專利名稱：高溫真空管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高溫真空管，尤其涉及一種在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域的高溫真空管。
背景技術(shù)：
已有技術(shù)的太陽能熱發(fā)電裝置中包括大量的輸送高溫流體的流體管道，如圖3 和圖4所示，流體管道5由大量的高溫絕熱管首尾相互銜接構(gòu)成，高溫真空管應(yīng)當(dāng)具有防 止內(nèi)部高溫流體的熱量向外部傳遞的結(jié)構(gòu)，這樣才能有效提高太陽能發(fā)電的效率。熱能的傳遞有三種基本方式熱傳導(dǎo)、熱對流與熱輻射。物體各部分之間不發(fā) 生相對位移時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生的熱能傳遞成為 熱傳導(dǎo)；熱對流是指由于流體的宏觀運(yùn)動而引起的流體各部分之間發(fā)生相對位移，冷、 熱流體相互摻混所導(dǎo)致的熱量傳遞過程；物體通過電磁波來傳遞能量的方式稱為輻射， 物體會因各種原因發(fā)出輻射能，其中因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。當(dāng)溫 度高達(dá)800至IOOiTC，傳熱過程以輻射傳熱為主，而且輻射波長位于紅外線(又稱熱射 線)區(qū)段中0.76至20 μ m的范圍內(nèi)。在太陽能發(fā)電領(lǐng)域中，熱量傳遞是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，而熱傳遞技術(shù)對整個(gè)太 陽能發(fā)電系統(tǒng)起到很重要的作用，熱傳遞技術(shù)不好，收集的能量在熱量傳遞過程中流失 很多，發(fā)電效率降低，熱傳遞技術(shù)先進(jìn)，收集的熱量不易流失，發(fā)電效率高。槽式系統(tǒng) 傳遞熱量的工質(zhì)一般為油、水；碟式系統(tǒng)的加熱工質(zhì)一般為導(dǎo)熱油、甲苯、氦氣；塔式 系統(tǒng)的加熱工質(zhì)一般為熔融鹽、水、空氣。當(dāng)前高溫工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的絕熱材料主要為耐高溫陶瓷纖維，諸如硅酸鋁纖維、 莫來石纖維、氧化鋁纖維或氧化鋯纖維等，被譽(yù)為第三代耐火材料。它們具有質(zhì)輕、耐 高溫、熱容量小的特點(diǎn)。其中硅酸鋁纖維的生產(chǎn)量最大，應(yīng)用的范圍最廣闊。這些絕熱 材料都有一個(gè)共同的特性-氣孔率很高，在溫度較低時(shí)具有低的熱導(dǎo)率。但是，隨著溫 度的升高，導(dǎo)致氣體分子熱運(yùn)動加速，空氣導(dǎo)熱與絕對溫度的平方根近似成正比，輻射 導(dǎo)熱與絕對溫度的三次方成正比，即輻射的貢獻(xiàn)隨溫度的升高成三次方增大，當(dāng)溫度高 達(dá)800至1000°C，輻射傳熱成為主要的傳熱方式。所以，高溫下陶瓷纖維絕熱材料的熱 導(dǎo)率都比較高，熱量損失較多，這樣的高溫絕熱管質(zhì)量較差。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種高溫真空管，其采用了光潔度高 的金屬表面對紅外波段的熱輻射進(jìn)行反射，有效地降低了輻射熱損失。另一方面，內(nèi)外 管間夾層抽真空的設(shè)計(jì)抑制了空氣熱傳導(dǎo)和熱對流造成的熱量損失為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型提供了一種高溫真空管，由內(nèi)管、外管、波紋管和法蘭組成，內(nèi)管 和外管的兩端都分別與法蘭連接，波紋管與外管連接，內(nèi)管和外管長度相同，內(nèi)管的外徑小于外管的內(nèi)徑，內(nèi)管置于外管的內(nèi)部，一對所述法蘭設(shè)置在內(nèi)管和外管的兩端，內(nèi) 管和外管的兩端都分別焊接在法蘭上，波紋管的管壁呈波紋狀，波紋管的半徑與外管的 半徑相同，可以將外管中部截?cái)嗖⒉y管焊接于其內(nèi)，波紋管具備較好的伸縮性能。