一種高溫真空集熱管真空壽命的檢測設備和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于高溫真空集熱管真空壽命檢測領域，具體涉及一種高溫真空集熱管真 空壽命的檢測設備和方法。
【背景技術】
[0002] 太陽能高溫真空集熱管為太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，其熱性能直接決定了整 個集熱系統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)換效率。為保證良好的隔熱效果及降低傳熱損失，須將集熱管的金屬吸 熱管與外玻璃管間的環(huán)形空間抽成真空，稱為真空夾層。高溫集熱管在高溫工作時，集熱管 內(nèi)的各個部件將會放氣；同時，由于平衡濃度差的作用，金屬吸熱管內(nèi)部流過的導熱介質(zhì)在 高溫下分解產(chǎn)生的氣體亦會穿過不銹鋼管管壁而進入真空夾層;兩者均會導致集熱管內(nèi)真 空夾層的真空度降低，熱損升高。高溫真空集熱管在管內(nèi)真空度高于O.lPa時，熱損值將提 高4倍。高溫真空集熱管的真空壽命直接影響其使用壽命，因此必須對集熱管管內(nèi)真空度變 化進行檢測，以評估其真空壽命。
[0003] 目前研究的高溫集熱管真空度的測試方法主要為測試集熱管在高溫(250°C~400 °C)下的放氣速率，并據(jù)此推斷其管內(nèi)真空度的具體變化情況。該測試方法存在的主要問題 為缺乏對真空集熱管內(nèi)真空度的檢測，模擬真空度變化曲線與實際曲線存在一定差異。同 時，傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)測試平臺在使用銅管加熱從而對集熱管進行加熱時，存在加熱速度過慢，且 集熱管管內(nèi)軸向溫度不均勻等情況，導致金屬管溫度不均勻，各部分放氣速率存在差異，影 響管內(nèi)真空度的測試精度。
[0004] 因此本發(fā)明開發(fā)出一種采用電加熱方式快速加熱，同時可采集集熱管管內(nèi)真空度 的方法，用以預測集熱管真空壽命。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種高溫真空集熱管真空壽命的檢測設備 和方法，具體技術方案如下：
[0006] -種高溫真空集熱管真空壽命的檢測設備，所述真空集熱管包括金屬吸熱管7和 外玻璃管6,所述檢測設備由電路控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)及真空度檢測系統(tǒng)組成；
[0007] 電路控制系統(tǒng)包括導電夾5,電源裝置和銅板1;導電夾5直接夾在金屬吸熱管7兩 端部，使用銅板1將真空集熱管與電源裝置連接，形成串聯(lián)電路；
[0008] 溫度控制系統(tǒng)包括溫度控制器和溫度傳感器4;溫度傳感器4置于金屬吸熱管7內(nèi) 壁，并與溫度控制器相連接;溫度控制器與電源裝置相連；
[0009] 真空度檢測系統(tǒng)包括真空電離規(guī)2和電離真空計;真空電離規(guī)2焊接在外玻璃管6 外表面，并通過接線柱3與電離真空計連接。
[0010] 進一步地，所述溫度傳感器4為桿式陶瓷熱電偶，所述溫度控制器為AI溫度變送 器。
[0011] 進一步地，所述串聯(lián)電路中的真空集熱管為一個或一個以上。
[0012] 進一步地，所述電源裝置包括電流互感器，變壓器和可控硅。
[0013] 利用如上所述的檢測設備進行高溫真空集熱管真空壽命檢測的方法，包括以下步 驟：
[0014] a.將導電夾5直接夾在金屬吸熱管7兩端部，使用銅板1將真空集熱管與電源裝置 連接，形成串聯(lián)電路；
[0015] b.將溫度傳感器4與溫度控制器相連接，并將溫度傳感器4置于金屬吸熱管內(nèi)壁中 部;溫度控制器與電源裝置相連，監(jiān)測金屬吸熱管7內(nèi)壁溫度并控制輸入電流；
[0016] c.真空電離規(guī)2焊接在外玻璃管6外表面，并通過接線柱3與電離真空計連接，以檢 測真空集熱管內(nèi)真空度數(shù)值；
