CN102635963A - 直通式玻璃真空管、制备方法及空气集热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直通式玻璃真空管，包括玻璃外管、金属波纹管两端分别与两段玻璃内管熔接而成的内管组件、不锈钢支撑卡、消气剂，内管组件的外壁上镀有选择性涂层，且设置在玻璃外管内部，内管组件与玻璃外管之间真空密封，所述不锈钢支撑卡及消气剂装配在内管组件与玻璃外管之间。所述直通式玻璃真空管经过下料清洗，玻璃内管与波纹管熔接，镀膜，装卡，装配，排气、烤销等步骤完成。由直通式玻璃真空管组成的空气集热器，至少由一组集热器单元体组成，所述单元体之间横向或纵向排列并连通而成。本发明解决了真空管空气集热器气堵、金属波纹管熔接口易氧化的问题，提高了产品质量。同时，提高热利用效率，且减低了加工难度及成本，有利于产业化生产。

Description

直通式玻璃真空管、制备方法及空气集热器

技术领域

本发明涉及太阳能中温热利用技术领域，尤其是直通式玻璃真空管、直通式玻璃真空管的制备方法及由该直通式玻璃真空管制备的空气集热器。

背景技术

现有全玻璃真空管是一种类似于拉长的暖水瓶胆的结构，一端有出口，主要用于太阳能热水器(40～80℃)低温领域，用来制造太阳能热水器产品。已有20～30年发展史，在中国的产量占世界的70％。但是，真空管中的水不容易取出，造成20％热效率的损失；另外，一端出口的结构，会产生气堵现象，不适用于太阳能空气集热器。

为了解决一端有出口而产生气堵现象的问题，研发人员研发了一种两端均具有出口的螺旋真空管，由于工作时玻璃内管与玻璃外管的温度不同，其膨胀系数也不同，故采用Φ10mm的玻璃管做成玻璃弹簧消除因膨胀而产生的应力。螺旋真空管虽然解决了出口气堵的问题，但是，玻璃内管的管径为Φ8mm，其流道窄小，气流、水流的阻力大，玻璃弹簧的应力较大容易破损，故应用较少。

另外一种两端具有出口的真空管的结构是内管与外管为透明管，內管中内设有吸热工质、外设有选择性涂层的导热管，该结构的真空管减少了内外管的温差，膨胀量变化不大，安全性较好，但导热管的吸收热效率低、选择性涂层易脱落、寿命低，且导热管温度较高时，也会使内管与外管膨胀量不同，故应用较少。

用于中高温(300～400℃)槽式太阳能系统的直通式真空管也是一种两端具有出口的真空管，內管采用Φ70×3×4000mm不锈钢管，外管采用Φ120×3×4000mm硼硅玻璃管。为了消除膨胀应力，采用金属波纹管熔封技术或热压封技术。但是，其金属波纹管与玻璃外管的熔接口位于真空管外部，在使用过程中易氧化、损坏。其主要技术是在不锈钢管的外壁上镀耐高温膜层和金属与玻璃之间的熔封，成本较高(上千元/支)，适用于聚光集热器中高温热利用系统。

现有的玻璃真空管设计结构都是以水、油为工质的集热元件，流道小不适用于以空气为工质的集热器太阳能干燥系统。所以研制一种适用于的太阳能干燥系统的真空管空气集热器应用与工农业生产是十分必要的。

发明内容

为了解决上述技术问题，提供一种适用于中温(80～200℃)太阳能热利用，用于太阳能干燥、饮用水、印染、采暖、海水淡化等系统，解决金属和玻璃的熔接的工艺难题，本发明提出了采用过渡玻璃熔接金属波纹管和玻璃外管、且成本较低的直通式玻璃真空管，直通式玻璃真空玻璃管的生产方法及由该直通式玻璃真空管组成的空气集热器。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种直通式玻璃真空管，包括玻璃外管、内管组件、不锈钢支撑卡、消气剂，所述内管组件外壁上镀有选择性涂层，所述内管组件设置在玻璃外管内部，并且内管组件与玻璃外管之间真空密封，其抽真空的排气管设在端部，所述不锈钢支撑卡及消气剂装配在内管组件与玻璃外管之间，所述内管组件由两段玻璃内管分别与金属波纹管的两端熔接而成。

