專利名稱：用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能吸收裝置，具體的說(shuō)是用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌鳌?br> 背景技術(shù)：
采用拋物面槽式聚焦器聚焦太陽(yáng)能，產(chǎn)生高溫蒸汽發(fā)電是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，技術(shù)難度較低的一種太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)。但是其中涉及的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)——真空玻璃套管與吸熱管之間的密封及熱膨脹問(wèn)題成為該項(xiàng)技術(shù)的可靠性、耐久性及成本費(fèi)用的一大障礙。從而阻礙了這項(xiàng)技術(shù)的推廣。
現(xiàn)有的拋物面槽式聚焦器所用吸熱管的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該吸熱管是由外表面涂有耐高溫選擇性吸收涂層6的吸熱鋼管15和環(huán)繞吸熱鋼管15的玻璃套管1組成。吸熱鋼管15的單根管長(zhǎng)一般為4米，相互焊接可連接成最長(zhǎng)達(dá)800米的太陽(yáng)能場(chǎng)帶。為了防止熱損失及保護(hù)耐高溫選擇性吸熱涂層6不被高溫氧化，吸熱鋼管15的外部設(shè)有玻璃套管1，玻璃套管1與吸熱鋼管15之間抽成真空。玻璃套管1的兩端與過(guò)渡金屬環(huán)4焊接，過(guò)渡金屬環(huán)4與金屬膨脹節(jié)17的一端焊接，金屬膨脹節(jié)17的另一端與吸熱鋼管15焊接，這樣可以形成真空層的密封，還可以解決玻璃套管1與吸熱鋼管15之間的熱膨脹應(yīng)力。為了防止輻射聚焦對(duì)玻璃套管1與過(guò)渡金屬環(huán)4之間接頭的傷害，設(shè)置了屏蔽罩16?，F(xiàn)有的拋物面槽式聚焦器所用吸熱管存在如下缺點(diǎn)①金屬膨脹節(jié)17價(jià)格昂貴，使得吸熱管的制造成本較高，導(dǎo)致拋物面槽式聚焦器造價(jià)較高；②焊接點(diǎn)太多，各焊接處受膨脹引起的拉伸應(yīng)力較強(qiáng)，從而使得玻璃套管1與吸熱鋼管15之間的真空度遭到破壞；③屏蔽罩16的使用減少了吸熱管的太陽(yáng)輻射吸收。這些缺點(diǎn)都影響了該技術(shù)的效率和推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌鳌?br> 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌鳎úＡ坠?、冷卻流體通道，玻璃套管一端封閉，另一端開口，還包括中溫吸熱熱管，中溫吸熱熱管插于玻璃套管內(nèi)，中溫吸熱熱管露出玻璃套管的部分設(shè)有冷凝段，冷凝段位于冷卻流體通道內(nèi)，并與冷卻流體通道密封連接，中溫吸熱熱管與玻璃套管開口端之間通過(guò)密封件密封連接。
本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)前述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌鳎渲兴霾Ａ坠転閱螌硬Ａ坠?，玻璃套管?nèi)為真空層，中溫吸熱熱管位于玻璃套管內(nèi)的部分的外表面覆蓋有耐高溫選擇性吸收涂層。
前述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其中所述玻璃套管為雙層玻璃套管，兩層玻璃之間為真空層，中溫吸熱熱管位于玻璃套管內(nèi)的部分的外表面或雙層玻璃套管的內(nèi)管表面覆蓋有耐高溫選擇性吸收涂層。
前述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其中所述中溫吸熱熱管上焊接有?dǎo)熱翅片，中溫吸熱熱管與玻璃套管開口端密封連接處設(shè)有保溫帽與填充物。
前述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其中所述中溫吸熱熱管?nèi)充有工作液體，工作液體為萘或聯(lián)苯醚或汞；中溫吸熱熱管內(nèi)壁設(shè)有絲網(wǎng)吸液芯或溝槽吸液芯或燒結(jié)吸液芯或絲網(wǎng)吸液芯、溝槽吸液芯與燒結(jié)吸液芯中的任何兩種組合成的復(fù)合吸液芯。
前述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其中所述玻璃套管上設(shè)有抽真空封口管。
前述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其中所述中溫吸熱熱管與玻璃套管開口端之間的密封件為過(guò)渡金屬環(huán)與金屬連接環(huán)的組件，過(guò)渡金屬環(huán)一端與玻璃套管焊接，另一端與金屬連接環(huán)的一端焊接，金屬連接環(huán)的另一端與中溫吸熱熱管焊接，過(guò)渡金屬環(huán)所用過(guò)渡金屬與玻璃套管材料的熱膨脹系數(shù)相近。
