CN102589168A - 设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管，其玻璃金属封接端采用铅热压封接技术，为防止物理性损害，在封接端口设置保护金属圈或环，在保护玻璃金属封接端安全的基础上增加抗冲击强度，确保集热管气密性和使用寿命。属太阳能热利用技术领域。

Description

设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管
技术领域
本发明涉及一种设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管，其玻璃金属封接端采用铅热压封接技术，为防止物理性损害，在封接端口设置保护金属圈或环，在保护玻璃金属封接端安全的基础上增加抗冲击强度，确保集热管气密性和使用寿命。属太阳能热利用技术领域。
背景技术
目前，国内外有关线聚焦太阳能集热管在玻璃与金属气密性封接中的方法主要是匹配封接或非匹配封接。Solel和Archimede公司均采用非匹配热熔封接技术，选用高硼硅玻璃与不锈钢或可伐金属材料封接，金属环选择薄壁结构，以其降低残存有害应力。但从实际使用情况看，这种封接工艺由于先天不足，很难在大气环境中保证集热管的气密性，其中慢漏气发生的几率很高，因而严重影响使用寿命。SCHOTT公司选择了匹配封接技术，采用膨胀系数完全相同的玻璃和可伐金属材料，因此气密性得到较好保持。自从2006年该产品在美国内华达1号槽式太阳能热发电站大批量使用以来，实际发生泄漏的比率很低。除此之外，在国内也有采取不同膨胀系数的玻璃渐次过渡后与可伐金属封接，如中国公开专利200820031290.6。中国公开专利201010219529.4选择制作全新的低硼玻璃管，其参数与SCHOTT公司采用的玻璃管有相近之处，目的也是为了获得匹配封接。发明人曾试图选择低膨胀金属材料与3.3高硼玻璃匹配，或选择中性硼硅玻璃与可伐金属匹配。前者因膨胀曲线差距较大而放弃，后者因无生产企业而无法实现。随后发明人在2003年选用了非匹配封接的金属热压封接技术，通过提高封接强度率先将这一技术应用在线聚焦太阳能真空集热管上，以其保证气密性封接。如在专利200420091975.1和200620113317.7，以及授权发明专利200710090246.2中均选用了铅热压封接技术，经生产证明完全适于规模化生产。采用该技术封接的集热管已分别在太阳能空调制冷和大型槽式太阳能热发电装置中应用，经过实际运行证明，这种封接技术完全能够耐受高温400度以及环境温度交替变化的考验，保持了较好的气密性。但从实际使用中发现，如不对集热管的玻璃金属封接端加以保护，很容易造成物理性损坏。为进一步提高可靠性，应该在上述专利的基础上对线聚焦太阳能集热管结构进行保护和优化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是对采用铅热压封接技术的线聚焦太阳能集热管热压封接端增加保护装置，进一步提高线聚焦太阳能集热管封接结构和卸载装置的稳定性和可靠性。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管线由玻璃外管、玻璃截管、金属内管、铁镍可伐金属端盖、卸载波纹管、管接件、消气环、排气管、扰流片、金属保护装置组成，其特征在于：采用铅热压封接工艺封接玻璃和铁镍可伐金属端盖；玻璃外管或玻璃截管采用内法兰或外法兰玻璃结构；铁镍可伐金属端盖、卸载波纹管和管接件氩弧焊接后组成卸载组件设置在集热管两端；管接件和金属内管氩弧焊接；金属内管外表面真空溅射耐高温选择性热吸收涂层；消气环焊接在卸载组件或金属内管上；在内法兰或外法兰玻璃金属封接端设置金属保护装置。
所述玻璃外管或玻璃截管选择线膨胀系数为33×10-7/℃的高硼硅玻璃管；其中一端制作内法兰或外法兰；
所述金属保护装置是采用金属铝或薄壁金属板加工制作的金属圈或金属环；采用金属铝制作的金属圈分为前环和后环；前环为U形闭合环，可以套装在玻璃金属封接端口，后环为带倾斜度的上下两个半圆铝环，经组合能够与前环和玻璃法兰紧密配合，并通过螺钉将前环和后环紧固；或采用薄壁金属板加工制作成上下两个带凹槽的半圆圈，半圆圈端口设置紧固孔，通过螺钉将上下两个半圆金属圈紧固；对于内法兰封接结构的则采用金属铝或薄壁金属板制作成U形闭合环，从前端套装后使用耐高温胶粘剂固定。
