CN100414214C - 熔封式热管真空集热管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种熔封式热管真空集热管，属于太阳能热利用技术领域。该集热管玻璃外管和热管，热管的中上部插装在金属法兰盘中心孔中密封焊接，上部密封焊接带进口和出口的冷却套管，金属法兰盘的周边通过可伐合金环与玻璃外管口熔封密封连接，玻璃外管与热管之间形成真空腔，热管上装有构成遮住熔封连接缝的防护罩。其结构简单，制造工艺切实可行，所有熔封连接缝均不会受到太阳光的直接照射，因此可以避免温度过高，并且防护罩与玻璃外管的配合套装可以起到辅助支撑的作用，避免了熔封焊缝的应力过于集中，特别适合于中高温大规格的熔封式热管真空集热管。

Description

熔封式热管真空集热管
技术领域
本发明涉及一种真空集热管，尤其是一种在较高温度下工作的熔封式热管真空集热管，属于太阳能热利用技术领域。
背景技术
真空集热管是一种太阳能热利用领域的核心器件，其主要功能是将太阳能转化为热能。热管是一种高效传热元件，具有效率高、安全性能好等特点。将热管技术与真空集热管有机结合，制成可应用于中、高温热利用场所的热管式金属-玻璃真空集热管，可以提高真空集热管传热和安全性能。金属与玻璃的膨胀系数不同，因此温度变化后，金属与玻璃的膨胀量不同，结果易导致金属与玻璃封接断裂。但由于热管在玻璃管内的热管加热段的顶端是自由端，所以避免了两端直通式金属-玻璃真空集热管需要膨胀节来消除膨胀量的做法，节省了元器件，又简化了制作工艺。然而，这种集热管结构虽解决了膨胀系数的差异问题，但金属热管与玻璃管间的融封不够可靠，时间长或受热后仍易漏气甚至破裂。
检索发现，申请号为01141781.1的中国专利申请公开了一种热管式太阳能真空集热管，其端盖可以套装在全玻璃真空管上面，也可以插接在真空管内，再用胶粘剂封固，端盖上部有一尾管可以排气和注液，真空管内充填以相变工质。专利号为ZL 00101464.1的中国专利公开了一种真空集热管，其特点是通过连接套管下部台阶的内孔与全玻璃真空集热管的口部密封连接，其上部台阶的内孔与金属长管的下端口部密封连接。此外，申请号为02289924.3中国发明专利公开了一种设置有可伐密封环的热管真空集热管，它是在可伐端盖与玻璃管法兰之间设置有一个带弯边的可伐密封环，可伐密封环弯边压入并封接于玻璃管法兰内，可伐端盖与可伐密封环直接进行焊接密封。以上关于热管真空集热管的封接结构的改进，在不同程度上改善了气密性，避免了产生慢性漏气，延长了热管集热管的使用寿命，基本可以满足日常太阳能热水器等低温使用场合。
但实践证明，上述改进在太阳能热发电等高温工况下，不仅工艺结构显得复杂，并且存在以下不足之处：1、融封部位难以耐受250℃以上高温，并且融封部位在使用中直接暴露在阳光照射下，没有必要的防护措施；2、玻璃管与金属管只在融封部位连接，容易应力集中；3、热管的换热面积较小。结果，时间一长或在高温工况下，仍容易泄漏，使玻璃管内的真空度难以维持，并且吸热效率不高，无法满足太阳能热发电之类高温工作场合的使用需求。
发明内容
本发明的首要目的在于：针对上述存在的缺陷，提出一种工艺结构简单、可以有效提高封接处耐高温性能的熔封式热管真空集热管。
本发明进一步的目的是提出一种可以避免封接处应力集中的熔封式热管真空集热管。
本发明更进一步的目的是提出一种结构紧凑、吸热效率高的熔封式热管真空集热管。
申请人经过反复实验探索认识到，现有热管式真空集热管无法满足中高温工况使用需求的关键是封接处容易出现问题。因此，采取科学的技术措施保证高温工况下封接处的长效密封性能，是满足高温工况太阳能利用场合需要的技术关键。
