專利名稱：一種內(nèi)外管結(jié)構(gòu)的直通式中高溫集熱管用支撐物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于內(nèi)外管結(jié)構(gòu)的直通式中高溫集熱管的支撐物，該支撐物處于集熱管內(nèi)管和外管之間起到支撐作用，本發(fā)明技術(shù)屬于光熱利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能光熱利用是將太陽能進(jìn)行光學(xué)聚焦，對及熱管內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行加熱，然后通過熱交換方式產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)加熱、食品制造、海水淡化，以及驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電，是一個光熱功轉(zhuǎn)化過程。槽式集熱技術(shù)是將集熱管置于一個拋物反射鏡的焦點(diǎn)位置上，光能通過拋物反射 鏡的全反射聚集在集熱管上，使光能轉(zhuǎn)化為熱能，將集熱管內(nèi)的介質(zhì)加熱到150-450°C，甚至更高溫度，相比普通太陽能真空集熱管的溫度(100°C以下)而言高出很多，屬于中高溫?zé)崂眉夹g(shù)，因此必須具有穩(wěn)定可靠的中高溫集熱管來實(shí)現(xiàn)太陽能熱能利用。中高溫集熱管一般是由玻璃外管(簡稱玻璃管)和鍍膜不銹鋼內(nèi)管(簡稱金屬管)所組成的，在端部采用膨脹節(jié)將玻璃管和金屬連接在一起，抽出玻璃管與金屬管之間的氣體，使玻璃管和金屬管之間形成真空，具有很好的絕熱作用，這樣既能實(shí)現(xiàn)熱量最大程度地收集，又可以防止熱量散失。對于中高集熱管而言，保持其真空氣密性是關(guān)鍵所在，也是維持中高集熱管高效運(yùn)行的關(guān)鍵，但是在工程應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)有很多中高溫集熱管的玻璃-金屬封接部位很容易出現(xiàn)漏氣而導(dǎo)致失效的。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)目前，工程中所用中高溫集熱管長度已達(dá)4. 06米，甚至更長，內(nèi)管多用不銹鋼金屬管，壁厚2_，金屬管直徑50-70_;內(nèi)管流通介質(zhì)多為導(dǎo)熱油或熔鹽，導(dǎo)熱油比重為O. 80-0. 90，熔鹽比重為I. 40-1. 80 ;玻璃管厚度為2. 8-3. 2mm。以4. 06米及熱管為例，金屬管質(zhì)量約在15-16公斤，導(dǎo)熱油或熔鹽質(zhì)量約在10-20公斤，玻璃管質(zhì)量約在10-12公斤，這樣一根4. 06米的中高溫集熱管實(shí)際質(zhì)量在35-45公斤范圍，在工程應(yīng)用中，中高溫集熱管兩端依靠支架支撐，由于中高溫集熱管屬于細(xì)長結(jié)構(gòu)，受重力和力矩作用，其中央部位自然會產(chǎn)生向下彎曲，其彎曲示意圖見附圖I所示。致使玻璃管的彎曲向中高溫集熱管兩端的金屬-玻璃封接部位3傳遞，在金屬-玻璃封接部位3處產(chǎn)生彎折作用，盡管外膨脹節(jié)2可以緩解一下彎折作用力量，但是畢竟有限。當(dāng)集熱管受熱變化時，例如，受陽光輻照強(qiáng)度變化，金屬管內(nèi)介質(zhì)溫度會出現(xiàn)升高和降低，導(dǎo)致集熱管彎曲幅度產(chǎn)生顯著變化，致使封接部位出現(xiàn)往復(fù)的彎折作用，加劇了封接部位的疲勞作用，致使封接部位的失效加速，平均失效周期為3-5年，因此必須采取必要措施給予解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過大量研究發(fā)現(xiàn)為了克服內(nèi)外管結(jié)構(gòu)的直通式中高溫集熱管因自身重力和力矩作用，以及受太陽輻照強(qiáng)度變化時，金屬管膨脹變形增大導(dǎo)致彎曲幅度變大等系列交變作用，致使中高溫集熱管兩端的玻璃-金屬封接部位所產(chǎn)生反復(fù)彎折作用，本發(fā)明通過在內(nèi)外管結(jié)構(gòu)的直通式中高溫集熱管中設(shè)置支撐物方式來加以解決。