[發明專利]一種太陽能吸熱管

有效

• 申請號: 201010257369.2
• 申請日: 2010-08-19
• 公開（公告）號: CN101986060A
• 公開（公告）日: 2011-03-16
• 發明（設計）人: 雷東強;王志峰;李健
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: F24J2/48
• 分類號: F24J2/48
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種太陽能吸熱管，主要用于槽式太陽能熱發電系統的集熱器中，屬于太陽能光熱利用技術領域。

背景技術

槽式太陽能熱發電系統是一種中高溫太陽能熱利用系統，其利用可跟蹤太陽的槽型拋物面反射鏡，將入射光反射聚焦在吸熱管上，金屬內管表面涂覆的選擇性吸收膜吸收太陽光加熱管內工質，產生高溫高壓蒸氣，推動汽輪機發電。1984-1990年間，美國LUZ公司在加州沙漠相繼建成了9座槽式太陽能熱發電站，總裝機容量353MW，該系統目前仍然在運行。

太陽能吸熱管是槽式太陽能熱發電站中最為核心的部件，一般由吸收輻射涂層的金屬內管和環繞的玻璃外管組成，為了減少熱損失，玻璃外管與金屬內管之間的環形空間抽真空，由于材料不同，玻璃外管與金屬內管之間通過封接金屬過渡件進行連接。這種太陽能吸熱管一般長為4060mm，金屬內管外徑為70mm，管內走高溫傳熱工質，使用壽命一般要求達到20年。由于金屬內管運行溫度達到了400℃以上，而玻璃外管溫度僅僅100℃左右，并且金屬內管和玻璃外管的熱膨脹系數相差很大，要求金屬內管和玻璃外管之間進行膨脹位移補償，因此在玻璃外管和金屬內管之間通過波紋管來緩解軸向熱膨脹應力。

由于該太陽能吸熱管中需要高透光率和高硬度的玻璃，這種玻璃的膨脹系數較低，一般采用高硼硅3.3玻璃(Pyrex玻璃)，而金屬內管的膨脹系數較大，因此生產中常常采用玻璃-金屬過渡的方法來解決玻璃與金屬的膨脹系數不匹配的問題。如選擇低膨脹合金如鐵-鎳或鐵-鎳-鈷合金材料與膨脹系數接近的玻璃進行熱熔封接，然后該種玻璃再通過玻璃之間逐漸過渡的方法與高硼硅玻璃封接在一起，而低膨脹合金材料再與波紋管進行焊接，這種吸熱管存在多道焊縫，工藝復雜，低膨脹合金材料成本較高。特別是在波紋管與金屬-玻璃過渡件焊接時，玻璃與金屬封接處由于突然高溫極易炸裂，這個問題對于集熱管的制造造成了很大影響。目前解決的辦法一般是增加焊接處與玻璃封接處的之間長度并進行冷卻，但這樣將減少吸熱管采光面積，降低了吸熱管的效率。

專利號CN1495394中，公開了一種太陽能用吸熱管，采用新的玻璃材料，該種玻璃與一種低膨脹合金的膨脹系數接近，實現了玻璃與金屬匹配封接，其膨脹補償裝置為波紋管，該波紋管設置在金屬內管和固定在玻璃外管上的玻璃-金屬過渡件之間的環形室內，低膨脹合金與玻璃封接后，另一端與波紋管進行焊接，而波紋管再通過連接件與金屬內管焊接，因此這種吸熱管中，玻璃外管必須經過金屬-玻璃過渡件、連接件、波紋管、連接件和金屬內管之間多道焊接工序才能與金屬內管之間形成環形真空空間，工藝復雜，過多的焊縫對吸熱管的真空壽命構成了潛在威脅。

專利CN100513926C提出了一種高溫太陽能集熱管及其制造工藝，該集熱管包括金屬內管和玻璃外管，波紋管的一端通過連接件與金屬內管連接，另一端與金屬-玻璃封接過渡件進行焊接，該金屬-玻璃封接過渡件采用了膨脹系數比較接近的DM308玻璃與4J29可伐進行匹配封接。該集熱管中存在多道焊縫，工藝較為復雜，一旦焊接造成玻璃與金屬封接處損壞，整管將報廢。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提出一種采用波紋管與玻璃封接的太陽能吸熱管，本發明減少了焊接環節，實現了玻璃與金屬的非匹配封接，避免了焊接時玻璃-金屬封接處由于突然高溫而炸裂的問題，并可降低太陽能吸熱管的制作成本，提高了吸熱管的有效利用率和真空壽命。

為了實現上述目的，本發明采取如下技術方案：

一種太陽能吸熱管，玻璃外管采用透光率好和硬度高的高硼硅3.3玻璃，與玻璃外管同軸的金屬內管采用耐高溫和耐腐蝕的不銹鋼合金，金屬內管外壁鍍有耐高溫的選擇性吸收涂層。具有膨脹補償作用的波紋管是一端為直筒段的波紋管，直筒段的端口為薄壁刀口。波紋管與玻璃外管，以及金屬內管同軸布置。所述波紋管的一端通過連接件與金屬內管焊接在一起，而波紋管的直筒段的端口插入玻璃外管端口的管壁中，與玻璃外管熔封在一起，實現玻璃與金屬的非匹配封接；所述的連接件為環形端蓋，其內孔套在金屬內管上進行焊接，外環與波紋管進行焊接；所述的太陽能吸熱管兩端結構對稱，都具有所述的連接件和波紋管，從而在玻璃外管和金屬內管之間形成環形封閉空間，該環形封閉空間抽真空以減少金屬內管的熱損失。