专利名称：单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及槽式太阳能集热管，尤其涉及一种单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能
集热管模块。
背景技术：
国外利用太阳能产生中高温蒸汽大多是使用直通集热管，该集热管的工作过程是 液体由集热管的一端流向另一端，集热管吸收阳光加热工质，最终在出口产生蒸汽。但是该 系统存在以下问题(1)玻璃与钢的焊接工艺尚不成熟，发电用的直通管针对高温条件对封 口的要求较高，工艺复杂，成品率低，造成价格高昂；(2)为了解决钢和玻璃膨胀系数不同 的问题需在两端加波纹管，结构复杂，在受力不均的情况下容易产生扭矩，造成两端封口产 生较大应力。传统的U型管目前也有应用，但是也存在着大量的问题(l)由于真空玻璃管 的内径固定，所以传统的U型管的每根金属管的外径不能超过真空管的一半，一般管径较 小，流动阻力大；(2)由于管径较小，延伸距离较长，容易形成刚度不够，末端搭靠在真空玻 璃管上造成真空玻璃管破裂；(3)管口不容易密封。传统的同轴套管U型集热管在现场使 用的过程中也出现了安装困难，集热管位置安装精度较差，效率不够高等诸多的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可靠性高、结构简单、造价便宜，
安装方便且精度高，便于大面积推广的单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管模块。 单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管模块包括第一法兰、蒸汽总管、蒸汽出
口管、第二法兰、第三法兰、环形封堵、套管外管、真空抽气口、合金密封盖、第一隔热支撑
件、U型玻璃管、套管内管、金属支撑件、第二隔热支撑件、封堵、第四法兰、冷凝水总管、冷凝
水入口管，套管内管的一端通过冷凝水入口管与冷凝水总管相连接，冷凝水总管的一端与
第三法兰相连接，另一端与第四法兰相连接，套管外管套在套管内管外面，套管内管的另一
端与套管外管相通，套管外管的一端通过环形封堵与套管内管的相连接，另一端用封堵封
住，套管外管与套管内管的连接端与蒸汽出口管的一端相连接，蒸汽出口管的另一端与蒸
汽总管相连接，蒸汽总管的一端与第一法兰相连接，另一端与第二法兰相连接，U型玻璃管
套在套管外管外面，并通过合金密封盖与套管外管密封连接，U型玻璃管的两端通过第一
隔热支撑件和第二隔热支撑件固定在套管外管上，合金密封盖上设有真空抽气口用于抽真空。 所述的套管内管与套管外管是同轴布置，套管外管端部与套管内管之间设有金属 支撑件，套管外管与U型玻璃管的位置同轴布置，套管外管与U型玻璃管之间设有支撑件。
本发明在采用了同轴套管作为集热管主体，在外管外壁涂太阳光吸收涂层，这样 允许的最大聚焦光带就为外管的直径处的截面，避免了因为严格控制聚焦光带而带来的聚 焦系统成本的大幅增加，降低了整个系统的成本。同轴套管结构内外两个通道的截面积与 传统的U型管相比大一倍，同时改善了流场的均匀性，大大减少了流动阻力，提高了传热效率，同时也方便槽式抛物面反射镜聚焦的太阳光带完全落在集热管上。另外，在套管外管 外面采用了单层玻璃管并抽成真空，这样减少了传统同轴套管加真空玻璃管结构的玻璃层 数，既减少了重量也增加太阳光的透射率，同时抽成真空也减少了对流损失。同时这种保留 了传统同轴套管结构的优点，采用两根标准尺寸钢管，原材料比较容易购买，加工方便，成 本也比较低。本发明在设计上采用了模块化思想，将蒸汽总管和冷凝水总管也集成在一起 设计成一个集热管模块，方便了现场安装，同时也使得现场安装的时候能够准确地使聚光 带落在集热管上，大大减少了安装工程量和安装成本成本，为太阳能中高温热利用的规模 化提供了可能性。
图1是本发明单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管模块结构的主视示意图；