所述铁镍可伐金属端盖一端冲压成凸形件，与玻璃法兰封接面对应，封接面宽5-16mm，另一端向内或向外翻边与卸载波纹管焊接；优选铁镍钴玻封合金4J29、4J44，线膨胀系数在20-450℃时为(46-55)×10-7/℃；或选择4J42、4J45，线膨胀系数在20-450℃时为(40-75)×10-7/℃的铁镍可伐合金；壁厚以0.3-2mm为宜；采用铅热压封接技术将铁镍可伐金属端盖与玻璃法兰面密闭封接。
所述卸载波纹管波节数在2-20波，波纹管壁厚为0.18-0.3mm，波高5-16mm，波距3-12mm，波纹管公称通径32-100mm；抗疲劳寿命应大于3万次；优选SUS304、321或SUS316、316L不锈钢材料。
所述管接件为中心内孔翻边的板状件，内孔与金属内管相匹配，翻边部与金属内管焊接，平面段端部与卸载波纹管氩弧焊接，材质为SUS304、321或SUS316、316L不锈钢，壁厚为0.3-2mm；采用内卸载结构时管接件为一端缩口，另一端扩口的管状件；缩口端与金属内管氩弧焊接，扩口端与卸载波纹管焊接。
所述金属内管公称通径在25-80mm之间，壁厚在0.3-13mm之间，公称压力在0.6-25MPa之间，优选SUS304、321或SUS316、316L无缝不锈钢管或耐高温、耐晶间腐蚀的超超临界锅炉用XA704、TP347H、SUPER304H、TP310HCbN合金无缝钢管；金属内管为金属直管，或波节管，或内螺旋管，或苞体波节管。
所述扰流片为不锈钢片，壁厚0.3-1.5mm；冲压成尾翼状，翻边一端经点焊固定在金属内管端口内壁上，尾翼端适当弯曲以扰动工质流体；每个集热管焊接一至三个扰流片；或扰流片设计成宽度与金属内管直径相同的长方形或正方形，中间成梯形冲压开口分别向两边翻边，起双向扰动流体作用，梯形斜边与基体连接，扰流片两端焊接在金属内管内壁上。
所述排气管为33×10-7/℃的高硼硅玻璃管，内径8-20mm，熔接在玻璃外管或玻璃截管上。
所述消气环为蒸散型或非蒸散型消气环，通过支架焊接或固定在金属内管表面或卸载组件上。
本发明使用的零部件少，工艺简单，并且采用全新的铅热压封接端保护装置，使可靠性和耐冲击性进一步提高。
附图说明
图1是本发明外法兰热压封接集热管示意图
图2是本发明保护装置结构示意图
图3是本发明外法兰保护前环示意图
图4是本发明内法兰热压封接集热管示意图
图5是本发明内法兰保护环示意图
其中：1玻璃外管、2金属内管、3铁镍可伐金属端盖、4卸载波纹管、5管接件、6消气环、7排气管、8玻璃截管、9扰流片、10保扩圈前环、11、保护圈后环
具体实施方式
1、选择线膨胀系数为33×10-7/℃的高硼硅玻璃管或截断的玻璃截管；其中一端制作内法兰或外法兰。
2、制作卸载组件，将卸载波纹管、管接件、铁镍可伐金属端盖顺序氩弧焊接，检查焊接气密性。
3、在铁镍可伐金属端盖与玻璃法兰平面之间放置中间封接料铅丝，采用热压封接技术密闭封接。
4、金属保护装置采用金属铝加工制作成金属环；金属环分为前环和后环；前环为U形闭合环，可以套装在玻璃金属封接端口，后环为带倾斜度的上下两个半圆铝环，经组合能够与前环和玻璃法兰紧密配合，并通过螺钉将前环和后环紧固。
5、金属保护装置采用薄壁金属板加工制作成上下两个带凹槽的半圆圈，半圆圈端口设置紧固孔，通过螺钉将上下两个半圆金属圈紧固；对于内法兰封接结构的则采用金属铝或薄壁金属板制作成U形闭合环，从前端套装后使用耐高温胶粘剂固定。

Claims (10)

1.设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管由玻璃外管、玻璃截管、金属内管、铁镍可伐金属端盖、卸载波纹管、管接件、消气环、排气管、扰流片、金属保护装置组成，其特征在于：采用铅热压封接工艺封接玻璃和铁镍可伐金属端盖；玻璃外管或玻璃截管采用内法兰或外法兰玻璃结构；铁镍可伐金属端盖、卸载波纹管和管接件氩弧焊接后组成卸载组件设置在集热管两端；管接件和金属内管氩弧焊接，金属内管外表面真空溅射耐高温选择性热吸收涂层；消气环焊接在卸载组件或金属内管上；在内法兰或外法兰玻璃金属封接端设置金属保护装置。
