專利名稱：一種太陽能吸熱管及制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能熱利用技術領域，具體來說是一種太陽能吸熱管結構及其制造方法。
背景技術：
作為一種潔凈、環(huán)保的能源，長期以來人們一直致力于對太陽能的開發(fā)和利用。特別是近年來，由于油價的不斷攀升和對減少碳排放的要求，各國更加努力地開展了太陽能利用方面的研究，在光熱利用的推廣中對太陽能吸熱管的生產(chǎn)效率、安裝的方便性、運行的可靠性和降低成本提出了更高的要求。
近年來， 一些特定環(huán)境中使用太陽能吸熱管技術獲得了發(fā)展。圖1示意了一種主要在大氣環(huán)境中使用的吸熱管裝置。吸收管裝置主要包括
玻璃板101、導熱管103和復合拋物面聚焦鏡面105。如圖1所示，太陽光從玻璃板101入射，大部分直接射入導熱管103,部分未入射導熱管102的太陽光經(jīng)過復合拋物面聚焦鏡面105再次反射至吸導熱管內(nèi)。所述導熱管一般在空氣環(huán)境中使用。導熱管上方的復合拋物面背后有隔熱層。吸熱管周圍空氣被限定在一定范圍內(nèi)流動，減少熱量散失。在大面積使用過程中， 一般反射系統(tǒng)光線聚焦于一條較長的焦線上，在吸熱管上一般采用真空鍍膜方法涂鍍高吸收低發(fā)射涂層。由于鍍膜設備尺寸的限制，焦線上的吸熱管通常為若干根有涂層吸熱管連接而成，連接方式為在安裝現(xiàn)場焊接或法蘭連接，由于施工條件限制，連接質量控制較難，成本高。吸熱管自常溫至正常工作溫度一般有300 400。C的溫差，由于熱脹冷縮的原因，吸熱管長度會有較大變化，所以吸熱管裝置必須設有長度補償機構。
圖2示意了一種真空下使用的一種采用局部補償?shù)膭傂晕鼰峁?。如圖2所示，吸熱管裝置包括外層玻璃管201、帶有吸收涂層的內(nèi)層無縫導熱鋼管203和內(nèi)外層尺寸補償用途金屬波紋管205。無縫導熱鋼管203和玻璃管201之間維持真空狀態(tài)。內(nèi)部導熱管在裝置端頭設置冷熱尺寸補償?shù)南到y(tǒng)，消除工作時內(nèi)導熱管的熱脹冷縮對真空封接的影響。每套
裝置一般為4米左右固定長度，使用時通常多個串接，固定于焦線上。
該裝置成本很高，大面積廣泛推廣中受到一定制約，同時大量的玻璃金屬真空封接和過多的現(xiàn)場焊接的管路連接點也給制造成本和運行可靠性帶來不利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決太陽能吸熱管制造成本高、安裝復雜的問題，以及利用金屬玻璃封接結構成本高、制造工藝復雜、擴展性差的缺陷。
為此，本發(fā)明在第一方面提出一種新型的太陽能吸熱管。該太陽能吸熱管包括外層玻璃管、柔性導熱管及定位裝置，其中柔性導熱管從玻璃管內(nèi)部平行于玻璃管軸線穿過，并由定位裝置固定。
柔性導熱管可以采用柔性波紋管結構或是由若干根柔性波紋管連接成的結構，也可以采用柔性波紋伸縮節(jié)和波紋換熱管或剛性直管的連接結構。
為增加導熱管的吸熱效率，可以在導熱管外表面鍍增強太陽光吸收的高吸收低發(fā)射特性膜。
為減少未直接入射到導熱管的太陽光損失，可以在玻璃管內(nèi)部安裝反射鏡。
由于柔性導熱管固定安裝在玻璃管內(nèi)，在縱向可能發(fā)生彎曲變形，因此可以在外層玻璃管和柔性導熱管之間安裝支撐架減少導熱管的彎曲變形。