本發(fā)明的支撐物5適合內(nèi)外管結(jié)構(gòu)的直通式中高溫集熱管，并且進(jìn)一步適用于內(nèi)管為金屬管1，外管為玻璃管4的集熱管，端頭處采用金屬-玻璃封接，內(nèi)外管之間形成真空，且內(nèi)管介質(zhì)溫度可達(dá)到150-450°C，甚至更高溫度。其長度大于2米，且金屬管直徑大于50mm的大直徑集熱管。一種內(nèi)外管結(jié)構(gòu)的直通式中高溫集熱管用支撐物，其特征在于所述支撐物包括內(nèi)環(huán)5-2、支撐臂5-3或連接件5-3 '、支撐面5-4以及緊固螺釘5_5 ;內(nèi)環(huán)5_2套在金屬內(nèi)管I外；內(nèi)環(huán)5-2上有用于將所述支撐物5固定的緊固螺釘5-5，可將支撐物5固定其在金屬管I的相應(yīng)位置上，支撐面5-4通過支撐臂(5-3)或連接件(5-3')連接在內(nèi)環(huán)5-2外徑上；所述支撐物5結(jié)構(gòu)上的支撐面為3-6個弧形，或者為I個封閉的環(huán)形。支撐物在金屬管上的布置間距為O. 8-1. 5米。進(jìn)一步，所述支撐5材質(zhì)特征在于接近金屬管一側(cè)的內(nèi)環(huán)5-2材料要求能夠耐受150-450°C?？拷ＡЧ芤粋?cè)的支撐面5-4材料為有機(jī)材料、陶瓷材料或者金屬材料；當(dāng)支撐面5-4材料為金屬材料時，連接金屬材料的支撐臂5-3或連接件5-3'必須為有機(jī)材料或陶瓷材料。該支撐物5處于集熱管的金屬管I和玻璃管6之間起到支撐作用，該支撐物具有較高的力學(xué)性能，較低的熱傳導(dǎo)性能，較強(qiáng)的耐熱性能。緩解集熱管因重力作用的彎曲程度，降低集熱管的金屬-玻璃封接端頭的受力集中，避免金屬-玻璃封接端頭的失效，延長中高溫集熱管使用壽命，通過漏氣率檢測，推算其使用壽命可達(dá)25年以上，相比原來的3-5年使用壽命而言，集熱管壽命得到大幅提升。


圖I中高溫集熱管受力彎曲示意2中高溫及熱管的內(nèi)外管之間防止支撐物結(jié)構(gòu)示意3支撐物機(jī)構(gòu)示意圖序號名稱I-金屬管，2-外膨脹節(jié)，3-金屬-玻璃封接部位，4-玻璃管，5-支撐物；5_2—內(nèi)環(huán)，5-3支撐臂，5-3—連接件，5-4-支撐面，5-5-緊固螺釘。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的支撐物5處于金屬管I和玻璃管4之間起到支撐作用，其結(jié)構(gòu)示意圖如附圖2所示，可以緩解集熱管的彎曲程度，降低集熱管的金屬-玻璃封接端頭的受力集中問題，避免金屬-玻璃封接端頭的失效，延長中高溫集熱管壽命。其結(jié)構(gòu)特征見附圖3所示包括內(nèi)環(huán)5-2、支撐臂5-3或連接件5-3'、支撐面5-4、緊固螺釘5_5。內(nèi)環(huán)5_2套在集熱管的金屬管(I)上，旋轉(zhuǎn)內(nèi)環(huán)5-2上的緊固螺釘5-5，將支撐物5固定在金屬管I的相應(yīng)位置上，支撐面5-4通過支撐臂5-3或連接件5-3'連接內(nèi)環(huán)5-2。支撐物5的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，支撐面5-4可以由3-6個弧形所組成，屬于小面積支撐，或者采用I個封閉的環(huán)形組成，屬于環(huán)形面支撐，弧形支撐可以降低向玻璃管的熱量傳遞，減少熱量損失，但是支撐面上會產(chǎn)生應(yīng)力集中情況，環(huán)形面支撐剛好相反，因此兩種結(jié)構(gòu)各有利弊。