优选地，所述金属波纹管为4J29合金波纹管，所述玻璃内管的材质为DM-305，所述玻璃外管的材质为硼硅玻璃。

优选地，所述玻璃内管为Φ47～58×1.8mm的玻璃管，所述玻璃外管为Φ70×1.8mm的玻璃管。

所述直通式玻璃真空管的制备方法，包括以下步骤，

下料及清洗：将玻璃内管的原料玻璃管及玻璃外管的原料玻璃管分别切割成段，并清洗干净；

玻璃内管与波纹管熔接加工：将两段玻璃内管分别与金属波纹管的两端熔接为一体组成内管组件；

清洗内管组件并镀膜：将内管组件清洗干净，并在所述内管组件外壁上磁控溅射选择性涂层；

装卡：在内管组件上装配不锈钢支撑卡及消气剂；

内管组件与玻璃外管装配：将内管组件装配到玻璃外管内，并将所述内管组件与玻璃外管进行熔接，一端密封，一端设置排气管；

排气、烤销：将内管组件与玻璃外管之间的空间进行真空处理，并将排气管烤销。

优选地，所述玻璃内管与波纹管熔接加工步骤中，所述玻璃内管与波纹管熔接加工步骤中，在熔接前对所述金属波纹管进行预氧化润湿处理。

由所述直通式玻璃真空管组成的空气集热器，至少包括一组由玻璃真空管组成的集热器单元体，所述单元体包括15～20根直通式玻璃真空管、上联箱、下联箱，所述直通式玻璃真空管的一端插入上联箱开口的硅胶圈内，另一端插入下联箱开口的硅胶圈内，组成集热器单元体，将N组集热器单元体通过管道连通组成空气集热器，N为正整数。

优选地，所述单元体，还包括硅胶保温套，所述上联箱与下联箱之间设有纵向排列的数排直通式玻璃真空管，最上排的直通式玻璃真空管的一端插入上联箱开口的硅胶圈内，另一端通过硅胶保温套和与其相邻的一排直通式玻璃真空管相连通，最下排的直通式玻璃真空管的一端插入下联箱开口的硅胶圈内，另一端通过硅胶保温套和与其相邻的一排的直通式玻璃真空管相连，排列在最上排与最下排之间的直通式玻璃真空管上下排直通式玻璃真空管之间通过所述硅胶保温套相连通。

优选地，所述上联箱内设有保温材料。

优选地，所述上联箱出口和所述下联箱进口的管径均为Φ100mm。

本发明提供的直通式玻璃真空管、空气集热器于现有技术不同之处在于：

1、本发明中，玻璃內管组合体为玻璃內管和金属波纹管熔接而成，金属波纹管采用4J29合金(可伐合金)，玻璃内管的材质为DM-305玻璃，由于4J29合金和DM-305玻璃两种材质在20～300℃时的线胀系数相同，均为4.6～5.1×10^-6/K，并且将金属波纹管(4J29合金)表面进行预氧化润湿处理，能够使金属波纹管和玻璃内管之间有效的熔接。

2、本发明玻璃內管组合体为两段玻璃內管和金属波纹管熔接而成的组合体，现有技术中金属波纹管的熔接口在真空管外部，而本发明中金属波纹管的熔接口在真空管内部，而所述真空管的端部是玻璃内管和玻璃外管两种玻璃部件之间熔接，大大降低了技术难度，且避免了金属波纹管的氧化和熔接口的损伤，从而提高了使用寿命。

