸差異；這類中高溫集熱管中流動的熱媒通常是熔鹽、熔融鈉、高溫油等，所以金屬內管必須采用昂貴的耐高壓、耐腐蝕的不銹鋼材料。這類集熱管的不足是:1、內外管的封裝工藝復雜，材料成本和加工成本高，可靠性低；2、當太陽能光熱系統(tǒng)因維護需要更換高溫集熱管時，必須停止部分或整體系統(tǒng)的運行，導致維護的時間和成本高；3、使用的熱媒危險性高，一旦泄露易造成安全事故和環(huán)境污染，導致維護成本居高不下；4、目前此類集熱管的核心技術，如選擇性吸收涂層、封裝材料和工藝、專用高溫流體泵等均掌握在少數(shù)國外公司手中；5、目前此類集熱管設計上不具備儲熱功能。

【發(fā)明內容】

[0003]為了克服現(xiàn)有的真空太陽能集熱管的不足，本發(fā)明提供一種新型結構的中高溫真空太陽能氣體集熱及儲熱管，采用單端固定和密封結構，簡化了封裝工藝，避免了直通式集熱管復雜且不可靠的金屬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，并且便于維護；同時由于本發(fā)明采用的熱媒為氮氣，極大的提高了生產(chǎn)、運行過程中的安全，并且對環(huán)境無危害，進一步降低了生產(chǎn)和維護成本，同時避免了對國外核心技術的依賴。
[0004]本發(fā)明采用的技術方案是:采用三層同心管結構，外層管是一端封閉的玻璃管，內層是一端封閉的金屬管，在內管內增加了一根中空的直管(可以是金屬或陶瓷管)作為回流管，外管、內管的非封閉端都固定在一個連接頭組件上，并進行封接；內管的外表面覆蓋有高吸收率低發(fā)射率的選擇性涂層體系，熱媒從入口流入內管，沿著內管與回流管之間流動，到內管的封閉端后流入回流管，隨后沿著回流管流動從出口流出；內管和外管之間抽真空，以減少熱損失；此集熱管由于在流體流動中有回流的結構，使用液體的時會有壓力或流速損失，因此本集熱管采用氮氣作為熱媒，以減少熱媒流動壓力損失，并更有利于高溫應用，且安全環(huán)保。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:1、采用單端封接，完全避免了內、外管之間由于不同材料和不同溫差及軸向長度較長形成的軸向明顯線膨脹差異，使封接工藝過程更簡單可靠，整體制造成本降低。2、采用氮氣作為熱媒，使集熱管的使用溫度大大提高，對內管材料的要求降低，使成本明顯下降，并且由于氮氣安全無毒，生產(chǎn)使用過程中更加安全環(huán)保，壽命長易于安裝和維護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0007]圖中:(1)外管，(2)內管，(3)涂層體系，(4)回流管，(5)彈性連接環(huán)，(6)入口接頭，(7)熱媒(氮氣)，(8)連接頭組件，(9)出口接頭，(10)抽真空接頭組件，(11)儲熱材料
【具體實施方式】
[0008]由于采用單端固定的多層同心套管結構，內管(2)和外管(I)都固定在連接頭組件(8)上，而它們的另一端都是封閉的，且內管(2)與外管(I)的封閉端之間留有足夠的軸向間隙，因此玻璃管和金屬管在長度方向上的膨脹不一致不用考慮進行補償，徑向上的熱膨脹不一致采用比波紋管更簡單的彈性連接環(huán)(5)進行連接，節(jié)省了材料，簡化了工藝；在外管(I)和內管(2)之間要通過抽真空接頭組件(10)抽真空，以減少熱量損失；為了增強熱媒(7)的流通性能，采用以連接頭組件(8)為固定中心的左右對稱的布置形式，即左右兩端都各有一組三層同心套管結構；熱媒(7)采用氮氣，可以應用于高達500度以上的場合，并且安全環(huán)保，生產(chǎn)及維護費用更低；工作時，熱媒(7)從入口(6)進入，沿著內管(2)與回流管(4)之間的環(huán)形空間流動(此環(huán)形空間的橫截面積與回流管(4)的中空橫截面積相同)，并吸收內管傳導的熱量(內管(2)外壁上涂覆的選擇性吸收涂層體系(3)增強了內管對光熱的吸收并減少熱輻射)，介質流到達內管(2)的封閉端后回流到回流管(4)中，此時的熱媒(7)已經(jīng)提升溫度但其散發(fā)的熱量只能傳導給回流管(4)外壁中流通的熱媒(7)，最后吸收了熱量的熱媒(7 )從出口( 9 )流出；在內管(2 )和回流管(4)中均勻放置儲熱材料(11)，儲熱材料(11)間存有讓熱媒(7 )流通的空隙，儲熱材料(11)采用比熱容大的陶瓷球且其內部裝有中高溫相變儲能材料，在白天升溫過程中通過內管(2)及熱媒(7)共同作用吸收并存儲熱量，儲熱材料(11)在夜晚則通過熱媒(7)傳遞出存儲熱量。
【權利要求】
1.一種中高溫真空太陽能氣體集熱及儲熱管，其特征是:采用單端固定的三層同心套管結構，并采用左右兩側對稱布置以增加流道截面積；外管是一端封閉的玻璃管，內管是一端封閉的金屬管，內管之內增加一根中空的金屬回流管，在外層玻璃管和內層金屬管之間抽真空，集熱管的左右兩端都采用完全相同的結構和單端封接工藝。
2.根據(jù)權利要求1所述的中高溫真空太陽能氣體集熱及儲熱管，其擴展特征是:可以制作成左、右兩側的長度不一致，直至可以取消一側的單邊形式，仍然采用單端固定的三層同心套管結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的中高溫真空太陽能氣體集熱及儲熱管，其擴展特征是:內管和回流管之內放置有儲熱材料。
【文檔編號】F24J2/46GK103925721SQ201310013166
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月15日 優(yōu)先權日:2013年1月15日
【發(fā)明者】黃佳華, 李向陽, 徐攀 申請人:成都首能新能源開發(fā)有限公司