CN101256035B - 内膨胀式真空集热管 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能集热管领域，公开了一种内膨胀式真空集热管包括外层玻璃管，在所述玻璃管内设有吸收管，所述吸收管与玻璃管之间为真空层，所述的真空层内可以放置吸气剂以更好的确保真空度，所述吸收管与玻璃管通过过渡封接件密闭连接，所述吸收管为三层复合结构，最里层为复合材料，在复合材料外为一层金属层，在金属层外为太阳能吸热涂层，金属层可以是铝、碳钢、不锈钢或者铜。内层的复合材料管相对于原来的金属管而言，耐腐蚀性更好，而且与工质的相容性也大大的提高了。在所述吸收管上还设有波形膨胀节以更好的消化由温度差产生的膨胀量差。所述吸收管的复合材料层可以选用碳纤维复合材料或者玻璃纤维复合材料制造。

Description

内膨胀式真空集热管

技术领域

本发明涉及太阳能真空集热管领域，尤其是一种内膨胀式的真空集热管。

背景技术

真空集热管是太阳能热利用系统中的核心器件。现有真空集热管的典型结构如申请号95117947的中国专利所述，外层玻璃管套装在中部的金属管上，两端密封连接，玻璃管与金属管之间抽真空，形成真空层，以防止热损，金属管外涂覆吸热涂层，以吸收太阳光的热量。此类集热管在使用中存在的难题是：由于金属管的膨胀系数远大于玻璃管，因此当温度较高时，金属管的膨胀量不能在集热管单元内消化，往往需要采取外加膨胀节等措施，导致安装结构复杂化。

进一步检索发现，申请号为03218208、申请日为2003年6月12日的中国专利公开了一种内置金属流道的太阳能真空集热管，该真空集热管由金属内管和玻璃外管组成，其实质性的结构特点是内管为波纹管，因此可以解决玻璃管与金属管的热膨胀系数差异问题。然而，实践证明，这种以波纹管作为内管的真空集热管受力集中在玻璃管上，强度和刚性明显不足，而且长度受限，流阻大，不能满足大功率集热的需要。此外，其依靠金属碗作为过渡连接件的结构不仅工艺复杂，而且与玻璃管的连接不可靠，难以耐受高温，容易泄漏。

发明内容

为了解决现有集热管存在的强度和刚性不足、长度受限、流阻大的缺点，本发明提出了一种内膨胀式真空集热管，不仅妥善解决玻璃与金属热膨胀系数差异问题，并且具有足够强度和刚性，连接可靠，可以保持长期密封。

本发明的技术方案为一种内膨胀式真空集热管包括外层玻璃管，在所述玻璃管内设有吸收管，所述吸收管与玻璃管之间为真空层，所述的真空层内可以放置吸气剂以更好的确保真空度，所述吸收管与玻璃管通过过渡封接件密闭连接，所述吸收管为三层复合结构，最里层为复合材料，在复合材料外为一层金属层，在金属层外为太阳能吸热涂层，金属层可以是铝、碳钢、不锈钢或者铜。内层的复合材料管相对于原来的金属管而言，耐腐蚀性更好，而且与工质的相容性也大大的提高了。在所述吸收管上还设有波形膨胀节以更好的消化由温度差产生的膨胀量差。所述吸收管的复合材料层可以选用碳纤维复合材料或者玻璃纤维复合材料制造。

所述的内膨胀式真空集热管其中所述波形膨胀节与吸收管可以是分开的，也可以是一体制成，一体的时候就是将吸收管中部加工成波纹管，这样也可以很好的消化膨胀量差，而且由于是一体制成的少了连接缝，可以更好的保证真空度，提高了管子的安全性能。

所述的内膨胀式真空集热管在所述的吸收管与玻璃管之间还可以设有自定心支撑，可以更好的稳定管子的结构。，在所述玻璃管与吸收管的连接处外还设有防护罩可以保护连接处不受太阳光直射，延长管子的使用寿命。其中的过渡封接件也可以直接采用复合材料制成，这样和吸收管的连接可以更好。

本发明的有益效果为：1.更易加工制造，成本低。本发明由于吸收管采用的是玻璃纤维或者碳纤维制造，更易加工成型，而且成本相对于原来的金属管要低，在复合材料外面加了金属层后，可以大大提高吸收管的致密性，更好的保证真空集热管的真空度。

2.由于吸收管内层为复合材料制造，与工质如导热油的相容性大大提高，耐腐蚀，管子的寿命大大提高。

3.密封效果更好。由于复合材料更易加工成型，当中部直接加工波纹管的时候，因此将复合材料管与玻璃管的膨胀量差在集热管单元内部消化，避免了外加膨胀节，简化了连接结构，还减少了接缝，可以更好的保证真空度。