定位裝置可以將柔性導熱管固定在預拉伸狀態(tài)下。預拉伸量優(yōu)選大于或等于溫差引起的柔性導熱管熱脹冷縮的長度變化量。
整個吸熱管內(nèi)部可以處于真空或非真空狀態(tài)下。在非真空狀態(tài)下時，需要在反射鏡面與玻璃管之間填充高性能絕熱材料，減少熱量損失。在真空狀態(tài)下時，外層玻璃管與導熱管之間的空間連接真空抽氣裝置。
本發(fā)明的第二方面包括太陽能吸熱管的制造方法。該方法的步驟包
括將柔性導熱管盤鍍或折疊鍍；將柔性導熱管以平行于玻璃管軸線的方式從玻璃管內(nèi)部穿過；利用固定裝置將柔性導熱管預拉伸后固定。本發(fā)明的結構和方法和已有的太陽能吸熱管結構及制造安裝方法相比較具有以下優(yōu)點
(1)由于采用了柔性導熱管，本發(fā)明的太陽能吸熱管吸熱效率高；(2)由于本發(fā)明中釆用了柔性導熱管結構，厚壁，熱阻小，從而減少了導熱管熱脹冷縮的影響，運行穩(wěn)定可靠；(3)本發(fā)明結構和制造方法簡單，成本造價低廉，安裝和雄修異常方便，適合大規(guī)模推廣應用；(4)本發(fā)明中采用的波紋軟管結構增強了導熱介質的換熱效果，傳熱更快，同時兩端貫通式結構杜絕了盲管中存在的混流現(xiàn)象。


下面將參照附圖對本發(fā)明的具體實施方案進行更詳細的說明，附圖
中
圖1是現(xiàn)有技術的一種吸熱管裝置示意圖2是現(xiàn)有技術的一種釆用玻璃金屬真空封接方式的剛性吸熱管示意圖3是本發(fā)明第一實施例的吸熱管的結構圖；圖4是本發(fā)明第二實施例的吸熱管結構示意圖；圖5是本發(fā)明第三實施例的吸熱管的結構示意圖；圖6是柔性波紋伸縮節(jié)與直金屬管連接結構的儲存與運輸方式；圖7是整根柔性波紋管對應的真空鍍膜方式；圖8為柔性波紋伸縮節(jié)與剛性直管連接結構對應的真空鍍膜方式；圖9是整根柔性波紋管的一種安裝方式；圖IO是本發(fā)明采用復合拋物面反射鏡的吸熱管截面圖；圖11是未設置復合拋物面聚焦鏡面裝置的太陽能吸熱管裝置的剖面示意圖12是設有反射涂層的太陽能吸熱管裝置的剖面示意圖；圖13是本發(fā)明的采用動態(tài)真空方式的太陽能吸熱管示意圖；圖14是本發(fā)明太陽能吸熱管非真空整體內(nèi)部裝置的示意圖；圖15是吸熱管連接局部放大圖；圖16是反射鏡后部填充絕熱材料的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明進行具體說明。圖3是本發(fā)明第一實施例的吸熱管的結構示意圖。如圖3所示，吸熱管包括玻璃管301和位于玻璃管301內(nèi)的柔性導熱管309。玻璃管為直線型，可為一根或多根串接。
柔性導熱管309具有熱吸收鍍層，平行于玻璃管軸線布置。柔性導熱管309在玻璃管301外時可彎曲或分^a折曲，送入玻璃管301內(nèi)后呈直線安放，兩端貫通，具有整體內(nèi)補償功能，即具有熱脹冷縮的長度補償。
柔性導熱管309可采用整根柔性波紋管，也可以采用多根柔性波紋管通過例如焊接方式連接而成。柔性波紋管是指常規(guī)的波紋管。柔性波紋管也可串接至少 一 根剛性直管和/或波紋換熱管。
采用上述結構的柔性導熱管與常規(guī)剛性金屬管相比，壁厚顯著減小，熱阻降低，材料成本也有大幅下降。
本發(fā)明所采用的波紋軟管結構有助于增強導熱介質的換熱效果，傳熱更快。