图2是本发明单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管结构模块的俯视图；
图3是本发明单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管结构模块的左视图；
图4是本发明单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管模块金属支撑件的视图。
图中第一法兰1、蒸汽总管2、蒸汽出口管3、第二法兰4、第三法兰5、环形堵头6、 套管外管7、真空抽气口 8、合金密封盖9、第一隔热支撑件10、U型玻璃管11、套管内管12、 金属支撑件13、第二隔热支撑件14、封堵15、第四法兰16、冷凝水总管17、冷凝水入口管 18。
具体实施例方式
如图1、2、3、4所示，单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管模块包括第一法兰 1、蒸汽总管2、蒸汽出口管3、第二法兰4、第三法兰5、环形封堵6、套管外管7、真空抽气口 8、合金密封盖9、第一隔热支撑件10、U型玻璃管11、套管内管12、金属支撑件13、第二隔热 支撑件14、封堵15、第四法兰16相连接、冷凝水总管17、冷凝水入口管18，套管内管12的 一端通过冷凝水入口管18与冷凝水总管17相连接，冷凝水总管17的一端与第三法兰5相 连接，另一端与第四法兰16相连接，套管外管7套在套管内管12外面，套管内管12的另一 端与套管外管7相通，套管外管7的一端通过环形封堵6与套管内管12的相连接6，另一 端用封堵15封住，套管外管7与套管内管12的连接端与蒸汽出口管3的一端相连接，蒸汽 出口管3的另一端与蒸汽总管2相连接，蒸汽总管2的一端与第一法兰1相连接，另一端与 第二法兰4相连接，U型玻璃管11套在套管外管7外面，并通过合金密封盖9与套管外管7 密封连接，U型玻璃管11的两端通过第一隔热支撑件10和第二隔热支撑件14固定在套管 外管7上，合金密封盖9上设有真空抽气口 8用于抽真空。 所述的套管内管12与套管外管7是同轴布置，套管外管7端部与套管内管12之 间设有金属支撑件13，套管外管7与U型玻璃管9的位置同轴布置。 本发明是使用了同轴套管这种结构来改善太阳能集热管内流体的流场分布、提高 太阳能集热管的集热效率以及降低太阳能集热系统的成本，同时将部分蒸汽管、冷凝水管 与集热管设计成了一个整体，即方便了安装，也提高了安装的精度。集热管外部采用了单层 U型玻璃管，在管口位置用合金与玻璃管焊接在一起并密封抽真空，与传统的套管U型集热 管比减轻了重量，增加了玻璃管与集热管间的真空度，减少了玻璃层数，提高了光热转换效率。同时在集热管和玻璃管之间用隔热支撑件支撑隔开，曾加了集热管的可靠性。同轴套管 的内管一般作为低温流体的进入管，套管外管一般作为高温流体的流出管，另外，套管外管 的外壁涂有太阳能吸收涂层用于吸收太阳光产生热量并传热到管内的工质。整个单层玻璃 管同轴套管式槽式太阳能集热管在工作的时候管内的工质的流动方向如下低温工质经过 法兰由外部连接的系统经冷凝水管和冷凝水入口流入套管内管的一端，再流经整个内管由 另外一端流出，经过外管套管末端的封堵变向，绕过内管壁进入套管外管，外管壁吸收太阳 能的辐射能转变为热量，经过管壁的热传导到套管外管内的工质，加热管内工质变为蒸汽， 最后由蒸汽出口管，蒸汽总管和法兰流出。 整个集热管主要包含集热和传热两个模块，集热模块主要由单层U型玻璃管、合 金密封盖、隔热支撑件组成。传热模块主要由套管外管、套管内管、蒸汽出口管，蒸汽总管， 冷凝水入口管，冷凝水总管，法兰组成。套管内管深入到套管外管内部的深度必须要有一定 尺寸，以留有足够的空间能够使工质流体能够顺利通过而不影响流动。 本发明单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管模块的使用主要是和回路型重 力热管结合使用构成热管的蒸发段的一段，使用的时候蒸汽总管的高度要始终高于套管， 以免产生气阻现象。 