3、本发明排气管设在所述真空管的端部，而不是外管侧壁上，有利于包装运输，安全性好。

4、本发明所述空气集热器由所述直通式玻璃真空管组成，该产品为适用于中温(80～200℃)太阳能热利用，主要适用于太阳能干燥、饮用水、印染、采暖、海水淡化等系统工程。直通式玻璃真空管的管径大，流道畅通，不存在气堵现象，且具有自清洁排污的功能，所述上联箱出口和所述下联箱进口的管径均为Φ100mm，适用于空气流通；是通常集热器工质通道截面积的16倍。在空气集热器系统中上下进出口可构成气体循环通道。有利于在太阳能干燥系统工程和大面积太阳能热水系统工程的应用。此外，所述集热器的上联箱内设有保温材料，保温性能良好，保证所述集热器系统在180℃左右运行效果良好。并且，当玻璃真空管纵向排列时，上排与下排的直通式玻璃真空管之间由硅胶保温套连接，而不是采用传统的联箱结构，既节约材料、减少了热损耗，可提高集热系统热效率20％，又提高了所述集热器系统的采光面积；结构合理，安装方便。

综上所述，本发明提供的直通式玻璃真空管及其制备方法，不仅解决了单出口真空管气堵的问题，而且解决了现有两端具有出口的直通式玻璃真空管金属波纹管熔接口易氧化、损坏的问题，提高了产品质量。同时，由于两端是玻璃内管与玻璃外管熔接，大大减低了熔接的的难度，降低了生产成本，有利于产业化大批量生产，为双端出口直通式玻璃真空管的产业化生产提出可行性实施方案。

本发明中使用直通式玻璃真空管组成的集热器，结构合理，流道较大，流道畅通，具有自清洁排污功能，且安装方便。适用于大面积太阳能热水、开水工程和太阳能干燥系统工程。可以将系统中的热能全部利用，提高热利用效率。

附图说明

图1为本发明所述直通式玻璃真空管的结构示意图；

图2为本发明所述直通式玻璃真空管制备工艺流程图；

图3为由所述直通式玻璃真空管组成的空气集热器的结构示意图；

图4为由所述直通式玻璃真空管组成的空气集热器的一实施方式的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-玻璃外管，2-玻璃内管，3-选择性涂层，4-不锈钢支撑卡，5-金属波纹管，6-排气管，7-消气剂，8-直通式玻璃真空管，9-上联箱，10-硅胶保温套，11-下联箱，12-保温材料，13-下联箱进口，14-上联箱出口。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所提供的直通式玻璃真空管8，包括玻璃外管1、内管组件、不锈钢支撑卡4、消气剂7，所述内管组件外壁上镀有提高吸热效率的选择性涂层3，所述内管组件设置在玻璃外管1内部，并且内管组件与玻璃外管1之间真空密封，其抽真空的排气管6设在端部，所述不锈钢支撑卡4及消气剂7装配在内管组件与玻璃外管1之间，所述内管组件包括两段玻璃内管2和金属波纹管5，由两段玻璃内管2分别与金属波纹管5的两端熔接而成。

本发明所述的直通式玻璃真空管8中，所述金属波纹管5为4J29合金波纹管，所述玻璃内管2的材质为DM-305，所述玻璃外管1的材质为硼硅玻璃。将材质为4J29合金的金属波纹管5表面进行预氧化润湿处理，能够使金属波纹管5和玻璃内管2之间有效的熔接。同时，由于在20～300℃时，4J29合金和DM-305玻璃两种材质的线胀系数相同，均为4.6～5.1×10^-6/K，安全性好。高硼硅玻璃的线胀系数3.3×10^-6/K，软化点为820℃，DM-305玻璃的线胀系数为4.9×10^-6/K，软化点为720℃，这两种玻璃之间的线膨胀系数相差较大，采用过渡玻璃技术将材质为DM-305玻璃的玻璃内管2与材质为硅硼玻璃的玻璃外管1熔接。优选地，采用三级过渡，每一级过渡的线膨胀系数差别不大于0.5×10^-6/K。即所述真空管8的端部是玻璃内管2和玻璃外管1两种玻璃部件之间熔接，大大降低了技术难度，且避免了金属波纹管5的氧化和熔接口的损伤，从而提高了使用寿命。