4.刚度和强度较高。由于内管是以强度较好的复合材料管为主体，因此在自定心支撑的配合下，即使长度再长，也可以具有足够的强度和刚性，便于系统安装集成，从而能够满足大功率集热的需要。而外加防护罩后，可以防止聚焦光线直接照射在封接接口，特别适合于中、高温太阳能热利用场合。

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1的结构示意图。

图中的1是过渡封接件、2是玻璃管、3是吸收管、4是自定心支撑、5是吸收太阳光涂层、6是真空层、7是膨胀节、8是自定心支撑、9是防护罩、10吸气剂。

图2是本发明实施例2的结构示意图。

图3是本发明实施例的一种变形的结构示意图。

图4是本发明实施例另一种变形的结构示意图。

图5是A的局部放大图。

图6是上述实施例的B向局部视图。

图7是上述实施例的C-C剖面图。

图8是波纹膨胀节与吸收管的三种连接方式。

图9是本发明的实施例的再一种变形的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的内膨胀式复合材料真空集热管如图1所示，其结构为玻璃管2套在吸收管3上，通过过渡封接件1密封，过渡封接件可以是可伐合金制成的也可以是由复合材料制成的如图3所示，在吸收管3和玻璃管2之间形成真空层6，真空层6内可以放置吸气剂10，以更好的保持管内的真空度。吸收管3为三层复合结构，最里层为复合材料，在复合材料外为一层金属层，在金属层外为太阳能吸热涂层5。内层的复合材料相对于原来的金属管而言，耐腐蚀性更好，而且与工质的相容性也大大的提高了。吸收管3含有一个波形膨胀节7，以补偿升温后玻璃管2与吸收管3之间的膨胀差异，波形膨胀节7可以是和吸收管3一体制成，直接将吸收管3中部制成波纹管来实现如图4所示，也可以是和吸收管3分开单独制造的一个部分，可以通过如图8所示方式与吸收管3联接。吸收管3的中间分别加装自定心支撑4和8，其具体结构如图3和图4所示，该自定心支撑由圆弧支撑座4-3、弹性撑片4-2、抵触头4-1构成，圆弧支撑座4-3的圆弧半径与复合材料管外径相配，固定在复合材料管外，弹性撑片4-2由圆弧支撑座4-3上向两侧伸展，通过端部的抵触头4-1抵靠在玻璃管内定位。组装时，自定心支撑两件一组，分别固定在吸收管3两侧对称处，在吸收管3和玻璃管2之间起定心支撑作用，该结构可以消除热变形差异产生的应力，防止爆管，延长管子的使用寿命。防护罩9呈圆柱状，一端开孔与吸收管3密闭配合，另一端与玻璃管2密封连接，遮住封接部位，以防止玻璃管与吸收管的连接处被阳光直射而老化，延长连接处的寿命。

实施例2

本实施例的内膨胀式真空集热管如图2所示，其结构与实例一基本相同，不同之处在于过渡封接件1是塞子，塞紧后采用高温密封胶密封粘接。

实施例3

本实施例的内膨胀式真空集热管如图9所示，其基本结构与上述实施例相同。不同之处在于吸收管3外没有防护罩，两端通过过渡封接件直接与玻璃管2的端面密封封接，其它结构可以与上述实施例相同，不另重复。

Claims (8)

1.一种内膨胀式真空集热管包括外层玻璃管，在所述玻璃管内设有吸收管，所述吸收管与玻璃管之间为真空层，所述吸收管与玻璃管通过过渡封接件密闭连接，在所述吸收管上还设有波形膨胀节，其特征在于：所述吸收管为三层复合结构，最里层为碳纤维复合材料或者玻璃纤维复合材料，在碳纤维复合材料或者玻璃纤维复合材料外为一层金属层，在金属层外为太阳能吸热涂层。

2.如权利要求1所述的内膨胀式真空集热管，其特征在于所述的金属层为铝、碳钢、不锈钢或铜。

3.如权利要求1或2所述的内膨胀式真空集热管，其特征在于所述波形膨胀节与吸收管为一体制成，为吸收管中部的波纹管部分。

4.如权利要求3所述的内膨胀式真空集热管，其特征在于在所述的吸收管与玻璃管之间还设有自定心支撑。

5.如权利要求3所述的内膨胀式真空集热管，其特征在于在所述玻璃管与吸收管的连接处外还设有防护罩。

6.如权利要求1或2所述的内膨胀式真空集热管，其特征在于所述吸收管与玻璃管之间还设有自定心支撑。

7.如权利要求1所述的内膨胀式真空集热管，其特征在于在所述玻璃管与吸收管的连接处外还设有防护罩。

8.如权利要求1所述的内膨胀式真空集热管，其特征在于所述的过渡封接件是复合材料制成。

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