所述外管的內(nèi)壁進(jìn)行拋光，也可以在所述外管的內(nèi)壁鍍一層金屬。所述內(nèi)管、 外管和波紋管之間圍成良好的密閉空間，所述密閉空間進(jìn)行抽真空，既可以通過抑制熱 傳導(dǎo)和熱對流來降低熱量損失，又可以有效地防止外管內(nèi)壁因?yàn)檠趸鸬姆瓷湫阅?下降，從而延長使用壽命。所述高溫真空管的外管外層可用保溫材料進(jìn)行保溫。 所述保溫材料為硅酸鋁棉，也可以為其他常用材質(zhì)。所述高溫真空管可根據(jù)需要對節(jié)連接，即高溫真空管之間采用螺栓連接，并且 在高溫真空管之間采用密封材料進(jìn)行密封。各所述真空管之間采用法蘭連接，法蘭之間采用夾有柔性石墨帶的金屬纏繞墊 密封。所述高溫真空管的外管外面設(shè)置保溫棉的保溫層。該高溫真空管不僅可以用于輸送高溫的流體，也可以用于輸送低溫的流體，有 防止外界熱量侵入的效果。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型在高溫下對輻射傳熱進(jìn)行了更有效地抑制，有效地防止了流經(jīng)高溫 真空管氣體熱量的流失，提高了傳熱效率，保證了熱量傳輸。
圖1為本實(shí)用新型高溫真空管的主視剖視圖圖2為本實(shí)用新型高溫真空管的立體圖圖3為具有已有技術(shù)的高溫絕熱管構(gòu)成的流體管道的太陽能熱發(fā)電裝置中俯視 圖圖4為具有已有技術(shù)的高溫絕熱管構(gòu)成的流體管道的太陽能熱發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)側(cè) 視圖圖中1 法蘭2 內(nèi)管3 波紋管4 外管5 流體管道具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型高溫絕熱管為高溫真空管，又稱真空夾層管，熱能的傳遞有三種基 本方式熱傳導(dǎo)、熱對流與熱輻射。當(dāng)溫度高達(dá)800至1000°C，傳熱過程以輻射傳熱為 主，而且輻射波長位于紅外線(又稱熱射線)區(qū)段中0.76至20 μ m的范圍內(nèi)。為了減少 高溫下的熱量損失，必須對輻射傳熱進(jìn)行抑制。光潔度高的金屬表面對紅外輻射的反射 率比較高，可以用來降低輻射傳熱，真空夾層管就是利用了這一原理。本實(shí)用新型高溫真空管主要由以下部分組成法蘭1，作用為連接和密封；內(nèi)管2，材質(zhì)為不銹鋼，型號為310S;[0028]波紋管3，作用為膨脹量補(bǔ)償；外管4，材質(zhì)為不銹鋼，型號為304。將金屬結(jié)構(gòu)的外管4內(nèi)壁進(jìn)行拋光，用來反射熱輻射的能量。內(nèi)管2和外管4 之間進(jìn)行抽真空，既可以通過抑制熱傳導(dǎo)和熱對流來降低熱量損失，又可以有效地防止 外管4的內(nèi)壁因?yàn)檠趸鸬姆瓷湫阅芟陆担瑥亩娱L使用壽命。原理當(dāng)工作介質(zhì)進(jìn)入高溫真空管的內(nèi)管2，它所攜帶的熱量將通過三種方式 向周圍環(huán)境傳遞(即向外散熱)熱傳導(dǎo)、熱對流與熱輻射。由于內(nèi)外管之間進(jìn)行了抽真 空處理，形成了真空腔，氣相熱導(dǎo)導(dǎo)熱因子和氣相對流導(dǎo)熱因子趨向于零，從而有效地 抑制了熱傳導(dǎo)和熱對流，降低了熱量損失。而輻射傳熱是依靠電磁波輻射實(shí)現(xiàn)熱冷物體 間熱量傳遞的過程，是一種非接觸式傳熱，在真空中也能進(jìn)行。當(dāng)熱輻射通過內(nèi)管2和 真空腔，到達(dá)外管4的內(nèi)壁時(shí)，拋光后的金屬面會反射紅外波段的熱輻射，阻止熱量向 外傳遞。也就是說，高溫真空管對熱量傳遞的三種方式都有明顯的抑制作用，有效地降 低了熱量損失。在已有技術(shù)中，當(dāng)前高溫工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的絕熱材料主要為耐高溫陶瓷纖維，諸 如硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維或氧化鋯纖維等，被譽(yù)為第三代耐火材料。