為增加導熱管的吸熱效率，可以在導熱管309外表面鍍增強太陽光吸收的高吸收低發(fā)射特性膜。
定位裝置307用于固定導熱管309。在一個例子中，定位裝置307是拉緊裝置，它在外層玻璃管兩端頭作用于導熱管309,使其處在預拉伸狀態(tài)下。預拉伸量在常溫狀態(tài)大于或等于溫差引起導熱管熱脹冷縮的變化量，并且需要考慮在工作壓力下造成的導熱管伸長量變化的影響，這樣使導熱管的熱脹冷縮效應得到補償，從而保證導熱管兩端出口在軸向上尺寸始終不變，易于系統(tǒng)密封和連接。在本例中，由玻璃管301為導熱管309的拉伸提供反作用力；但是，普通技術人員理解，也可以釆用其它的外部結構實現(xiàn)這一功能。
可在玻璃管301內(nèi)部背離光入射的部位固定安裝反射鏡305，增加導熱管對太陽光的吸收。反射鏡305可為拋物4t面、復合拋物面或圓弧形截面。此反射鏡結構可以將部分未直接射到導熱管上的光線再次反射至導熱管上，從而降低對系統(tǒng)跟蹤精度的要求，也可以減少導熱管的熱輻射損失。其進一步的結構和細節(jié)將在下文描述。
為方便固定裝置307將波紋軟管拉伸固定在玻璃管301內(nèi)部，波紋軟管的兩頭焊接了金屬管303。
由于柔性導熱管309固定安裝在玻璃管301內(nèi)，在縱向可能發(fā)生彎
7曲變性，因此可以在外層玻璃管301和柔性導熱管309之間可以安裝支撐架311減少導熱管309的彎曲變形。采用拉伸支撐后的波紋軟管結構可以在長度上不受限制，通?？纱笥诶缌?。
由于采用了柔性導熱管結構，增加了導熱管的可彎曲性，使運輸更為便捷方便。此外，柔性導熱管可靠性更強，接頭少，不易漏氣，維護方便。更為重要的是，柔性導熱管傳熱快，采用貫通方式，克服了盲管中存在的混流現(xiàn)象。
圖4是本發(fā)明第二實施例的吸熱管結構示意圖。圖4不同于圖3的地方在于導熱管309替換為波紋(或波節(jié))換熱管408和柔性波紋伸縮節(jié)409的連接結構。柔性波紋伸縮節(jié)409是指一段柔性波紋管。雖然圖中顯示了兩根波紋(或波節(jié))換熱管408和一根柔性波紋伸縮節(jié)409,但是，波紋(或波節(jié))換熱管408和柔性波紋伸縮節(jié)409的數(shù)量是可變的。
波紋換熱管408與柔性波紋伸縮節(jié)409通過例如焊接連接。補償波紋換熱管有良好抗熱脹冷縮性能。
圖5是本發(fā)明第三實施例的吸熱管的結構示意圖。圖5不同于圖3的地方在于導熱管309替換為柔性波紋伸縮節(jié)509與剛性直金屬管503的結構。該柔性波紋伸縮節(jié)509與直金屬管503通過例如焊接連接。
需要理解的是，柔性導熱管還可以采用其它的組合形式，比如由柔性波紋管和柔性波紋伸縮節(jié)通過例如焊接而構成的結構。
如前文所述，柔性導熱管可以在安裝使用現(xiàn)場外的車間進行標準化的大長度尺寸規(guī)模的制造，包括焊接、熱處理、檢漏、鍍膜等工序。其結構帶來的主要特點為可以制作的很長， 一般大于等于例如六米，且柔性導熱管外層鍍膜方便，可以整體盤鍍、折疊鍍；安裝方便，將柔性導熱管安裝入玻璃管拉緊即可；柔性導熱管運輸方便，成盤運輸，放入管內(nèi)整體運輸；柔性導熱管可靠，接頭少，不易漏氣；柔性導熱管維護方便，可簡單抽出維修，再安裝；柔性導熱管傳熱快，貫通方式,無混流現(xiàn)象。下文將詳細描述柔性導熱管的儲存、運輸和安裝。