[0017] d.設定最高加熱溫度，開啟電源裝置對真空集熱管進行加熱，根據(jù)金屬吸熱管7外 壁溫度的上升速率調(diào)整電源裝置的輸入電流，當金屬吸熱管7外壁溫度達到最高加熱溫度 時，保溫一段時間后將集熱管冷卻至室溫，真空集熱管完成一次升溫、保溫和降溫過程，視 為一次熱循環(huán);在整個熱循環(huán)過程中，溫度傳感器4記錄真空集熱管的溫度，真空度檢測系 統(tǒng)記錄真空集熱管內(nèi)的真空度；
[0018] e.不斷重復此熱循環(huán)并不間斷地記錄真空集熱管溫度及真空度數(shù)據(jù)，熱循環(huán)總次 數(shù)為η;
[0019] f.根據(jù)真空度y和熱循環(huán)次數(shù)X得到兩者之間的關系式;真空集熱管在工作條件下 可認為一天進行一次熱循環(huán)，在該集熱管使用壽命為25年的要求下，使用壽命期間內(nèi)的循 環(huán)次數(shù)為9000次;將9000代入得到的關系式中，得出真空度數(shù)值y 1;
[0020] g.當yi大于0 . IPa，則該集熱管不滿足使用壽命的要求；當yi不大于0.1 Pa時，則該 集熱管滿足使用壽命的要求。
[0021] 步驟d中，每隔60s記錄一次溫度和真空度數(shù)值。設定的最高加熱溫度為400°C，升 溫速率為4°(3/111；[11，保溫時間為301]1；[11，降溫時間為7001]1；[11。步驟6中，熱循環(huán)總次數(shù)11 = 400。
[0022] 本發(fā)明的工作原理為利用集熱管管內(nèi)各部件在不同溫度下放氣速率不同的現(xiàn)象， 模擬集熱管實際工作條件，通過對集熱管循環(huán)加熱，測試集熱管在不同溫度和加熱循環(huán)次 數(shù)條件下的真空度，以評估集熱管的真空壽命。
[0023] 本發(fā)明通過電路控制系統(tǒng)對集熱管進行循環(huán)加熱，由溫度傳感器檢測集熱管內(nèi)金 屬吸熱管外壁溫度，反饋至溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)記錄吸熱管外壁的實時溫度并將其與設 定溫度比較以控制電源裝置的輸入電流。
[0024]本發(fā)明的有益效果為：
[0025] 采用電加熱的方法對真空集熱管內(nèi)部金屬吸熱管直接加熱，由于集熱管處于串聯(lián) 電路中，保證了金屬吸熱管內(nèi)部各處電流相等，即保證了其軸向溫度的一致性，降低了軸向 溫差，有效地避免了集熱管軸向放氣速率不均勻的情況發(fā)生。使用銅板將若干個集熱管串 聯(lián)，可同時對多根集熱管進行加熱循環(huán)操作，提高了測試效率。同時，控制銅板的規(guī)格可提 高加熱循環(huán)過程中的安全系數(shù)，避免局部過熱導致電路燒斷的情況發(fā)生。
[0026] 電路控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)可設定循環(huán)加熱程序，可對集熱管進行長期反復的 加熱操作和溫度數(shù)據(jù)的記錄，真空度測試系統(tǒng)可不間斷檢測記錄集熱管管內(nèi)的真空度數(shù) 據(jù)，整套設備可保證獲得長期連續(xù)對集熱管進行加熱循環(huán)時的管內(nèi)真空度數(shù)據(jù)，對研究集 熱管真空壽命提供良好的數(shù)據(jù)基礎。
【附圖說明】
[0027] 圖1為真空集熱管測試設備連接示意圖。
[0028] 圖2為真空集熱管測試時熱電偶及電離規(guī)安放位置示意圖。 圖3為實施例1得到的真空集熱管的真空度-循環(huán)次數(shù)曲線圖。 圖4為實施例2得到的真空集熱管的真空度-循環(huán)次數(shù)曲線圖。
[0029] 圖中各標號的具體含義為：1_銅板，2-真空電離規(guī)，3-接線柱，4-溫度傳感器，5-導 電夾，6-外玻璃管，7-金屬吸熱管。
【具體實施方式】
[0030] 實施例1
[0031] 1.將初始真空度為l〇_3Pa的真空集熱管置于測試平臺，集熱管400°C下初始真空度 為0.0041Pa。使用不銹鋼導電夾分別夾在兩根真空集熱管的金屬吸熱管兩端部，使用銅板 將真空集熱管與電源裝置相連，形成串聯(lián)電路。
[0032] 2.將溫度控制器與溫度傳感器相連接，溫度傳感器為桿式陶瓷熱電偶，將其置于 金屬吸熱管內(nèi)壁，具體位置為金屬吸熱管中部，同時將溫度控制器與電源裝置相連。
[0033] 3.將焊接在集熱管外玻璃管外表面的真空電離規(guī)通過接線柱與電離真空計相連 接。
[0034] 4.設定最高加熱溫度為400°C，開