2.根据权利要求1所述的设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管线，具特征在于：所述玻璃外管或玻璃截管选择线膨胀系数为33×10-7/℃的高硼硅玻璃管；其中一端制作内法兰或外法兰。
3.根据权利要求1所述的设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管线，其特征在于：所述金属保护装置是采用金属铝或薄壁金属板加工制作的金属圈或金属环；采用金属铝制作的金属环分为前环和后环；前环为U形闭合环，可以套装在玻璃金属封接端口，后环为带倾斜度的上下两个半圆铝环，经组合能够与前环和玻璃法兰紧密配合，并通过螺钉将前环和后环紧固；或采用薄壁金属板加工制作成上下两个带凹槽的半圆圈，半圆圈端口设置紧固孔，通过螺钉将上下两个半圆金属圈紧固；对于内法兰封接结构的则采用金属铝或薄壁金属板制作成U形闭合环，从前端套装后使用耐高温胶粘剂固定。
4.根据权利要求1所述的设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管线，其特征在于：所述铁镍可伐金属端盖一端冲压成凸形件，与玻璃法兰封接面对应，封接面宽5-16mm，另一端向内或向外翻边与卸载波纹管焊接；优选铁镍钴玻封合金4J29、4J44，线膨胀系数在20-450℃时为(46-55)×10-7/℃；或选择4J42、4J45，线膨胀系数在20-450℃时为(40-75)×10-7/℃的铁镍可伐合金；壁厚以0.3-2mm为宜；采用铅热压封接技术将铁镍可伐金属端盖与玻璃法兰面密闭封接。
5.根据权利要求1所述的设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管线，其特征在于：所述卸载波纹管波节数在2-20波，波纹管壁厚为0.18-0.3mm，波高5-16mm，波距3-12mm，波纹管公称通径32-100mm；抗疲劳寿命应大于3万次；优选SUS304、321或SUS316、316L不锈钢材料。
6.根据权利要求1所述的设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管线，其特征在于：所述管接件为中心内孔翻边的板状件，内孔与金属内管相匹配，翻边部与金属内管焊接，平面段端部与卸载波纹管氩弧焊接，材质为SUS304、321或SUS316、316L不锈钢，壁厚为0.3-2mm；采用内卸载结构时管接件为一端缩口，另一端扩口的管状件；缩口端与金属内管氩弧焊接，扩口端与卸载波纹管焊接。
7.根据权利要求1所述的设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管线，其特征在于：所述金属内管公称通径在25-80mm之间，壁厚在0.3-13mm之间，公称压力在0.6-25MPa之间，优选SUS304、321或SUS316、316L无缝不锈钢管或耐高温、耐晶间腐蚀的超超临界锅炉用XA704、TP347H、SUPER304H、TP310HCbN合金无缝钢管；金属内管为金属直管，或波节管，或内螺旋管，或苞体波节管。
8.根据权利要求1所述的设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管线，其特征在于：所述扰流片为不锈钢片，壁厚0.3-1.5mm；冲压成尾翼状，翻边一端经点焊固定在金属内管端口内壁上，尾翼端适当弯曲以扰动工质流体；每个集热管焊接一至三个扰流片；或扰流片设计成宽度与金属内管直径相同的长方形或正方形，中间成梯形冲压开口分别向两边翻边，起双向扰动流体作用，梯形斜边与基体连接，扰流片两端焊接在金属内管内壁上。
9.根据权利要求1所述的设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管线，其特征在于：所述排气管为33×10-7/℃的高硼硅玻璃管，内径8-20mm，熔接在玻璃外管或玻璃截管上。
10.根据权利要求1所述的设置热压封接保护装置的线聚焦太阳能集热管线，其特征在于：所述消气环为蒸散型或非蒸散型消气环，通过支架焊接或固定在金属内管表面或卸载组件上。
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