为了达到以上首要目的，本发明的熔封式热管真空集热管包括一端封闭的玻璃外管，所述玻璃外管中装有下部表面涂覆吸收太阳光涂层的热管，所述热管的上部密封焊接带进口和出口的冷却套管，所述热管中部通过可伐合金与玻璃管口熔封密封连接，所述玻璃外管与热管之间形成真空腔，所述可伐合金上方的热管段固定防护罩上盘，所述玻璃外管配合套装防护罩下盘，至少所述上盘与下盘之一周边制有翻边，所述上盘和下盘通过翻边相对固定，构成遮住熔封接缝的防护罩。
这样，整个真空集热管结构简单，制造工艺切实可行，并且由于以熔封连接取代了现有技术的融封，因此无论从连接强度还是密封性能均显著提高，可以在400℃的高温下长期正常工作，并且在防护罩的遮盖下，所有熔封连接缝均不会受到太阳光的直接照射，因此可以避免温度过高。
此外，防护罩与玻璃管的配合套装可以很方便的构建起辅助支撑，避免了熔封连接缝的应力过于集中，改善了连接缝的受力，特别适合于高温大规格的热管式熔封式热管真空集热管。尤其是，防护罩与玻璃外管的配合套装间隙小于玻璃外管的膨胀量时，受热后，防护罩本身即可起到一定的辅助支撑作用。另外，可以将所述热管的中部插装在金属法兰盘中心孔中密封焊接，所述金属法兰盘的周边附近密封焊接可伐合金环的一端，所述可伐合金环的另一端与玻璃外管口熔封密封连接，这样可以减少可伐合金用量，同时利于集热管在将来系统应用中的固定。
为了达到进一步的目的，本发明熔封式热管真空集热管的热管下部装有自定心支撑，所述自定心支撑由固定在热管上的圆弧支撑座以及由支撑座向外延伸的辐射状弹性撑片构成，所述弹性撑片的外端抵靠在玻璃外管的内壁。因此，借助自定心支撑的辅助支撑作用，可以消除热变形差异产生的应力，对熔封焊缝起到所需的应力缓解保护作用。
为了达到更进一步的目的，本发明的熔封式热管真空集热管在热管下部焊接有表面涂覆吸收太阳光涂层的翅片，从而在不增大整体体积的情况下，显著增大吸热面积，提高吸热效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明实施例一的结构示意图。图中1是热管、2是冷却套管、3冷却介质、4是法兰、5是可伐合金、6是玻璃外管、7是真空腔、8是吸收太阳光涂层、9是支撑、10是保护罩。
图2是本发明实施例二的结构示意图。
图3是图1的A向局部视图。
图4是图1的B-B剖视图。
图5是本发明实施例三的结构示意图。
图6是本发明实施例四的结构示意图。
图7是图5的C-C剖视图。
图8是本发明实施例五的结构示意图。
图9是本发明实施例六的结构示意图。
图10是图9的E-E剖视图。
图11是图2实施例中熔封结构的局部放大图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的熔封式热管真空集热管如图1所示，一端封闭的玻璃外管6中装有下部表面涂覆吸收太阳光涂层8的热管1。该热管的上部密封焊接带进口和出口的冷却套管2。热管中部通过带翻边的可伐合金5与玻璃外管口熔封密封连接。玻璃外管6与热管1之间形成真空腔7。可伐合金上方的热管段固定防护罩10的上盘，玻璃外管6配合套装防护罩下盘，下盘的周边制有向上翻边，该翻边与上盘焊接固定，构成遮住熔封接缝的防护罩。
为了消除热变形差异对封接处的应力，热管下部装有自定心支撑9，如图3和图4所示，该自定心支撑9由固定在热管上的圆弧支撑座以及由支撑座向外延伸的两组呈V字形辐射状的弹性撑片构成，各弹性撑片的外端固定隔热材料制成的触头，抵靠在玻璃外管的内壁，起到使热管在玻璃外管中心定位的辅助支撑作用。
工作时，太阳光透过玻璃外管6和真空腔7，照射在涂有吸收太阳光涂层8的热管1的加热段上，太阳光被涂层8表面吸收后，加热热管1管内的工质，管内工质汽化后达到热管1的冷却段，将热量传递给热管1管外冷却套管2中的冷却介质3。热管1的冷却段内蒸汽冷凝后，回到热管1的加热段重新循环使用。从而实现了由光能转变为热能的过程，达到了利用太阳能制备热水、热气体，产生蒸汽、高温气体进行发电、海水淡化、热利用的目的。