本发明单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管模块内部的主要传热过程如下 太阳能透过单层U型玻璃管， 一小部分被玻璃折射和吸收损失掉，大部分照射到套管外管 外壁的涂层上转化为热量，这部分热量一部分经过辐射换热散失到环境中，另一部分经套 管外管的热传导传递到套管外管的内壁上，再经过对流换热和辐射换热传递到工质流体 中，工质流体得到的热量一部分经过相变换热传递到蒸汽中，蒸汽在压力的推动下流过蒸 汽出口管和蒸汽总管，将热量带走，另外一部分经过与套管内管外壁的对流换热和辐射换
热传递到内管外壁上，再经过热传导传递到套管内管内壁上，再经过对流换热和辐射换热 传递到内管的工质流体中。
权利要求
一种单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管模块，其特征在于包括第一法兰(1)、蒸汽总管(2)、蒸汽出口管(3)、第二法兰(4)、第三法兰(5)、环形封堵(6)、套管外管(7)、排气口(8)、合金密封盖(9)、第一隔热支撑件(10)、U型玻璃管(11)、套管内管(12)、金属支撑件(13)、第二隔热支撑件(14)、封堵(15)、第四法兰(16)、冷凝水总管(17)、冷凝水入口管(18)；套管内管(12)的一端通过冷凝水入口管(18)与冷凝水总管(17)相连接，冷凝水总管(17)的一端与第三法兰(5)相连接，冷凝水总管(17)的另一端与第四法兰(16)相连接，套管外管(7)套在套管内管(12)外面，套管内管(12)的另一端与套管外管(7)相通，套管外管(7)的一端通过环形封堵(6)与套管内管(12)的相连接(6)，套管外管(7)的另一端用封堵(15)封住，套管外管(7)与套管内管(12)的连接端与蒸汽出口管(3)的一端相连接，蒸汽出口管(3)的另一端与蒸汽总管(2)相连接，蒸汽总管(2)的一端与第一法兰(1)相连接，蒸汽总管(2)的另一端与第二法兰(4)相连接，U型玻璃管(11)套在套管外管(7)外面，并通过合金密封盖(9)与套管外管(7)密封连接，U型玻璃管(11)的两端通过第一隔热支撑件(10)和第二隔热支撑件(14)固定在套管外管(7)上，合金密封盖(9)上设有真空抽气口(8)。
2. 根据权利要求1所述的一种单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管模块，其特征在于所述的套管内管(12)与套管外管(7)是同轴布置，套管外管(7)端部与套管内管(12)之间设有金属支撑件(13)，套管外管(7)与U型玻璃管(9)的位置同轴布置，套管外管(7)与U型玻璃管(9)之间设有第一隔热支撑件(10)和第二隔热支撑件(14)。
3. 根据权利要求1所述的一种单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管模块，其特征在于所述的合金密封盖(9)与U型玻璃管(11)采用熔焊工艺密封，通过真空抽气口 (8)抽成真空。
全文摘要
本发明公开了一种单层玻璃管同轴套管式槽式太阳能集热管模块。套管内管的一端通过冷凝水入口管与冷凝水总管相连接，冷凝水总管的两端设有法兰，套管外管套在套管内管外面，套管内管的另一端与套管外管相通，套管外管与套管内管的连接端与蒸汽出口管的一端相连接，蒸汽出口管的另一端与蒸汽总管相连接，蒸汽总管的两端设有法兰，U型玻璃管套在套管外管外面，并通过特殊合金密封盖与套管外管密封连接，U型玻璃管的两端通过两个隔热支撑件固定在套管外管上。本发明将所吸收的热能高效传递到需要利用热能的设备中，整个集热管效率高、结构简单、模块化设计、安装方便定位精度高、生产成本低、能够大面积使用，为太阳能中高温利用的普及提供可能性。
文档编号F24J2/24GK101706094SQ20091015461
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者俞自涛, 倪煜, 樊建人, 洪荣华, 王武军, 胡亚才 申请人:浙江大学