前述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其中所述冷凝段通過(guò)金屬環(huán)與冷卻流體通道密封連接，金屬環(huán)一端與冷凝段焊接，另一端與冷卻流體通道焊接。
前述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其中所述中溫吸熱熱管位于玻璃套管封閉端的那一端設(shè)有托環(huán)支架，托環(huán)支架與中溫吸熱熱管活動(dòng)連接。
前述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌鳎渲兴隼淠瓮鈬O(shè)有夾套，冷凝段插入夾套內(nèi)，夾套兩端設(shè)有冷流體上聯(lián)箱套管和冷流體下聯(lián)箱套管，夾套兩端分別與冷流體下聯(lián)箱套管、冷流體上聯(lián)箱套管焊接相連。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為本發(fā)明采用中溫吸熱熱管代替原有的吸熱鋼管，中溫吸熱熱管是一種高效傳熱元件，相比原有的吸熱鋼管，具有更好的傳熱效果。中溫吸熱熱管與玻璃套管開口端之間通過(guò)過(guò)渡金屬環(huán)與金屬連接環(huán)焊接密封，使得真空層更為密封，另外在中溫吸熱熱管位于玻璃套管封閉端的那一端可在金屬托環(huán)支架上自由伸縮，使玻璃套管和中溫吸熱熱管的底部與端頭都是自由端，在承受輻射熱時(shí)，各自可以自由膨脹，彼此互不影響，不會(huì)產(chǎn)生因變形不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，故也就不需要設(shè)置膨脹節(jié)，結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，節(jié)約了制造成本，也增長(zhǎng)了使用壽命。本發(fā)明也不需要設(shè)置屏蔽罩，使中溫吸熱熱管能夠更好的吸引太陽(yáng)能。本發(fā)明適用于太陽(yáng)能拋物面槽式聚焦集熱器，根據(jù)槽式聚焦器設(shè)計(jì)的會(huì)聚比的不同，可以獲得400℃以上的溫度，中溫吸熱熱管內(nèi)部的工作溫度可達(dá)380℃以上。在此溫度條件下，中溫吸熱熱管可以直接將水加熱產(chǎn)生250℃以上的過(guò)熱蒸汽用于發(fā)電，也可產(chǎn)生250℃以上的飽和蒸汽作為其它用途。


圖1為現(xiàn)有的拋物面槽式聚焦器所用吸熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖3的A-A剖面圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為過(guò)渡金屬環(huán)與玻璃套管及中溫吸熱熱管的連接示意圖。
圖7為過(guò)渡金屬環(huán)與玻璃套管及中溫吸熱熱管的另一種連接示意圖。
圖8為冷凝段與冷流體聯(lián)箱管的連接示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一本實(shí)施例的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌骶唧w結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括玻璃套管1、冷卻流體通道3，玻璃套管1一端封閉，另一端開口，還包括中溫吸熱熱管2，中溫吸熱熱管2插于玻璃套管1內(nèi)，中溫吸熱熱管2由金屬(450℃以下為碳鋼，450℃以上為耐熱鋼或低合金鋼)制成。中溫吸熱熱管2露出玻璃套管1的部分逐漸收縮成較小直徑的冷凝段8，冷凝段8位于冷卻流體通道3內(nèi)，并與冷卻流體通道3密封連接，中溫吸熱熱管2與玻璃套管1開口端之間通過(guò)密封件密封連接。玻璃套管1的封閉端設(shè)有抽真空封口管7，抽真空封口管7用于將玻璃套管1內(nèi)抽成真空后封閉。中溫吸熱熱管2位于玻璃套管1封閉端的那一端設(shè)有托環(huán)支架5，托環(huán)支架5為金屬托環(huán)支架，托環(huán)支架5與中溫吸熱熱管2活動(dòng)連接，中溫吸熱熱管2一端可支于托環(huán)支架5上并可自由伸縮。中溫吸熱熱管2伸入玻璃套管1部分的外壁上涂有耐高溫的選擇性吸收涂層6，耐高溫的選擇性吸收涂層6可以是金屬陶瓷等。根據(jù)該涂層所能承受的溫度，中溫吸熱熱管2可以采用不同的管殼材料(450℃以下為碳鋼，450℃以上為耐熱鋼或低合金鋼)及不同的內(nèi)部工作液體11，工作液體11為萘、聯(lián)苯醚、汞中的任一種。中溫吸熱熱管2在玻璃套管1開口端的上部焊有金屬連接環(huán)9，并與過(guò)渡金屬環(huán)4焊接，過(guò)渡金屬環(huán)4形成90°彎的套管，其下端與玻璃套管1焊接，形成密封。