它 們具有質(zhì)輕、耐高溫、熱容量小的特點(diǎn)。其中硅酸鋁纖維的生產(chǎn)量最大，應(yīng)用的范圍最 廣闊。這些絕熱材料都有一個(gè)共同的特性_氣孔率很高，在溫度較低時(shí)具有低的熱導(dǎo) 率。但是，隨著溫度的升高，導(dǎo)致氣體分子熱運(yùn)動加速，空氣導(dǎo)熱與絕對溫度的平方根 近似成正比，輻射導(dǎo)熱與絕對溫度的三次方成正比，即輻射的貢獻(xiàn)隨溫度的升高成三次 方增大，當(dāng)溫度高達(dá)800至1000°C，輻射傳熱成為主要的傳熱方式。所以，高溫下陶瓷 纖維絕熱材料的熱導(dǎo)率都比較高，熱量損失較多。本實(shí)用新型高溫真空管由內(nèi)管2、外管4、波紋管3和法蘭1組成，內(nèi)管2和外 管4長度相同，內(nèi)管2的外徑小于外管4的內(nèi)徑，內(nèi)管2置于外管4的內(nèi)部，一對法蘭1 設(shè)置在內(nèi)管2和外管4的兩端，內(nèi)管2和外管4的兩端都分別焊接在法蘭1上，波紋管3 的管壁呈波紋狀，波紋管3的半徑與外管4的半徑相同，可以將外管4中部截?cái)嗖⒉y 管3焊接于其內(nèi)。也可以將波紋管3兩端分別焊接上與之內(nèi)、外徑相同的鋼管，則這兩 個(gè)鋼管相當(dāng)于上述的外管4，此時(shí)，內(nèi)管2的長度應(yīng)為波紋管3與兩個(gè)鋼管長度之和。波 紋管3具備較好的伸縮性能，可以用來補(bǔ)償或抵銷外管4因溫度變化而產(chǎn)生的膨脹量。所述外管4的內(nèi)壁進(jìn)行拋光，用來將真空管中熱輻射的能量反射到內(nèi)管2中，阻 止高溫真空管中的能量流失。所述內(nèi)管2、外管4和波紋管3之間圍成良好的密閉空間，所述密閉空間進(jìn)行抽 真空，消除了熱量傳輸?shù)慕橘|(zhì)，既可以通過抑制熱傳導(dǎo)和熱對流來降低熱量損失，又可 以有效地防止外管4內(nèi)壁因?yàn)檠趸鸬姆瓷湫阅芟陆?，從而延長高溫真空管的使用
壽命ο所述高溫真空管的外管4外層可用保溫材料進(jìn)行保溫。所述保溫材料為硅酸鋁棉，也可以為其他常用材質(zhì)。所述高溫真空管可根據(jù)需要對節(jié)連接，即高溫真空管之間采用螺栓連接，并且 在高溫真空管之間采用密封材料進(jìn)行密封。各所述真空管之間采用法蘭1連接，法蘭1之間采用夾有柔性石墨帶的金屬纏繞墊密封。法蘭1具有多個(gè)螺孔，相鄰法蘭1的螺孔間用螺絲緊固，使法蘭1連接為一 體。也可以在所述外管4的內(nèi)壁鍍一層金屬，同樣可以起到與表面拋光相同的防止 熱輻射的傳播效果。所述高溫真空管的外管4外面設(shè)置保溫棉的保溫層。該高溫真空管不僅可以用于輸送高溫的流體，也可以用于輸送低溫的流體，有 防止外界熱量侵入的效果。本實(shí)用新型高溫真空管技術(shù)采用了光潔度高的金屬表面對紅外波段的熱輻射進(jìn) 行反射，有效地降低了輻射熱損失。另一方面，內(nèi)管2和外管4間夾層抽真空的設(shè)計(jì)抑 制了空氣熱傳導(dǎo)和熱對流造成的熱量損失。與已有技術(shù)的絕熱材料相比，高溫真空管在 高溫下對輻射傳熱進(jìn)行了更有效地抑制。如圖1所示和圖2所示，太陽能熱發(fā)電裝置主要包括太陽能聚光鏡、太陽能集熱 器、桁架、導(dǎo)軌、下導(dǎo)軌、太陽能塔、支撐梁、儲存器、加熱器和發(fā)電機(jī)，上述各部件 之間設(shè)置了大量的流體管道5，流體管道5包括熱空氣傳輸管道、熱蒸汽傳輸管道和熱水 傳輸管道，每條流體管道5由大量的高溫真空管首尾相互銜接構(gòu)成，當(dāng)工作介質(zhì)進(jìn)入高 溫真空管的內(nèi)管2時(shí)，它所攜帶的熱量將通過三種方式向外散熱熱傳導(dǎo)、熱對流與熱 輻射。由于內(nèi)管2和外管4之間進(jìn)行了抽真空處理，形成了真空腔，氣相熱導(dǎo)的導(dǎo)熱因 子和氣相對流的導(dǎo)熱因子的數(shù)量趨向于零，從而有效地抑制了熱傳導(dǎo)和熱對流，降低了 熱量損失。