本实施例的优点是，由玻璃外管和热管熔封形成的玻璃-金属真空腔不会因时间长或受强热发生泄漏现象破坏，使真空度持久；接口处加上防护罩更好的保护可伐与玻璃接口，使整个结构更能耐高温，可以长期在400℃的高温下工作，且该防护罩可以构建辅助支撑。实验证明，整个结构设计科学、简单、合理便于大规模工业化生产，性能安全、可靠，成本低，易推广。
实施例二
本实施例的熔封式热管真空集热管如图2所示，与实施例一的结构基本相同，不同之处在于热管1的中部插装在金属法兰盘4中心孔中密封焊接，该金属法兰盘的周边附近端面密封焊接可伐合金环5的一端，可伐合金环5的另一端与玻璃外管口形成图11所示的插入式熔封密封连接结构。这样密封效果更好，连接强度更高，可以减少可伐合金用量，同时利于集热管在将来系统应用中的固定。
此外，玻璃外管6配合套装的防护罩下盘内孔口镶有隔热材料制成的嵌边12，因此可以直接与玻璃外管接触，起到辅助支撑作用，进一步避免封接处应力集中。
实施例三
本实施例的熔封式热管真空集热管如图5所示，与实施例一的结构基本相同，不同之处在于热管下部焊接有截面如图7所示的十字形翅片11(当然也可以为一字形翅片)，因此更有利于吸收太阳光。
实施例四
本实施例的熔封式热管真空集热管如图6所示，与实施例二的结构基本相同，不同之处在于热管下部焊接有截面如图7所示的翅片11，因此更有利于吸收太阳光。
实施例五
本实施例的熔封式热管真空集热管如图8所示，与实施例二的结构基本相同，不同之处在于热管下部焊接有截面如图10所示的螺旋翅片11，因此可以吸收更多太阳光。
实施例六
本实施例的熔封式热管真空集热管如图9所示，与实施例一的结构基本相同，不同之处在于热管下部焊接有截面如图10所示的螺旋翅片11，因此可以吸收更多太阳光。
除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1. 一种熔封式热管真空集热管，包括一端封闭的玻璃外管，所述玻璃外管中装有下部表面涂覆吸收太阳光涂层的热管，其特征在于：所述热管的上部密封焊接带进口和出口的冷却套管，所述热管中部通过可伐合金与玻璃外管口熔封密封连接，所述玻璃外管与热管之间形成真空腔，所述可伐合金上方的热管段固定防护罩上盘，所述玻璃外管配合套装防护罩下盘，至少所述上盘与下盘之一周边制有翻边，所述上盘和下盘通过翻边相对固定，构成遮住熔封接缝的防护罩。
2. 根据权利要求1所述熔封式热管真空集热管，其特征在于：所述热管的中部插装在金属法兰盘中心孔中密封焊接，所述金属法兰盘的周边附近密封焊接可伐合金环的一端，所述可伐合金环的另一端与玻璃外管口形成插入式熔封密封连接。
3. 根据权利要求2所述熔封式热管真空集热管，其特征在于：所述防护罩与玻璃外管的配合套装间隙小于玻璃外管的膨胀量。
4. 根据权利要求2所述熔封式热管真空集热管，其特征在于：所述玻璃外管配合套装的防护罩下盘内孔口镶有隔热材料制成的嵌边。
5. 根据权利要求1、2、3或4所述熔封式热管真空集热管，其特征在于：所述热管下部装有自定心支撑，所述自定心支撑由固定在热管上的圆弧支撑座以及由支撑座向外延伸的辐射状弹性撑片构成，所述弹性撑片的外端抵靠在玻璃外管的内壁。
6. 根据权利要求5所述熔封式热管真空集热管，其特征在于：所述热管下部焊接有表面涂覆吸收太阳光涂层的翅片。
7. 根据权利要求6所述熔封式热管真空集热管，其特征在于：所述自定心支撑由固定在热管上的圆弧支撑座以及由支撑座向外延伸的两组呈V字形辐射状的弹性撑片构成，各弹性撑片的外端固定隔热材料制成的触头，抵靠在玻璃外管的内壁。
8. 根据权利要求7所述熔封式热管真空集热管，其特征在于：所述翅片的截面呈一字形。
9. 根据权利要求7所述熔封式热管真空集热管，其特征在于：所述翅片的截面呈十字形。
10. 根据权利要求7所述熔封式热管真空集热管，其特征在于：所述翅片为螺旋翅片。
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