圖6是柔性波纟丈伸縮節(jié)與直金屬管連接結構的儲存與運輸方式。如圖6所示，可以將柔性波紋伸縮節(jié)609彎曲或折疊，使得原本很長的柔性波紋伸縮節(jié)609和直金屬管603的組合壓縮在較小的空間。使用折疊方式可以很方便對柔性導熱管完成儲存和運輸。
8圖7是柔性波紋管對應的真空鍍膜方式。如圖7所示，柔性波紋管 709螺旋盤繞在真空鍍膜機719內(nèi)，并且在螺旋內(nèi)外布置濺射靶712， 螺旋盤繞的柔性導熱管整體旋轉以便對柔性波紋管709進行鍍膜。由此， 柔性波紋管可以很方便地在真空鍍膜機內(nèi)完成大面積鍍膜，生產(chǎn)成本 低。
圖8為柔性波紋伸縮節(jié)與剛性直管連接結構對應的真空鍍膜方式。 如圖8所示，將柔性波紋伸縮節(jié)809和剛性直管803的連接結構按圖6 方式彎曲，排列在真空鍍膜機819內(nèi)，繞成一個圓柱面，圓柱面內(nèi)、外 都安放、減射耙821,圓柱面形式的柔性導管整體旋轉，以便對柔性波紋 伸縮節(jié)809和剛性直管803的連接結構鍍膜。
圖9是整根柔性波紋管的一種安裝方式。如圖9所示，電纜式巻軸 919中纏繞著柔性波紋管909。從電纜式巻軸919中將柔性波紋管卯9 往外層玻璃管901內(nèi)送，即可完成安裝。
如前文所述，為降低對跟蹤控制精度要求，增加整個吸熱管對太陽 能熱量的利用率，本發(fā)明可以在玻璃管內(nèi)部固定安裝反射鏡。圖10-12 分別示意了有關情況。
圖10是配有復合拋物面聚焦鏡面裝置的太陽能吸熱管裝置的剖面 示意圖。如圖IO所示，外層玻璃管IOOI和內(nèi)層柔性導熱管1003之間 有一個復合拋物面聚焦鏡面裝置1005。內(nèi)層柔性導熱管1003外表面鍍 有強力吸收太陽光的高吸收率低發(fā)射率薄膜。復合拋物面聚焦鏡面鍍有 純銀或高反鋁等材料，以便提高再次反射的反射率，同時該結構還可以 減少導熱管的熱輻射損失。
當外層玻璃管IOOI與內(nèi)層柔性導熱管1003之間的空間為非真空工 作狀態(tài)時，可在復合拋物面聚焦裝置1005與外層玻璃管之間填充高性 能絕熱材料，以便使復合拋物面聚焦裝置1005和柔性導熱管1003之間 局部聚集的熱量與玻璃隔離開。圖16是反射鏡內(nèi)部填充絕熱材料的示 意圖。大部分從太陽能反射裝置(未圖示)入射來的太陽光都能聚集在 內(nèi)層柔性導熱管1003上且被其吸收，部分未入射到內(nèi)層柔性導熱管 1003內(nèi)的太陽光經(jīng)過復合拋物面聚焦鏡面裝置再次反射，然后入射到柔 性導熱管1003內(nèi)，所有吸收的太陽熱能都被導熱管1003內(nèi)流動的導熱 介質源源不斷導出管外。
圖11是未設置復合拋物面聚焦鏡面裝置的太陽能吸熱管裝置的剖面示意圖。不同于圖IO的地方在于，圖11沒有設置復合拋物面聚焦裝置。
圖12是設有反射涂層的太陽能吸熱管裝置的剖面示意圖。不同于 圖11的地方在于，圖12在外層玻璃管1201的內(nèi)壁設有反射涂層1223, 可以將部分未能照射到內(nèi)層柔性導熱管1203的太陽反射光經(jīng)反射涂層 1223反射向內(nèi)層柔性金屬管1203,并具備減少熱輻射損失的功能。