如图2所示，本发明所述直通式玻璃真空管8的制备方法，包括以下步骤，

下料及清洗：将玻璃内管2的原料玻璃管及玻璃外管1的原料玻璃管分别切割成段，并清洗干净；其中成段的玻璃外管1的长度为2000mm，成段的玻璃内管2分两种长度规格，且保证两种长度的玻璃内管2与金属波纹管5熔接后的长度与玻璃外管1的长度相等。

其中，玻璃内管2的原料玻璃管采用规格为Φ47～58×1.8mm的玻璃管，玻璃外管1的原料玻璃管采用规格为Φ70×1.8mm的玻璃管。

玻璃内管2与波纹管熔接加工：将两段两种长度规格的玻璃内管2分别与金属波纹管5的两端熔接，组成Φ47～58×1.8×2000mm内管组件。为了增加金属波纹管5的润湿性，在熔接前对金属波纹管5进行预氧化润湿处理，能够提高玻璃内管2与金属波纹管5之间的熔接效果。

清洗内管组件并镀膜：将内管组件清洗干净，并在所述内管组件外壁上磁控溅射选择性涂层3；

装卡：在内管组件上装配不锈钢支撑卡4及消气剂7；

内管组件与玻璃外管1装配：将内管组件装配到玻璃外管1内，并将所述内管组件与玻璃外管1进行熔接，一端密封，一端设置排气管6；

排气、烤销：将内管组件与玻璃外管1之间的空间进行真空处理，并将排气管6烤销。

如图3所示，空气集热器至少包括一组由直通式玻璃真空管8构成的集热器单元体，所述单元体包括15～20根直通式玻璃真空管8、上联箱9、下联箱11，所述直通式玻璃真空管8的一端插入上联箱9开口的硅胶圈内，另一端插入下联箱11开口的硅胶圈内，组成集热器单元体，将N组(N为正整数)集热器单元体通过管道连通相邻单元体之间的上联箱出口14和所述下联箱进口13组成空气集热器。所述上联箱出口14和所述下联箱进口13的管径均为Φ100mm。

直通式玻璃真空管8的管径大，流道畅通，不存在气堵现象，且具有自清洁排污的功能，所述上联箱出口14和所述下联箱进口13的管径均为Φ100mm，适用于空气流通；是现有集热器工质通道截面积的16倍。在空气集热器系统中上下进出口构成气体循环通道。有利于在太阳能干燥系统工程和大面积太阳能热水系统工程的应用。

为了减少热扩散，提高所述集热器的热利用率，在所述上联箱9内设有保温材料12，保温性能良好，保证所述集热器系统在180℃左右运行效果良好。适用于中温(80～200℃)太阳能热利用，主要适用于太阳能干燥、饮用水、印染、采暖、海水淡化等系统工程。

如图4所示，当由直通式玻璃真空管8纵向排列组成单元体时，上下排之间的直通式玻璃真空管8之间通过硅胶保温套10连接，如图4所示。具体的，所述上联箱9与下联箱11之间设有纵向排列的数排直通式玻璃真空管8，最上排的直通式玻璃真空管8的一端插入上联箱9开口的硅胶圈内，另一端通过硅胶保温套10和与其相邻的一排直通式玻璃真空管8相连通，最下排的直通式玻璃真空管8的一端插入下联箱11开口的硅胶圈内，另一端通过硅胶保温套10和与其相邻的一排直通式玻璃真空管8相连，排列在最上排与最下排之间的直通式玻璃真空管8的上排、下排之间的直通式玻璃真空管8通过所述硅胶保温套10相连通。

