[发明专利]线聚焦太阳能强化集热管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于槽式太阳能中高温热利用装置的线聚焦强化集热管，该集热管的金属内管采用了多种特殊结构设计和优化制作方法，使其具备了强化热吸收功能，提高了热吸收效率，有利于降低槽式中高温太阳能热利用聚光装置投资成本。该集热管特别适合槽式太阳能热发电装置使用。属太阳能热利用技术领域。

背景技术

线聚焦太阳能集热管是槽式热利用装置中的主要集热元件，也是槽式太阳能热发电装置中的核心技术。目前，能够为槽式太阳能热发电装置生产制造这种太阳能集热管的企业有Solel、Schott和公司，但是，这些企业的产品所使用的金属内管均为直管结构设计，在实际应用中存在明显技术缺陷，特别是传热工质在流经金属内管时容易形成稳流层，在半球光热吸收和完成热转换时，管壁温差可达80度以上，因此阻碍着热吸收效率进一步提高。发明人在中国专利03218208.2中公开的以金属波节内管、扭纹内管和波纹管为主要特征的内置金属流道太阳能真空集热管，和专利200420091975.1、200620158355.4以及专利200720143975.5中，为槽式线聚焦装置提供了可选择的具有强化换热功能的太阳能真空集热管，明显提高了集热管的光热吸收和工质热转换效率，其原理就在于金属内管在轴向结构上形成的环形波节或螺旋波节结构，在导热油等传热工质流经金属内管时破坏了稳流层，变层流换热为涡流换热。为进一步适应目前国际太阳能聚热发电(CSP)领域正在研究的，主要以替代导热油为目标而使用的熔盐和直接用水做传热工质的DSG(direct steam generation)两种技术，发挥强化集热管在替代导热油中的优势，就必须以提高集热管机械强度、热吸收效率和降低热损失为目标，在金属内管结构和制作方法上进行优化和改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是以提高线聚焦太阳能强化集热管机械强度、热吸收效率和降低热损失为目标，为适应新一代替代工质对集热管结构和制造方法进行的改进。

本发明采用了以下技术方案：

一种线聚焦太阳能强化集热管由金属内管、玻璃外管、玻璃截管、铁镍可伐环、消气环、耐高温热吸收涂层、排气管、玻璃封接料以及由金属端盖、卸载波纹管、管接件经氩弧顺序焊接组合的卸载组件组成，其特征在于：

所述金属内管为金属环形波节管、或金属螺旋管、或金属苞体波节管的强化换热管，或带有2-20波的波纹管与波节管一体的自卸载波节管；壁厚在0.3-13mm；选用耐受450℃高温的不锈钢无缝钢管，或耐受450℃以上高温的锅炉用合金无缝钢管，或不锈钢焊接管；承压在2-30兆帕。

所述玻璃外管为线膨胀系数在(40～65)×10^-7k^-1(20℃～500℃)之间的中性5.0硼硅玻璃，优选线膨胀系数为(40～50)×10^-7k^-1(20℃～300℃)，其中三氧化二硼(B₂O₃)的摩尔含量在8-12％之间；玻璃外管壁厚在1.8-5mm，优选2.2-3mm；透光率大于90％，涂覆并烧结硅凝胶后大于95％。或选择线膨胀系数为33×10^-7/℃的高硼硅玻璃管。

所述玻璃截管为封接卸载组件和玻璃外管的工艺过渡管，玻璃截管根据所需长度对玻璃外管进行切割，长度为30-60mm；其中一端制作玻璃法兰，或外法兰，或内法兰；玻璃法兰端与铁镍可伐环熔封接，另一端与玻璃外管熔封接。

所述铁镍可伐环的线膨胀系数在(40-65)×10^-7/℃之间，优选4J29或4J44可伐合金，经冲压拉伸成凸型外环或凸型内环，壁厚0.3-2mm，优选0.7mm；其中一端焊接金属端盖，另一端与玻璃截管直接熔封接；或通过低熔玻璃粉与玻璃截管间接熔封接；或通过金属铅、或金属铝在临界熔融态瞬间热压封接至玻璃截管法兰平面处，利用金属分子的分散性确保气密性和封接强度。

所述卸载组件由金属端盖、卸载波纹管、管接件经氩弧焊接组成，并设置在线聚焦太阳能强化集热管两端。

所述金属端盖为不锈钢板材冲压而成的中心开孔的凹形圆盖，壁厚0.3-2mm，优选0.7mm；内圆焊接卸载波纹管，外圆焊接铁镍可伐环。

所述卸载波纹管为不锈钢薄壁焊接管经塑性涨波成型或打波挤塑成型，波纹数至少在2-20波，两端留有焊接直边端，其中一端焊接金属端盖，另一端焊接管接件。

所述管接件为不锈钢焊接管制作，一端缩口另一端扩口，扩口端与卸载波纹管焊接，缩口端与金属内管焊接。