一种梯级相变储能中高温直通集热管制造技术

本发明专利技术公开一种梯级相变储能中高温直通集热管，包括玻璃外管、金属吸热内管、储能芯、异径弹簧支架和法兰环，所述金属吸热内管位于所述玻璃外管和所述储能芯的之间，且所述储能芯位于所述金属吸热内管的内部；所述储能芯的两端搭接在所述异径弹簧支架上，所述异径弹簧支架与所述法兰环之间为焊接；所述玻璃外管的两端与所述法兰环的接口连接，所述金属吸热内管的两端穿过所述法兰环并伸出到所述法兰环的外侧，所述金属吸热内管与所述法兰环之间固定连接。本发明专利技术的集热管实现集热与储热一体化，大大提高能量的利用率，方便易用，结构简单，经济环保，使用寿命长，利于广泛推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种梯级相变储能中高温直通集热管
本专利技术涉及太阳能光热利用
具体地说是一种梯级相变储能中高温直通集热管。
技术介绍
化石能源的日益贫乏以及过度开发带来的污染，使得国内外对可再生能源的需求量日益增加，可再生能源，特别是太阳能具有开发潜力大，可再生、可持续利用，在促进经济发展、改善能源结构，减少环境污染、满足能源需求等方面具有重要的作用，已引起国内外的广泛关注。太阳能热利用逐步从太阳能热水器拓展到太阳能采暖、太阳能干燥、太阳能热发电等工农业利用领域，已得到推广和应用。然而，由于太阳能受季节和昼夜变化、天气变化的影响，使得大量太阳能集热工程采集的热量不稳定，且后期蓄热成本较高，使得大部分太阳能集热工程利用效率低下，甚至因为冬季把集热管冻坏而处于瘫痪状态。中国专利文献CN203719155U公开了一种相变储能型太阳能真空集热管，其采用全玻璃真空管储存相变材料，由于外管和储存相变材料的内管是一体化的异型玻璃结构，其制造成本很高，不适宜规模化推广应用；另外，由于实际应用中每个集热管不同于实验室进行理论研究的微型集热管，而是能够储存较多相变材料的集热管才有实际应用价值，而中国专利文献CN203719155U中的一体化的异型玻璃结构决定了不可能储存很多相变材料，否则制造成本将非常高；此外，由于其采用了在玻璃外管内部安装弹簧支架的方式以对储存相变材料的内管进行支撑，在实际施工中弹簧支架容易损坏玻璃外管及玻璃内管；并且由于玻璃的导热性比金属差，因而即使在玻璃内管上面涂抹吸热材料，亦不能达到利用金属作为储存相变材料的传热效果。中国专利文献CN104848569A公开了一种金属吸热体储能式真空管及具有该真空管的集热器，其采用玻璃外管和金属储能管的组合，但由于金属储能管的一端与玻璃外管的一端通过金属封接盖、波纹管和过渡环装配在一起，金属储能管的重量通过金属封接盖传递到玻璃外管的管壁边缘，这就要求大幅提高玻璃外管的管壁的强度，或者大幅降低金属储能管及其储存的相变材料的重量以适应玻璃外管的强度，因而这种集热器作为实验室理论研究使用，而在实际应用中不可能得到规模化推广。中国专利文献CN101893339A公开了一种分离式真空管-套管组合高温储热器，与中国专利文献CN203719155U和中国专利文献CN104848569A相似：储存相变材料的内管的一端与外管的一端固定连接以便给储存相变材料的内管以支撑，在储存相变材料的内管径向或者轴向膨胀时则无法进行缓冲；并且在另一端使用弹簧支持卡对内管进行支撑，这决定了内管中也不可能储存很多相变材料，并且存在施工中弹簧支持卡损坏玻璃内管/外管的情况，因此在中国专利文献CN101893339A中采用了多个“分离式真空管-套管”组合而成储热器以克服单个“分离式真空管-套管”储存相变材料少的缺陷。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于一种梯级相变储能中高温直通集热管。