由于玻璃套管1和中溫吸熱熱管2的底部端頭都是自由端，在承受輻射熱時(shí)，各自可以自由膨脹，彼此互不影響，不會(huì)產(chǎn)生因變形不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。為了節(jié)省過(guò)渡金屬材料，可以那樣把過(guò)渡金屬環(huán)4制成小的薄金屬環(huán)，其與玻璃套管及中溫吸熱熱管的連接示意圖如圖6、圖7所示，過(guò)渡金屬環(huán)4的內(nèi)圈與金屬連接環(huán)9焊接，外圈則與玻璃套管1的上開口焊接，焊接方法可采用玻璃熔焊。過(guò)渡金屬環(huán)4所用過(guò)渡金屬與玻璃套管1材料的熱膨脹系數(shù)相近。中溫吸熱熱管2內(nèi)壁設(shè)有吸液芯12，吸液芯12為絲網(wǎng)吸液芯或溝槽吸液芯或燒結(jié)吸液芯或絲網(wǎng)吸液芯、溝槽吸液芯與燒結(jié)吸液芯中的任何兩種組合成的復(fù)合吸液芯。
本發(fā)明的工作過(guò)程如下，如圖2所示，中溫吸熱熱管2是一種高效傳熱元件，中溫吸熱熱管2的大部分同軸插入在玻璃套管1的內(nèi)部，它的外表面有耐高溫選擇性吸收涂層6，由拋物面槽式集熱器反射板聚焦的太陽(yáng)能穿過(guò)玻璃套管1落在耐高溫選擇性吸收涂層6上。根據(jù)拋物面槽式集熱器在設(shè)計(jì)時(shí)采用不同的會(huì)聚比可以得到不同的聚焦溫度，同時(shí)耐高溫選擇性吸收涂層6所能承受的耐熱溫度也是有限制的，目前一般在400~500℃范圍內(nèi)。當(dāng)中溫吸熱熱管2的外壁耐高溫選擇性吸收涂層6達(dá)到一定溫度后，熱量通過(guò)中溫吸熱熱管2的管壁達(dá)到管壁內(nèi)部的吸液芯12，在吸液芯12含有工作液體11(萘、聯(lián)苯醚、汞中的任一種)，工作液體11汽化為蒸汽，汽化的同時(shí)吸收了管壁導(dǎo)入的太陽(yáng)能，工作液體11的蒸汽流向中溫吸熱熱管2的冷凝段8，由于冷凝段8是處于冷卻流體通道3內(nèi)，中溫吸熱熱管2內(nèi)的高溫蒸汽(400℃左右)就會(huì)放出熱量加熱流過(guò)管外的冷流體。這樣就將拋物面槽式集熱器所采集的太陽(yáng)能通過(guò)中溫吸熱熱管2傳遞到了冷流體使之產(chǎn)生帶壓力的蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)發(fā)電或作為其它用途。
圖2中的中溫吸熱熱管2的冷凝段8直接插入在冷流體通道3中，一般情況下由于中溫吸熱熱管2的冷凝段8傳熱效率很高，當(dāng)中溫吸熱熱管2處在真空玻璃套管1中的長(zhǎng)度不超過(guò)4米時(shí)，冷凝段8的長(zhǎng)度不超過(guò)200mm，在熱負(fù)荷強(qiáng)度很高或冷凝段8被用來(lái)過(guò)熱蒸汽時(shí)，其長(zhǎng)度會(huì)增加，從而要求冷流體通道3的直徑要增大，此時(shí)可采用如圖8所示的冷流體聯(lián)箱套管形式，中溫吸熱熱管2的冷凝段8插入冷流體通道夾套19，夾套19的兩端分別與冷流體下聯(lián)箱套管18、冷流體上聯(lián)箱套管20焊接。冷流體首先通過(guò)冷流體下聯(lián)箱套管18，然后進(jìn)入夾套19，對(duì)在夾套19中的中溫吸熱熱管2的冷凝段8加熱，然后從冷流體上聯(lián)箱套管20匯集進(jìn)入汽包或管網(wǎng)。
實(shí)施例二本實(shí)施例的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌骶唧w結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖4為圖3的A-A剖面圖。本實(shí)施例的玻璃套管1為雙層玻璃套管，兩層玻璃之間為真空層，中溫吸熱熱管2位于玻璃套管1內(nèi)的部分的外表面覆蓋有耐高溫選擇性吸收涂層6。玻璃套管1的封閉端在外層玻璃上設(shè)有抽真空封口管7，用于將兩層玻璃中間抽成真空層。中溫吸熱熱管2上還焊接有導(dǎo)熱翅片21，中溫吸熱熱管2與玻璃套管1開口端密封連接處設(shè)有保溫帽13與填充物14。本實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同。
本發(fā)明的工作過(guò)程同實(shí)施例一。
實(shí)施例三本實(shí)施例的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌骶唧w結(jié)構(gòu)如圖5所示，本實(shí)施例的玻璃套管1為雙層玻璃套管，兩層玻璃之間為真空層，雙層玻璃套管的內(nèi)管表面覆蓋有耐高溫選擇性吸收涂層6。玻璃套管1的封閉端在外層玻璃上設(shè)有抽真空封口管7，用于將兩層玻璃中間抽成真空層。中溫吸熱熱管2上還焊接有導(dǎo)熱翅片21，中溫吸熱熱管2與玻璃套管1開口端密封連接處設(shè)有保溫帽13與填充物14。本實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同。