圖13是本發(fā)明的采用動態(tài)真空工作方式的太陽能吸熱管示意圖。 如圖5所示，多個外層玻璃管1301通過封閉連接裝置1307和1329連 接在一起，并且保持真空不漏氣連接。外層玻璃管1301的端頭通過1307 與內(nèi)層柔性管1309和金屬管1303的連接結構連接。內(nèi)層柔性管1309 在管兩端拉緊裝置1307的作用下在工作狀態(tài)時始終保持受拉力彈性伸 長的狀態(tài)，且拉伸量大于或等于溫差引起金屬管熱脹冷縮的變化量，即 當柔性導熱管1309受熱狀態(tài)時受到的熱脹長度變化小于其受兩端拉緊 裝置1307的拉力作用下的預變化量。
在外層玻璃管1301端頭下方設置動態(tài)抽真空接口 1315,以便通過 抽真空裝置保持內(nèi)層導熱管1309與外層玻璃管1301之間空間的動態(tài)真 空狀態(tài)。其中，動態(tài)真空所需的真空度保持在例如1000帕以下，最佳 在10帕以下。動態(tài)真空有助于阻隔傳導和對流，從而提高吸熱效率。
在工作期間，抽真空裝置連續(xù)或斷續(xù)抽氣，以保持該空間的真空度 在1000 Pa以下，優(yōu)選在10Pa以下，減少對流及傳導熱損失，同時大 幅降低氧氣濃度，減少高溫氧化影響，在大氣系統(tǒng)中，多根吸熱管可以 共用一套真空抽氣裝置可保護吸熱管及其表面的吸收鍍層延緩其性能
衰退，延長使用壽命。
采用復合拋物面聚焦裝置1305可以進一步提高吸熱效率。 在外層玻璃管1301和柔性導熱管1309之間可以安裝支撐架1311， 以減少導熱管1309的彎曲變形。
圖14是本發(fā)明太陽能吸熱管非真空整體內(nèi)部裝置的示意圖。如圖 14所示，多個外層玻璃管1401通過固定裝置1405連接。外層玻璃管 1401的端頭與內(nèi)層柔性金屬管1409和直金屬管1403的連接組合通過固 定裝置1405連接，內(nèi)層柔性管1409在管兩端拉緊裝置1407的作用下 在工作狀態(tài)時始終保持受拉力的狀態(tài)，且預拉伸量大于或等于導熱介質 溫差引起導熱管熱脹冷縮的變化量，即當柔性導熱管1409受熱狀態(tài)時受到的熱脹長度變化小于其受兩端拉緊裝置1407的拉力作用下的預拉 伸長度變化量。該裝置工作時處于非真空環(huán)境下，在復合拋物面聚光鏡 面1417內(nèi)填充良好絕熱材料，減少傳導損失。支撐架1411同樣起著減 少導熱管1409彎曲變形的作用。
本發(fā)明的太陽能吸熱管可以實現(xiàn)大范圍、大尺寸的安裝和連接。圖 15是外層玻璃管之間的連接局部放大圖，外層玻璃管之間通過密封結 構，比如密封件1527和月交圈1525,密封后即可以實現(xiàn)多才艮串"t妻，內(nèi)層 柔性導熱管加工成大長度尺寸的一根，由此可大大增加單條焦線的使用 長度。
顯而易見，在巧偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的前提下，在此描述 的本發(fā)明可以有許多變化。因此，所有對于本領域技術人員來說顯而易 見的改變，都應包括在本權利要求書所涵蓋的范圍之內(nèi)。本發(fā)明所要求 保護的范圍由所述的權利要求書進行限定。
權利要求
1、一種太陽能吸熱管，包括外層玻璃管，柔性導熱管及定位裝置，其特征在于，柔性導熱管從玻璃管內(nèi)部平行于玻璃管軸線穿過，并由定位裝置固定。
2、 根據(jù)權利要求1所述的太陽能吸熱管，其特征在于，柔性導熱管 包括柔性波紋管或柔性波紋伸縮節(jié)。