而輻射傳熱是依靠電磁波輻射實(shí)現(xiàn)熱冷物體間熱量傳遞的過程，是一種非接 觸式傳熱，在真空中也能進(jìn)行。當(dāng)熱輻射通過內(nèi)管2和真空腔，到達(dá)外管4內(nèi)壁時(shí)，拋 光后的外管4的內(nèi)金屬面將能夠反射紅外波段的熱輻射，阻止熱量向外輻射。高溫真空 管對熱量傳遞的三種方式都有明顯的抑制作用，有效地降低了熱量損失。高溫真空管的直徑和長度可以根據(jù)實(shí)際情況來制作。本實(shí)用新型真空夾層管由內(nèi)管、外管、波紋管和法蘭組成，其中，內(nèi)管和外管 與法蘭連接，波紋管與外管連接用來補(bǔ)償膨脹量。而且，外管內(nèi)壁進(jìn)行拋光，用來將真 空管中熱輻射的能量反射到內(nèi)管中，阻止高溫真空管中的能量流失。另外，內(nèi)管和外管 之間進(jìn)行抽真空，既可以通過抑制熱傳導(dǎo)和熱對流來降低熱量損失，又可以有效地防止 外管內(nèi)壁因?yàn)檠趸鸬姆瓷湫阅芟陆?，從而延長使用壽命。本實(shí)用新型采用了光潔 度高的金屬表面對紅外波段的熱輻射進(jìn)行反射，有效地降低了輻射熱損失。另一方面， 內(nèi)外管間夾層抽真空的設(shè)計(jì)抑制了空氣熱傳導(dǎo)和熱對流造成的熱量損失。與已有技術(shù)絕 熱材料相比，本實(shí)用新型高溫真空管在高溫下對輻射傳熱進(jìn)行了更有效地抑制。
權(quán)利要求1.一種高溫真空管，其特征是所述高溫真空管由內(nèi)管(2)、外管(4)、波紋管(3) 和一對法蘭(1)組成，內(nèi)管(2)和外管(4)的兩端都分別與法蘭(1)連接，波紋管(3)與 外管(4)連接，用來補(bǔ)償膨脹量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫真空管，其特征是所述高溫真空管的外管(4)外層可 用保溫材料進(jìn)行保溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫真空管，其特征是所述保溫材料為礦物質(zhì)棉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫真空管，其特征是所述高溫真空管可根據(jù)需要對 節(jié)連接，即高溫真空管之間采用螺栓連接，并且在高溫真空管之間采用密封材料進(jìn)行密 封。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫真空管，其特征是各所述真空管之間采用法蘭(1)連 接，法蘭(1)之間采用夾有柔性石墨帶的金屬纏繞墊密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫真空管，其特征是所述外管(4)的內(nèi)壁鍍一層金屬， 降低輻射傳熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫真空管，其特征是所述高溫真空管的外管(4)外面設(shè) 置保溫棉的保溫層。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高溫真空管，其主要包括法蘭、內(nèi)管、波紋管、外管，內(nèi)管和外管的兩端都分別與法蘭連接，波紋管與外管連接，用來補(bǔ)償膨脹量，外管的內(nèi)壁進(jìn)行拋光，本實(shí)用新型采用了光潔度高的金屬表面對紅外波段的熱輻射進(jìn)行反射，有效地降低了輻射熱損失，內(nèi)外管間夾層抽真空的設(shè)計(jì)抑制了空氣熱傳導(dǎo)和熱對流造成的熱量損失，本實(shí)用新型高溫真空管在高溫下對輻射傳熱進(jìn)行了更有效的抑制。對熱傳輸具有良好的抑制作用，有效防止了熱量在傳輸過程中的流失。
文檔編號F16L59/08GK201803055SQ20102011142
公開日2011年4月20日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者劉曉冰, 哈金龍, 張偉紅, 艾家艨 申請人:彩熙太陽能環(huán)保技術(shù)(天津)有限公司