可维护的低能耗热能传输管网及其安装方法与流程

本发明涉及太阳能光热发电系统技术领域，特别涉及一种可维护的低能耗热能传输管网。

背景技术：

美国能源部2005年题为“太阳能利用对于基础研究的需求”的报告，反映了参与美国能源部研讨会的200名代表美国和其他各国的学术界、国家实验室和行业科学家的集体共识。根据这项报告，现在全世界使用的能源约为4.1×1020焦耳/年，相当于峰值发电量为十三万亿瓦特(13TW＝13x1012W)的发电设施连续(运营系数为100％)发电一年所产生的能量。报告预测，到2050年，世界需要相当于20TW连续发电能力(相当于100TW的太阳能光伏或无储能的光热发电设备)的新添加能源。为了满足这一需求，该报告分析了所有现有的能源解决方案，其中包括碳中性能源-使用固碳技术的化石燃料及核能源，和可再生能源-水电、潮汐和海洋、地热、风能和太阳能，得出结论认为太阳能是唯一能够可持续性地提供这一需求的可行选择。太阳能热发电技术由于具有低成本储能的可能性，可平稳上网发电，且设备生产耗能少，可利用现有大部分能源设施，资源浪费少，是最可能大规模替代化石能源的新能源方案。

然而，太阳能光热发电的大规模应用有赖于进一步提高系统的光-热-电转换效率，从而实现发电成本与传统电网平价。为了更有效的利用太阳光能量，提高光热转换效率，必须尽可能的减小能量损失。

太阳能热发电技术中，通过管路保温有效地降低传热工质输运过程中的管网热损失非常重要，管路保温效果不佳将对光热发电系统效率造成致命后果。因此，太阳能光热发电系统的管路保温成为整个系统的关键，它直接影响光热电转化效率和发电成本的经济性。

现有的光热系统的保温管网通常由多个保温管通过串并联而成，且现有技术中常常是将一个个完整的保温管运至工作现场，然后再组装在一起。这样做使得施工周期加长，且在运输过程中存在较大的保温管破损的风险。且现有技术中的现场保温管的组装并不能使得接头处实现较好的保温效 果，且维护成本较高。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种能耗低、安装灵活、成本低的热能传输网络及其安装方法。

根据本发明的第一发明，提供了一种热能传输管网，所述热能传输管网包括多个真空保温管和用于连接所述真空保温管的连接结构，

所述真空保温管包括端盖、内管、外管、屏蔽层和抽真空装置，所述内管和外管的两端皆与端盖连接，所述抽真空装置可与所述内管和外管之间的空间连通并将该空间抽真空(使得真空度小于10^-3Pa)，所述内管和外管之间设有用于降低真空保温管内的辐射导热损失的一个或多个屏蔽层；

所述连接结构包括内管连接件、屏蔽层连接件和外管连接件，所述内管连接件、所述屏蔽层连接件和所述外管连接件分别用于连接数个真空保温管的内管、屏蔽层和外管；其中，

所述真空保温管和所述连接结构的各个部件可在运输至热能传输管网的应用现场后进行组装。

较佳地，所述内管和/或屏蔽层由两个或两个以上的管段通过波纹管膨胀节连接而成。

较佳地，所述屏蔽层为铝管或表面敷设铝膜的玻璃管/金属管。

较佳地，所述内管与所述屏蔽层之间，和/或所述相邻的屏蔽层之间，和/或所述屏蔽层与所述外管之间设有起支撑作用的支架；各个所述支架之间沿着所述真空保温管的轴向方向相互间隔、交错地布置。

较佳地，所述屏蔽层包括内屏蔽层和外屏蔽层，所述连接结构为三通管连接结构，所述三通管连接结构包括两个外管三通半圆件、两个外层镜面铝半圆屏蔽层、两个内层镜面铝半圆屏蔽层和一个内管三通管件；其中，

所述内管三通管件的端部分别与三个真空保温管的内管密封连接，所述外管三通半圆件、所述外层镜面铝半圆屏蔽层、所述内层镜面铝半圆屏蔽层分别与三个真空保温管的所述外管、外屏蔽层、内屏蔽层密封连接，且所述两个外管三通半圆件之间、所述两个外层镜面铝半圆屏蔽层之间、以及所述两个内层镜面铝半圆屏蔽层之间相互密封连接。