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种梯级相变储能中高温直通集热管，包括玻璃外管、金属吸热内管、储能芯、异径弹簧支架和法兰环，所述金属吸热内管位于所述玻璃外管和所述储能芯之间，且所述储能芯位于所述金属吸热内管的内部；所述储能芯的两端搭接在所述异径弹簧支架上，所述异径弹簧支架与所述法兰环之间为焊接；所述玻璃外管的两端与所述法兰环的接口连接，所述金属吸热内管的两端穿过所述法兰环并伸出到所述法兰环的外侧，所述金属吸热内管与所述法兰环之间固定连接。上述梯级相变储能中高温直通集热管，所述玻璃外管的两端安装有波纹管，所述波纹管的一端通过可伐合金环与玻璃外管的端头熔封；所述波纹管的另一端与法兰环的接口焊接；所述玻璃外管的下部管壁上且距离所述玻璃外管一端距离为150mm-300mm处设有排气口。上述梯级相变储能中高温直通集热管，所述金属吸热内管管壁的外表面上镀有选择性吸收涂层；所述玻璃外管、金属吸热内管和法兰环所围成的环状空间为真空空间，在所述真空空间内部两端的法兰环上，分别设置有吸气剂，一端为蒸散型吸气剂，另一端为非蒸散型吸气剂。上述梯级相变储能中高温直通集热管，所述储能芯两端为尖头密封结构，所述储能芯两端的尖头分别与所述异径弹簧支架直径较小的一端搭接，所述异径弹簧支架直径较大的一端焊接在所述法兰环内侧壁上；所述储能芯的外侧壁上设有金属支撑架，并通过所述金属支撑架与所述金属吸热内管的内侧壁相连，且所述储能芯、所述玻璃外管和所述金属吸热内管三者同轴；所述储能芯内部密封装有储能材料，所述储能材料的体积为所述储能芯内部空间总体积的50％-80％；所述储能芯的外侧壁、所述金属吸热内管的内侧壁、所述法兰环的内侧壁和焊接在法兰环内侧壁上的所述异径弹簧支架四者所围成的空间内装有传热流动工质。上述梯级相变储能中高温直通集热管，所述储能芯内侧壁上安装有压力传感器，所述压力传感器的压力输出信号线从所述储能芯的一端的密封尖头引出，并与报警蜂鸣器连接；所述报警蜂鸣器位于所述法兰环外侧的所述金属吸热内管外侧壁上；所述压力传感器的压力信号输出端通过所述压力输出信号线与所述报警蜂鸣器的信号输入端相连。上述梯级相变储能中高温直通集热管，所述金属支撑架包括金属大圆环、金属小圆环和位于金属大圆环和金属小圆环之间的弹簧支撑架，在金属大圆环上有大圆环缺口，在金属小圆环上有小圆环缺口，所述大圆环缺口和所述小圆环缺口的缺口长度分别为所在圆环周长的10％-20％，所述弹簧支撑架为3-6个且等间距分布；所述金属大圆环和所述金属小圆环的轴向宽度均为10mm-20mm，所述金属大圆环和所述金属小圆环的壁厚均为0.1-3mm；所述金属大圆环的外径与所述金属吸热管的内径相同，所述金属小圆环的内径与所述储能芯的外径相同，所述储能芯套装在所述金属小圆环内，所述金属大圆环套装在所述金属吸热管内侧壁上。上述梯级相变储能中高温直通集热管，所述玻璃外管的管壁厚为1.8mm-3.5mm，所述玻璃外管的外径为100mm-250mm，所述玻璃外管的内径比所述金属吸热内管的外径大10mm-30mm；所述金属吸热内管的管壁厚为2mm-4mm，所述金属吸热内管的外径为80-230mm；所述储能芯的管壁厚为3mm-5mm，所述储能芯的外径比所述金属吸热内管的内径小30mm-50mm，所述储能芯的长度比所述玻璃外管的长度小30mm-50mm；所述异径弹簧支架的长度为20mm-40mm。上述梯级相变储能中高温直通集热管，所述储能材料固液相变温度为60～100℃之间，汽化温度为250～450℃。上述梯级相变储能中高温直通集热管，所述储能芯所能承受的压强最大为5MPa。本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：在本专利技术中：储能芯通过其两端的异径弹簧支架以及金属支撑件固定在金属吸热内管的内部，异径弹簧支架通过法兰环与金属吸热内管固定连接，这样储能芯就可以加工得直径较大且轴向更长以便储存大量的相变材料，并且不需要大幅提高制造成本，以利于推广应用；玻璃外管通过其两端的波纹管及法兰环套装在金属吸热内管上，玻璃外管是夹持在两端的波纹管之间，这样玻璃外管仅仅承受自身的重力，不需要额外承受其它任何重力，使得不需要额外提高玻璃管的强度即可将本专利技术的集热管做得很大。