[发明专利]一种带内插棒的槽式太阳能真空集热管

说明书

本发明公开了一种带内插棒的槽式太阳能真空集热管，所述真空集热管包括：金属吸热管，两端通过波纹管与玻璃罩管封接，金属吸热管与玻璃罩管之间呈真空状态；排气口，设于玻璃罩管的一端，用于抽取金属吸热管与玻璃罩管之间的空气；吸气剂，置于金属吸热管与玻璃罩管之间；选择性吸收涂层，覆于金属吸热管的外表面；内插棒，置于金属吸热管的内部；锁定装置，设于内插棒的两端，用于固定内插棒与金属吸热管之间的相对位置。本发明内插棒可以将传热流体从温度较低、流速较大的金属吸热管中心挤向温度较高的金属吸热管内壁，增加近壁面区域流速和扰动，达到强化换热的效果。此外内插棒还可减小金属吸热管受热弯曲，提高集热管的可靠性。

技术领域

本发明属于集热器件领域，尤其涉及一种槽式太阳能真空集热管。

背景技术

在太阳能热发电及太阳能高温热利用系统中，塔式、抛物面槽式、菲涅尔式等各种点聚焦或线聚焦聚光系统都能产生几十千瓦每平米到上千千瓦每平米的极高热流，而上述聚光方式投射在吸热器集热管吸热表面上的瞬态能流分布往往是单侧分布，因此超高热流在时空上的分布极不均匀。目前的槽式太阳能热利用系统中，所使用的真空集热管均是光滑无缝钢管，管内没有强化换热措施。相比常规换热器中吸热管均匀受热的特点而言，目前使用的真空集热管内的流动换热很不充分，换热性能极差，同时极易在真空集热管中形成极大的温度梯度，容易造成如下几类故障：一，真空集热管的金属吸热管材料超温引发机械强度、抗腐蚀性能下降，进而发生金属吸热管破损渗漏；二，真空集热管内的传热流体超温引发导热油结焦或熔融盐分解劣化；三，真空集热管内温度梯度过大，引发金属吸热管过度弯曲变形，进而触碰玻璃罩管，玻璃罩管在极高热应力或在有风吹过震颤过程中敲击金属吸热管发生破碎，进而导致真空集热管中的真空失效，热损失激增。

对真空集热管的改进需要考虑如下因素：第一，真空集热管的加工工艺中，需要涉及耐高温选择性吸收涂层的镀膜、金属与玻璃封接、抽真空及真空维护等环节。第二，真空集热管内还涉及到传热流体排空的需求，如果传热流体是熔融盐，还涉及到熔融盐在排空失败，在真空集热管内发生熔融盐冻堵时，管内固态熔融盐需要再度熔化成液态的问题。所以比较可行的改进方式，是在不改变目前真空集热管外形特征的前提下，在管内进行适度改进。中国发明专利CN102425867A提出一种带有单侧内翅片的槽式太阳能真空集热管，在金属吸热管吸收聚焦太阳能一侧的内表面设置内翅片，内翅片与金属管集成为一体，通过内翅片的肋片效应，借此实现增大换热面积，实现强化换热的效果。同时内翅片还可以提高集热管的抗弯强度。但是制造具有一体化内翅片的无缝钢管需要特殊的金属管加工工艺。中国发明专利CN101363664公布了一种单侧多纵向涡强化换热的聚焦槽式太阳能吸热器，在接收聚光热流一侧的金属吸热管的内管壁设置向管内凸起或凹进的不连续多纵窝发生器，强化管内换热。但是该措施对于提高真空集热管的整体抗弯强度没有作用，特别是凹进去的多纵窝结构，甚至会降低真空集热管的抗弯性能。

中国发明专利CN105115175A公布了一种内插管对流型高效低热损太阳能热水器。内插管在全玻璃真空管内形成内进外出的流动通道，换热流体从内插管流入全玻璃真空集热管，参与换热。其结构、功能及应用场合与本发明不同。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术换热性能和机械强度低下，以及改进结构后引发制造工艺复杂、可靠性低和成本高的缺点，提出一种带内插棒的槽式太阳能真空集热管。本发明结构简单，能够合理的强化换热、有效避免金属吸热管和传热流体运行中出现的超温现象、增加真空集热管的机械性能特别是抗弯强度、提高真空集热管的整体可靠性，有效提高槽式真空集热管在槽式太阳能热发电系统或太阳能高温热利用系统中的传热性能和机械性能。

本发明的技术方案如下：

一种带内插棒的槽式太阳能真空集热管，包括：波纹管1、吸气剂2、排气口3、玻璃罩管4、金属吸热管5、内插棒6、选择性吸收涂层8、金属与玻璃封接9和锁定装置10，其中：

所述金属吸热管5两端通过波纹管1与玻璃罩管4封接，其中，金属吸热管5与玻璃罩管4之间呈真空状态；