[发明专利]一种中高温真空太阳能气体集热及储热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型结构的中高温真空太阳能气体集热及储热管，采用气体热媒，并且具有热量存储能力，使用温度可高达 450℃。

背景技术

目前，国内外中高温真空太阳能集热管多采用直通式内外层同心直管结构，外管是玻璃管，内管是金属管（用于流通热媒），内外管之间被抽成真空用于减少热量流失，金属内管的外表面还覆盖有选择性吸收涂层。为了补偿升温后玻璃管与金属管之间由于热膨胀造成的明显尺寸差异，尤其是在轴向上的尺寸差异，所以在进行封接时内外管的两端都必须采用可阀合金和波纹管等复杂结构进行连接以补偿尺寸差异；这类中高温集热管中流动的热媒通常是熔盐、熔融钠、高温油等，所以金属内管必须采用昂贵的耐高压、耐腐蚀的不锈钢材料。这类集热管的不足是：1、内外管的封装工艺复杂，材料成本和加工成本高，可靠性低；2、当太阳能光热系统因维护需要更换高温集热管时，必须停止部分或整体系统的运行，导致维护的时间和成本高；3、使用的热媒危险性高，一旦泄露易造成安全事故和环境污染，导致维护成本居高不下；4、目前此类集热管的核心技术，如选择性吸收涂层、封装材料和工艺、专用高温流体泵等均掌握在少数国外公司手中；5、目前此类集热管设计上不具备储热功能。

发明内容

为了克服现有的真空太阳能集热管的不足, 本发明提供一种新型结构的中高温真空太阳能气体集热及储热管，采用单端固定和密封结构，简化了封装工艺，避免了直通式集热管复杂且不可靠的金属内管与玻璃外管之间的封接弊端，提高了可靠性，降低了成本，并且便于维护；同时由于本发明采用的热媒为氮气，极大的提高了生产、运行过程中的安全，并且对环境无危害，进一步降低了生产和维护成本，同时避免了对国外核心技术的依赖。

本发明采用的技术方案是：采用三层同心管结构，外层管是一端封闭的玻璃管，内层是一端封闭的金属管，在内管内增加了一根中空的直管（可以是金属或陶瓷管）作为回流管，外管、内管的非封闭端都固定在一个连接头组件上，并进行封接；内管的外表面覆盖有高吸收率低发射率的选择性涂层体系，热媒从入口流入内管，沿着内管与回流管之间流动，到内管的封闭端后流入回流管，随后沿着回流管流动从出口流出；内管和外管之间抽真空，以减少热损失；此集热管由于在流体流动中有回流的结构，使用液体的时会有压力或流速损失，因此本集热管采用氮气作为热媒，以减少热媒流动压力损失，并更有利于高温应用，且安全环保。

本发明的有益效果是：1、采用单端封接，完全避免了内、外管之间由于不同材料和不同温差及轴向长度较长形成的轴向明显线膨胀差异，使封接工艺过程更简单可靠，整体制造成本降低。2、采用氮气作为热媒，使集热管的使用温度大大提高，对内管材料的要求降低，使成本明显下降，并且由于氮气安全无毒，生产使用过程中更加安全环保，寿命长易于安装和维护。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：（1）外管 ，（2）内管，（3） 涂层体系，（4） 回流管，（5）弹性连接环，（6） 入口接头，（7）热媒（氮气），（8） 连接头组件 ，（9） 出口接头，（10）抽真空接头组件，（11）储热材料

具体实施方式

 由于采用单端固定的多层同心套管结构，内管（2）和外管（1）都固定在连接头组件（8）上，而它们的另一端都是封闭的，且内管（2）与外管（1）的封闭端之间留有足够的轴向间隙，因此玻璃管和金属管在长度方向上的膨胀不一致不用考虑进行补偿，径向上的热膨胀不一致采用比波纹管更简单的弹性连接环（5）进行连接，节省了材料，简化了工艺；在外管（1）和内管（2）之间要通过抽真空接头组件（10）抽真空，以减少热量损失；为了增强热媒（7）的流通性能，采用以连接头组件（8）为固定中心的左右对称的布置形式，即左右两端都各有一组三层同心套管结构；热媒（7）采用氮气，可以应用于高达500度以上的场合，并且安全环保，生产及维护费用更低；工作时，热媒（7）从入口（6）进入，沿着内管（2）与回流管（4）之间的环形空间流动（此环形空间的横截面积与回流管（4）的中空横截面积相同），并吸收内管传导的热量（内管（2）外壁上涂覆的选择性吸收涂层体系（3）增强了内管对光热的吸收并减少热辐射），介质流到达内管（2）的封闭端后回流到回流管（4）中，此时的热媒（7）已经提升温度但其散发的热量只能传导给回流管（4）外壁中流通的热媒（7），最后吸收了热量的热媒（7）从出口（9）流出；在内管（2）和回流管（4）中均匀放置储热材料（11）, 储热材料（11）间存有让热媒（7）流通的空隙，储热材料（11）采用比热容大的陶瓷球且其内部装有中高温相变储能材料，在白天升温过程中通过内管（2）及热媒（7）共同作用吸收并存储热量，储热材料（11）在夜晚则通过热媒（7）传递出存储热量。