当玻璃真空管8纵向排列时，上排与下排的直通式玻璃真空管8之间由硅胶保温套10连接，而不是采用传统的联箱结构，既节约材料、减少了热损耗，又提高了所述集热器系统的采光面积，可提高集热系统热效率20％。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变型、改进、替换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种直通式玻璃真空管，包括玻璃外管(1)、内管组件、不锈钢支撑卡(4)、消气剂(7)，所述内管组件外壁上镀有选择性涂层(3)，所述内管组件设置在玻璃外管(1)内部，并且内管组件与玻璃外管(1)之间真空密封，其抽真空的排气管(6)设在端部，所述不锈钢支撑卡(4)及消气剂(7)装配在内管组件与玻璃外管(1)之间，其特征在于，所述内管组件由两段玻璃内管(2)分别与金属波纹管(5)的两端熔接而成。

2.根据权利要求1所述的直通式玻璃真空管，其特征在于，所述金属波纹管(5)为4J29合金波纹管，所述玻璃内管(2)的材质为DM-305，所述玻璃外管(1)的材质为硼硅玻璃。

3.根据权利要求1或2所述的直通式玻璃真空管，其特征在于，所述玻璃内管(2)为Φ47～58×1.8mm的玻璃管，所述玻璃外管(1)为Φ70×1.8mm的玻璃管。

4.直通式玻璃真空管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

下料及清洗：将玻璃内管(2)的原料玻璃管及玻璃外管(1)的原料玻璃管分别切割成段，并清洗干净；

玻璃内管(2)与波纹管熔接加工：将两段玻璃内管(2)分别与金属波纹管(5)的两端熔接为一体组成内管组件；

清洗内管组件并镀膜：将内管组件清洗干净，并在所述内管组件外壁上磁控溅射选择性涂层(3)；

装卡：在内管组件上装配不锈钢支撑卡(4)及消气剂(7)；

内管组件与玻璃外管(1)装配：将内管组件装配到玻璃外管(1)内，并将所述内管组件与玻璃外管(1)进行熔接，一端密封，一端设置排气管(6)；

排气、烤销：将内管组件与玻璃外管(1)之间的空间进行真空处理，并将排气管(6)烤销。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述玻璃内管(2)与波纹管熔接加工步骤中，在熔接前对所述金属波纹管(5)进行预氧化润湿处理。

6.由权利要求1所述直通式玻璃真空管组成的空气集热器，其特征在于，至少包括一组由所述直通式玻璃真空管(8)构成的集热器单元体，所述单元体包括15～20根直通式玻璃真空管(8)、上联箱(9)、下联箱(11)，所述直通式玻璃真空管(8)的一端插入上联箱(9)开口的硅胶圈内，另一端插入下联箱(11)开口的硅胶圈内，组成玻璃真空管集热器单元体，将N组集热器单元体通过管道连通组成空气集热器，N为正整数。

7.根据权利要求6所述的空气集热器，其特征在于，所述单元体还包括硅胶保温套(10)，所述上联箱(9)与下联箱(11)之间设有纵向排列的数排直通式玻璃真空管(8)，最上排的直通式玻璃真空管(8)的一端插入上联箱(9)开口的硅胶圈内，另一端通过硅胶保温套(10)和与其相邻的一排的直通式玻璃真空管(8)相连通，最下排的直通式玻璃真空管(8)的一端插入下联箱(11)开口的硅胶圈内，另一端通过硅胶保温套(10)和与其相邻的一排的直通式玻璃真空管(8)相连，排列在最上排与最下排之间的直通式玻璃真空管(8)上下排之间通过所述硅胶保温套(10)相连通。

8.根据权利要求6或7所述的集热器，其特征在于，所述上联箱(9)内设有保温材料(12)。

9.根据权利要求6或7所述的集热器，其特征在于，所述上联箱出口(14)和所述下联箱进口(13)的管径均为Φ100mm。

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