较佳地，所述抽真空装置包括玻璃管、玻璃二通阀、抽气口和安装口，其中所述抽真空装置通过所述安装口安装在所述外管上并与所述保温管内外管和内管之间的空间连通，所述抽真空装置能够通过抽气口可将所述空间抽成真空，且抽真空过程完成之后所述玻璃二通阀可被关闭以防止环境中气体进入所述空间。

较佳地，所述抽真空装置的所述玻璃管内填置有蒸散型和非蒸散型吸气剂以维持所述真空保温管内的真空度。

较佳地，所述内管和外管由金属管(例如不锈钢管)或玻璃管制成。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造并安装前述热能传输管网的方法，所述方法包括下列步骤：

(1)制造用于组装所述真空保温管和所述连接结构的构件；

(2)将所述构件运输至所述热能传输官网的应用现场；

(3)在现场组装所述真空保温管；

(4)通过所述连接结构将所述真空保温管连接。

本发明的低能耗热能传输管网所包括的保温管和连接结构皆可以在现场被安装或连接，也就是说，可以避免运输安装完整的保温管所承担的风险和包装成本，且现场安装增加了施工的灵活性，使得保温管的用量和连接形式都更加贴近用户的需求，从而缩短施工周期、降低物料损耗。

本发明的低能耗热能传输管网中的保温管和连接结构皆设有高反射的屏蔽层，可以大幅降低传输网络的导热系数，使其成为真正的低能耗热能传输管网。

附图说明

图1是根据本发明实施例的保温管的剖视结构示意图；

图2是图1中的保温管的抽真空装置的放大图；

图3是图1中的保温管的局部立体剖视示意图；

图4是根据本发明实施例的三通管段的局部立体剖视示意图；

图5a-5i是根据本发明实施例的保温管的安装过程的示意图；以及

图6a-6g是根据本发明实施例的三通管段的安装过程的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

图1示出了根据本发明实施例的真空保温管的剖视结构示意图。如图1所示，该保温管包括内管1、端盖2、外管3、外屏蔽层4、内屏蔽层5、波纹管膨胀节6和抽真空装置7。其中，内管通过可伐环与端盖2连接，且内管1可包括通过波纹管膨胀节6串联的多段管道组成，波纹管膨胀节6可用于缓解热应力造成的损伤，避免保温管长期热冲击条件下出现的变形或炸裂现象。内管1和外管3之间可形成密闭的真空空间。

保温管内设有具有高反射性的外屏蔽层4和内屏蔽层5，屏蔽层由玻璃管或不锈钢管制成且玻璃管或不锈钢管表面涂覆有高反射性的铝膜，或者屏蔽层直接由高性能铝管制成，用于大幅度降低真空保温管内的辐射导热损失。如图所示，在内管1和内屏蔽层5之间、内屏蔽层5和外屏蔽层4、外屏蔽层4和外管3之间分别设有用于支撑各个管状构件的第一支架8、第二支架9和第三支架10。值得注意的是，所述第一支架8、第二支架9和第三支架10相互之间位置相互交错地布置(以避免三个支架和内管、外管以及两个屏蔽层在保温管的径向方向相互紧挨)，从而减少导热损失。较佳地，所述各个支架可由不锈钢材料制作而成(保温管内部真空，各支架之间不会导热)。

在本实施例中，内管和外管皆为不锈钢管。实际上，内管和外管也可由玻璃或其他任何合适的金属材料制作而成。应理解，内管可根据实际需要而包括任何合适数量的管道段。在本实施例中，保温管包括两个屏蔽层，实际上保温管可根据实际需要而设置一个或两个以上的屏蔽层，且每个屏蔽层也可以根据需要由两个或两个以上的屏蔽段组成(同样可由波纹管膨胀节连接)

图2示出了图1中的保温管的抽真空装置的放大图。如图2所示，抽真空装置7的底部开口通过可伐管14与保温管的外管3相连并与保温管内部空间连通。所述抽真空装置包括玻璃管、玻璃二通阀12、抽气口13和吸气剂11。保温管内的气体从抽气口13处被抽出，使得保温管内部空间保持一定的真空度，从而降低气体导热损失。吸气剂11可使得保温管在更长的时间段内维持一定的真空度，从而进一步，提高保温管的绝热性能。