支撐物5布置在集熱管的內(nèi)外管之間的間距優(yōu)選為O. 8-1. 5米。本發(fā)明的支撐物5材質(zhì)特征在于可以是陶瓷材料或有機(jī)材料的單一材料，亦可是金屬材料與陶瓷材料或有機(jī)材料的復(fù)合，亦可是金屬材料、陶瓷材料、有機(jī)材料三者的復(fù)合。在支撐物5材料組合關(guān)系特征在于接近金屬管一側(cè) 的內(nèi)環(huán)5-2材料要求能夠耐受150-450°C，甚至更高溫度。靠近玻璃管一側(cè)的支撐面5-4材料有機(jī)材料、陶瓷材料，甚至金屬材料，連接金屬材料的支撐臂5-3或連接件5-3'必須為低導(dǎo)熱系數(shù)的有機(jī)材料或陶瓷材料，有效隔絕熱量向支撐面?zhèn)鬟f，降低支撐物的熱傳遞對玻璃管熱沖擊作用。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)外管結(jié)構(gòu)的直通式中高溫集熱管用支撐物，其特征在于所述支撐物包括內(nèi)環(huán)(5-2 )、支撐臂(5-3 )或連接件(5-33、支撐面(5-4 )和緊固螺釘(5_5 );內(nèi)環(huán)(5_2 )套在金屬內(nèi)管(I)外。
內(nèi)環(huán)(5-2)上設(shè)有用于將所述支撐物緊固螺釘(5-5)固定其在金屬內(nèi)管(I)的相應(yīng)位置上，支撐面(5-4)通過支撐臂(5-3)或連接件(5-33連接在內(nèi)環(huán)(5-2)外徑上；所述支撐物(5)結(jié)構(gòu)上的支撐面(5-4)為3-6個弧形，或者為I個封閉的環(huán)形。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述支撐物，其特征在于支撐物(5)在金屬內(nèi)管(I)上的布置間距為 O. 8-1. 5 米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述支撐物，其特征在于所述支撐物(5)材質(zhì)特征在于接近金屬管一側(cè)的內(nèi)環(huán)(5-2)材料要求能夠耐受150-450°C?？拷ＡЧ芤粋?cè)的支撐面(5_4)材料為有機(jī)材料、陶瓷材料或者金屬材料；當(dāng)支撐面(5-4)材料為金屬材料時，連接金屬材料的支撐臂(5-3)或連接件(5-3')必須為有機(jī)材料或陶瓷材料，達(dá)到熱量絕緣作用。
全文摘要
一種用于內(nèi)外管結(jié)構(gòu)的直通式中高溫集熱管的支撐物屬于光熱利用領(lǐng)域。該支撐物處于集熱管內(nèi)管和外管之間起支撐作用。其適合內(nèi)管為金屬管、外管為玻璃管的集熱管，端頭采用金屬-玻璃封接，內(nèi)外管之間形成真空的，且內(nèi)管介質(zhì)溫度達(dá)150℃以上的，支撐物包括內(nèi)環(huán)、支撐臂或連接件、支撐面、緊固螺釘。內(nèi)環(huán)與集熱管的金屬內(nèi)管外經(jīng)相近，可套在金屬內(nèi)管上，旋轉(zhuǎn)內(nèi)環(huán)上緊固螺釘將其固定在金屬內(nèi)管的相應(yīng)位置上，支撐面通過支撐臂或連接件連接內(nèi)環(huán)。該支撐物具有較高的力學(xué)性能，較低的熱傳導(dǎo)性能，較強(qiáng)的耐熱性能，可緩解集熱管因重力作用的彎曲程度，降低集熱管的金屬-玻璃封接端頭受力集中，避免金屬-玻璃封接端頭失效，延長中高溫集熱管壽命。
文檔編號F24J2/46GK102878709SQ201210328320
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者田英良, 邵艷麗, 孫詩兵, 張靜 申請人:北京工業(yè)大學(xué)