本發(fā)明的工作過(guò)程同實(shí)施例一。
本發(fā)明還可以有其它實(shí)施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，包括玻璃套管、冷卻流體通道，玻璃套管一端封閉，另一端開口，其特征在于還包括中溫吸熱熱管，所述中溫吸熱熱管插于玻璃套管內(nèi)，中溫吸熱熱管露出玻璃套管的部分設(shè)有冷凝段，所述冷凝段位于冷卻流體通道內(nèi)，并與冷卻流體通道密封連接，所述中溫吸熱熱管與玻璃套管開口端之間通過(guò)密封件密封連接。
2.如權(quán)利要求1所述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌鳎涮卣髟谟谒霾Ａ坠転閱螌硬Ａ坠?，玻璃套管?nèi)為真空層，所述中溫吸熱熱管位于玻璃套管內(nèi)的部分的外表面覆蓋有耐高溫選擇性吸收涂層。
3.如權(quán)利要求1所述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其特征在于所述玻璃套管為雙層玻璃套管，兩層玻璃之間為真空層，所述中溫吸熱熱管位于玻璃套管內(nèi)的部分的外表面或雙層玻璃套管的內(nèi)管表面覆蓋有耐高溫選擇性吸收涂層。
4.如權(quán)利要求3所述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌鳎涮卣髟谟谥袦匚鼰釤峁苌虾附佑袑?dǎo)熱翅片，所述中溫吸熱熱管與玻璃套管開口端密封連接處設(shè)有保溫帽與填充物。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其特征在于所述中溫吸熱熱管?nèi)充有工作液體，所述工作液體為萘或聯(lián)苯醚或汞；所述中溫吸熱熱管內(nèi)壁設(shè)有絲網(wǎng)吸液芯或溝槽吸液芯或燒結(jié)吸液芯或絲網(wǎng)吸液芯、溝槽吸液芯與燒結(jié)吸液芯中的任何兩種組合成的復(fù)合吸液芯。
6.如權(quán)利要求1或2或3所述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其特征在于所述玻璃套管上設(shè)有抽真空封口管。
7.如權(quán)利要求1所述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其特征在于所述中溫吸熱熱管與玻璃套管開口端之間的密封件為過(guò)渡金屬環(huán)與金屬連接環(huán)的組件，所述過(guò)渡金屬環(huán)一端與玻璃套管焊接，另一端與金屬連接環(huán)的一端焊接，所述金屬連接環(huán)的另一端與中溫吸熱熱管焊接。
8.如權(quán)利要求1所述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其特征在于所述冷凝段通過(guò)金屬環(huán)與冷卻流體通道密封連接，所述金屬環(huán)一端與冷凝段焊接，另一端與冷卻流體通道焊接。
9.如權(quán)利要求1所述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?，其特征在于所述中溫吸熱熱管位于玻璃套管封閉端的那一端設(shè)有托環(huán)支架，所述托環(huán)支架與中溫吸熱熱管活動(dòng)連接。
10.如權(quán)利要求1所述的用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌鳎涮卣髟谟谒隼淠瓮鈬O(shè)有夾套，冷凝段插入夾套內(nèi)，夾套兩端設(shè)有冷流體上聯(lián)箱套管和冷流體下聯(lián)箱套管，夾套兩端分別與冷流體下聯(lián)箱套管、冷流體上聯(lián)箱套管焊接相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能吸收裝置，是用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的中溫?zé)峁芙邮掌?。包括玻璃套管、冷卻流體通道，玻璃套管一端封閉，另一端開口，其特征在于還包括中溫吸熱熱管，所述中溫吸熱熱管插于玻璃套管內(nèi)，中溫吸熱熱管露出玻璃套管的部分設(shè)有冷凝段，所述冷凝段位于冷卻流體通道內(nèi)，并與冷卻流體通道密封連接，所述中溫吸熱熱管與玻璃套管開口端之間通過(guò)密封件密封連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜，適用于太陽(yáng)能拋物面槽式聚焦集熱器，可以獲得400℃以上的溫度，中溫吸熱熱管內(nèi)部的工作溫度可達(dá)380℃以上。
文檔編號(hào)F24J2/24GK1916525SQ20061008618
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月8日
發(fā)明者張紅, 戰(zhàn)棟棟, 許輝, 莊駿, 陳興元 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)