由于储能芯是通过其两端的异径弹簧支架以及金属支撑件固定在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯级相变储能中高温直通集热管，其特征在于，包括玻璃外管(4)、金属吸热内管(1)、储能芯(5)、异径弹簧支架(2)和法兰环(11)，所述金属吸热内管(1)位于所述玻璃外管(4)和所述储能芯(5)之间，且所述储能芯(5)位于所述金属吸热内管(1)的内部；所述储能芯(5)的两端搭接在所述异径弹簧支架(2)上，所述异径弹簧支架(2)与所述法兰环(11)之间为焊接；所述玻璃外管(4)的两端与所述法兰环(11)的接口连接，所述金属吸热内管(1)的两端穿过所述法兰环(11)并伸出到所述法兰环(11)的外侧，所述金属吸热内管(1)与所述法兰环(11)之间固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种梯级相变储能中高温直通集热管，其特征在于，包括玻璃外管(4)、金属吸热内管(1)、储能芯(5)、异径弹簧支架(2)和法兰环(11)，所述金属吸热内管(1)位于所述玻璃外管(4)和所述储能芯(5)之间，且所述储能芯(5)位于所述金属吸热内管(1)的内部；所述储能芯(5)的两端搭接在所述异径弹簧支架(2)上，所述异径弹簧支架(2)与所述法兰环(11)之间为焊接；所述玻璃外管(4)的两端与所述法兰环(11)的接口连接，所述金属吸热内管(1)的两端穿过所述法兰环(11)并伸出到所述法兰环(11)的外侧，所述金属吸热内管(1)与所述法兰环(11)之间固定连接。2.根据权利要求1所述的梯级相变储能中高温直通集热管，其特征在于，所述玻璃外管(4)的两端安装有波纹管(3)，所述波纹管(3)的一端通过可伐合金环(16)与玻璃外管(4)的端头熔封；所述波纹管(3)的另一端与法兰环(11)的接口焊接；所述玻璃外管(4)的下部管壁上且距离所述玻璃外管(4)一端距离为150mm-300mm处设有排气口(13)。3.根据权利要求2所述的梯级相变储能中高温直通集热管，其特征在于，所述金属吸热内管(1)管壁的外表面上镀有选择性吸收涂层(14)；所述玻璃外管(4)、金属吸热内管(1)和法兰环(11)所围成的环状空间为真空空间(15)，在所述真空空间(15)内部两端的法兰环(11)上，分别设置有吸气剂，一端为蒸散型吸气剂(17)，另一端为非蒸散型吸气剂(12)。4.根据权利要求3所述的梯级相变储能中高温直通集热管，其特征在于，所述储能芯(5)两端为尖头密封结构，所述储能芯(5)两端的尖头分别与所述异径弹簧支架(2)直径较小的一端搭接，所述异径弹簧支架(2)直径较大的一端焊接在所述法兰环(11)内侧壁上；所述储能芯(5)的外侧壁上设有金属支撑架(7)，并通过所述金属支撑架(7)与所述金属吸热内管(1)的内侧壁相连，且所述储能芯(5)、所述玻璃外管(4)和所述金属吸热内管(1)三者同轴；所述储能芯(5)内部密封装有储能材料(6)，所述储能材料(6)的体积为所述储能芯(5)内部空间总体积的50％-80％；所述储能芯(5)的外侧壁、所述金属吸热内管(1)的内侧壁、所述法兰环(11)的内侧壁和焊接在法兰环(11)内侧壁上的所述异径弹簧支架(2)四者所围成的空间内装有传热流动工质。5.根据权利要求4所述的梯级相变储...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫素英，付加庭，马瑞，王峰，张慧颖，田瑞，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15