本发明的低能耗热能传输管网由多个上述保温管根据实际现场需要组合而 成。在某些情况下，三个保温管可通过三通管结构连接在一起。图4示出了根据本发明实施例的三通管段的局部立体剖视示意图。如图4所示，用于连接三个保温管的三通管段可由两个外管三通半圆件15、两个外层镜面铝半圆屏蔽层16、两个内层镜面铝半圆屏蔽层17和一个内管三通管件18组成。组装时，内管三通管件18的端部分别与三个保温管的内管密封连接；外管三通半圆件15、外层镜面铝半圆屏蔽层16、内层镜面铝半圆屏蔽层17分别与三个真空保温管的外管、外屏蔽层、内屏蔽层密封连接，且相同的半圆件之间相互密封连接。内管三通管件18和外管三通半圆件15可由玻璃管或金属管(例如不锈钢管)制成；所述密封连接可通过焊接或粘结等方式实现。

相比于现有技术，本发明的显著优势在于，本发明的低能耗热能传输管网可以在现场进行安装。用于组装保温管的各个组件以及用于形成三通管段的各个构件可在运至现场之后在现场进行安装。

图5a-5i是根据本发明实施例的保温管的安装过程的示意图，在图示的实施例中，内管1由第一段内管和第二段内管通过波纹管膨胀节连接而成。如图5a-5i所示，保温管的安装步骤包括：

(a)将第一段内管的一端与第一端盖固定连接(例如可通过焊接)；

(b)将第一支架套装在所述第一段内管上；

(c)将所述第一段内管的另一端与波纹管膨胀节的一端连接(可通过焊接)；

(d)将波纹管膨胀节的另一端与第二段内管的一侧连接，并在第二段内管上安装另一个第一支架；

(e)将内屏蔽层套装在内管外(由第一支架支撑)，并在内屏蔽层上套装相互间隔的数个第二支架，所述第二支架与第一支架沿保温管的轴向方向交错间隔地布置；

(f)将外屏蔽层套装在内屏蔽层外(由第二支架支撑)，并在外屏蔽层上套装相互间隔的数个第三支架，所述第三支架、第二支架和第一支架沿着保温管的轴向方向相互交错间隔地布置；

(g)将预装有抽真空装置的外管套装在外屏蔽层外(由第三支架支撑)，并将外管的一侧与所述第一端盖连接；

(h)将外管的另一侧与第二端盖的外可伐环连接(可通过焊接固定连 接)；

(i)将第二内管的另一侧与第二端盖的内可伐环连接(可通过焊接固定连接)。

对于安装好的保温管，可以通过抽气口进行抽真空，并激活吸气剂同时用于吸收气体，当检测到保温管内的真空度达到要求时，关闭抽气阀门，且可利用高火加热玻璃二通阀至其与玻璃管融为一体，则可使得保温管内外管和内管之间形成密闭的真空空间。

值得注意的是，第一支架、第二直接和第三支架的数量可根据实际需要(例如根据保温管的管长)而改变。此外，内管、内屏蔽层和外屏蔽层可由两个或两个以上的管段形成。

图6a-6g示出了三通管段与三个保温管连接和安装的过程示意图。如图所示，该过程包括步骤：

(1)将内管三通管件的三个端部分别与三个保温管的内管连接(例如焊接)；

(2)将两个内层镜面铝半圆屏蔽层的三个端部分别与三个保温管的内屏蔽层连接(例如焊接)，并使得两个内层镜面铝半圆屏蔽层相互粘接(粘接是指用胶水粘接，该胶水是可用于玻璃金属粘接的，硅基的，低放气率的胶水)；

(3)将两个外层镜面铝半圆屏蔽层的三个端部分别与三个保温管的外屏蔽层连接(例如焊接)，并使得两个外层镜面铝半圆屏蔽层相互粘接(粘接是指用胶水粘接，该胶水是可用于玻璃金属粘接的，硅基的，低放气率的胶水)；

(4)将两个外管三通半圆件的三个端部分别与三个保温管的外管连接(例如焊接)，并使得两个外管三通半圆件相互连接。

在实际应用中，保温管之间也可根据实际需要通过其他形状或结构的连接结构(例如弯头)连接，使得两个、三个或三个以上的保温管直接相连，从而形成热能传输网络。

本发明的低能耗热能传输管网所包括的保温管和连接结构皆可以在现场被安装或连接，也就是说，可以避免运输安装完整的保温管所承担的风险和包装成本，且现场安装增加了施工的灵活性，使得保温管的用量和连接形式都更加贴近用户的需求，从而缩短施工周期、降低物料损耗。

本发明的低能耗热能传输管网中的保温管和连接结构皆设有高反射的屏 蔽层，可以大幅降低传输网络的导热系数，使其成为真正的低能耗热能传输管网。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。