3、 根據(jù)權利要求2所述的太陽能吸熱管，其特征在于，柔性導熱管 還包括波紋換熱管或剛性直管，所述波紋換熱管或剛性直管與柔性波紋 管或柔性波紋伸縮節(jié)相連接。
4、 根據(jù)權利要求1、 2或3所述的太陽能導熱管，其特征在于柔性導 熱管外表面鍍有增強吸收太陽光的高吸收低發(fā)射特性膜。
5、 根據(jù)權利要求1所述的太陽能吸熱管，其特征在于包括固定安裝 在所述玻璃管和柔性導熱管之間的反射鏡。
6、 根據(jù)權利要求5所述的太陽能吸熱管，其特征在于，所述反射鏡 是由復合槽式拋物面組成的反射鏡面。
7、 根據(jù)權利要求5所述的太陽能吸熱管，其特征在于，所述反射鏡 由直接鍍在玻璃管內(nèi)壁的反射膜形成。
8、 根據(jù)權利要求1所述的太陽能吸熱管，其特征在于，外層玻璃管 和柔性導熱管之間安裝支撐架，以減少導熱管的彎曲變形。
9、 根據(jù)權利要求1所述的太陽能吸熱管，其特征在于，定位裝置將 柔性導熱管固定在預拉伸狀態(tài)下。
10、 根據(jù)權利要求9所述的太陽能吸熱管，其特征在于預拉伸量大 于或等于溫差引起柔性導熱管熱脹冷縮的變化量。
11、 根據(jù)權利要求1所述的太陽能吸熱管，其特征在于外層玻璃管 之間采用密封結構進行固定連接。
12、 根據(jù)權利要求5或6所述的太陽能導熱管，其特征在于，當吸 熱管內(nèi)部處于非真空中時，反射鏡面與外層玻璃管之間填充絕熱材料， 減少反射鏡面的熱量損失。
13、 根據(jù)權利要求1所述的太陽能吸熱管，其特征在于所述吸熱管 內(nèi)部處于真空狀態(tài)，且所述太陽能吸熱管包括連接在外層玻璃管與柔性導熱管之間的空間的真空抽氣裝置。
14、 根據(jù)權利要求13所述的太陽能吸熱管，其特征在于，多根吸熱 管連接后共用一套真空抽氣裝置。
15、 根據(jù)權利要求13所述的太陽能吸熱管，其特征在于，所述真空 抽氣裝置連續(xù)或斷續(xù)工作，保持空間壓強在1000Pa以下。
16、 一種太陽能吸熱管的制造方法，其特征在于，所述方法包括以 下步驟將柔性導熱管盤鍍或折疊鍍；將柔性導熱管以平行于玻璃管軸線的方式從玻璃管內(nèi)部穿過； 利用固定裝置將柔性導熱管預拉伸后固定。
17、 根據(jù)權利要求16所述的一種太陽能吸熱管的制造方法，其特征 在于，還包括將盤鍍或折疊鍍后的柔性導熱管成盤或折疊整體存儲或運 輸?shù)牟襟E。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能吸熱管及制造方法。太陽能吸熱管包括外層玻璃管，柔性導熱管及定位裝置，其中柔性導熱管從玻璃管內(nèi)部平行于玻璃管軸線穿過，并由定位裝置固定。本發(fā)明的結構和方法與已有的太陽能吸熱管技術相比較具有以下優(yōu)點吸熱效率高；導熱管熱脹冷縮的影響小，運行穩(wěn)定可靠；結構和制造方法簡單，成本造價低廉，安裝和維修異常方便，適合大規(guī)模推廣應用；導熱介質的換熱效果強，傳熱更快，杜絕了盲管中存在的混流現(xiàn)象。
文檔編號F24J2/04GK101464064SQ20081024742
公開日2009年6月24日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權日2008年12月31日
發(fā)明者陽 劉 申請人:陽 劉