CN102878714B - 翻边倒封式玻璃金属真空集热管 - Google Patents

Abstract

翻边倒封式玻璃金属真空集热管是一种应用于太阳能集热装置中的吸热管，采用玻璃—金属封接，通过玻璃外管翻边结构，使玻璃—金属封接接口由承受拉力改为承受压力，接口受力能力大大增加，降低了集热管在使用中的损坏率，使封接和伸缩差补偿装置整个结构更加紧凑，集热管有效采光面积得到提高，玻璃—金属封接接口处温度波动降低。

Description

翻边倒封式玻璃金属真空集热管

所属技术领域

本发明涉及一种太阳能集热装置，特别是一种玻璃—金属封接的真空太阳能集热管。

背景技术

目前，高温太阳能集热管大都是采用的金属内管和玻璃外管及玻璃—金属封接技术，并且玻璃与金属的接口都是在玻璃外管的延长线上，或是在玻璃外管扩口或缩口后的延长线上，由于高温下，玻璃与金属存在巨大伸缩差，尽管采用了各种封接结构和波纹管来吸收伸缩差，因为玻璃与金属的接口都是在玻璃外管的延长线上，当波纹管拉伸或压缩到一定程度时，金属管伸长或压缩及真空对波纹管的收缩力，最终对玻璃与金属的接口产生的都是拉力，而玻璃的特性是抗压不抗拉，抗拉力仅是抗压力的1/7-1/10，加上玻璃—金属封接主要是靠金属上薄薄一层氧化膜和玻璃结合，结合力较小，抗拉力更小，因此，目前技术制作的高温太阳能集热管，在使用中损坏率较高的主要原因，就是玻璃与金属封接口处的拉应力无法消除。例如：SCHOTT专利DE10231467.5CN1495394和SOLEL专利CN1608189，及CN101832671A专利，其玻璃—金属的封接口都位于玻璃外管的延长线上，或缩口后的延长线上。CN1837715专利虽然用翻边结构解决了部分轴向力问题，但其玻璃—金属粘接连接方式，使玻璃与金属的径向伸缩差无法解决，会对其造成较大破坏，加上其玻璃—金属粘接连接方式，不能满足制造时高温真空排气要求，也不能满足反复大温差下长时间使用不漏气的要求。

发明内容

为了解决集热管使用中的玻璃—金属封接接口拉应力问题，本发明提供了一种新的封接结构，使金属伸长对玻璃产生的拉应力变为了压应力，玻璃—金属的封接接口轴向只受压应力，大幅提高了集热管受力性能，减小了集热管在使用中的损坏率。

本发明采用的技术方案是：对集热管玻璃外管端部进行热加工，将端部向外或向内制成台阶状或翻边成喇叭口形或者U形，或者制成法兰盘状，再在翻边或法兰盘背离玻璃外管端部面，和薄壁金属过渡管进行玻璃—金属封接，薄壁金属过渡管另一端再翻过来通过波纹管或辐板结构和金属内管相连；也可采用一段直径比玻璃外管直径大或小的玻璃管先和薄壁金属过渡管进行玻璃—金属封接，再把玻璃管和玻璃外管套在一起熔封成U形结构，薄壁金属过渡管另一端再翻过来通过波纹管或辐板结构和金属内管相连，金属过渡管采用薄壁或薄刃锥形壁结构，通过薄壁变形能力补偿玻璃—金属径向伸缩差，波纹管安装时，进行预压缩，在真空状态下，波纹管对两端产生拉力或和预压缩力抵消，波纹管一端连在金属内管上，真空对波纹管产生的拉力，通过波纹管另一端相连的薄壁金属过渡管反过来，变成了对玻璃—金属封接接口产生的压力，金属内管受热大幅伸长时，对波纹管进一步产生拉力，拉力通过薄壁金属过渡管和翻边结构也变成了对玻璃—金属封接接口产生的压力，而伸缩差由波纹管变形补偿，波纹管可采用薄壁高波高的波纹管，以增大伸缩量，减小反弹力，减小遮光面积，加上玻璃外管层、玻璃—金属封接接口层、波纹管层的三层结构，使封接和伸缩差补偿装置整个结构非常紧凑，集热管有效采光面积得到提高，在玻璃外管和玻璃—金属封接接口层相对的内面可镀上消气剂，形成反光镜面，防止光线照射到玻璃—金属封接接口上，又能使光线反射回金属吸热管，也避免了消气剂对有效采光面积的占用，一种结构达到了多种有益效果，加上波纹管层对玻璃—金属封接接口层的保护，或在波纹管层外面再加一层反光隔热保护层，使玻璃—金属封接接口处温度波动降到最小，也进一步减小了接口的损坏率。

本发明与已知技术相比的优点是：玻璃—金属封接接口由承受拉力改为承受压力，使接口受力能力大大增加，降低了集热管在使用中的损坏率，使封接和伸缩差补偿装置整个结构更加紧凑，集热管有效采光面积得到提高，玻璃—金属封接接口处温度波动降低，更进一步降低了集热管在使用中的损坏率。

附图说明

图1实施例1

图2实施例2

图3实施例3

图4实施例4

图5实施例5

图6薄壁金属过渡管音叉形封接边

图中1.带涂层金属内管；2.外端盖；3.倒封玻璃管；3′.喇叭口形翻边；3″.法兰盘；4.玻璃—金属封接接口；5.支架；6.波纹管；7.保护罩；8.连接件；9.薄壁金属过渡管；10.消气剂；11.玻璃外管；12.外辐板；13.轮圈；14.内辐板；15.梯形保护罩；

具体实施方式

下面结合附图详细说明：

在图1中，倒封玻璃管3，由一段直径比玻璃外管11大的玻璃管构成，倒封玻璃管3一端先和薄壁金属过渡管9熔封或钎封好，再和玻璃外管11同心套在一起，两个玻璃管端熔封或钎封密封连接；倒封玻璃管3壁厚应大或在金属封接部增厚，两个玻璃管连接处也应增厚，保证受力强度；薄壁金属过渡管9再通过连接件8折回来和波纹管6相连接，波纹管6通过外端盖2和带涂层金属内管1连接；薄壁金属过渡管9也可用连接件8一体冲拉成形，和玻璃封接部尽可能薄或制成锥形薄边，用薄壁变形能力，消除玻璃金属之间径向应力，也可采用图6所示音叉形封接边或T、L字形封接边，用金属包玻璃或金属玻璃贴边封接形式，可进一步增强玻璃—金属封接承受压力能力，薄壁金属过渡管材料可用不锈钢、无氧铜或可伐合金，薄壁金属过渡管除圆柱形外也可制成锥形，连接件8可制成圆环形或U形；波纹管可采用薄壁高波高的波纹管，以增大伸缩量，减小反弹力，缩短长度，减小遮光面积，形状除采用圆筒形外，也可采用锥形、椭圆形等；当所采用波纹管不足以支撑内、外管时，可在玻璃外管内面或外面采用支撑装置5，因其是成熟技术，不再详述；在波纹管外面可设置保护罩7，一端和外端盖2或连接件8相连，起到进一步隔热保护接口作用；在玻璃外管和玻璃—金属封接接口层相对的内面可镀上消气剂10，形成反光镜面，也可先镀上反光层再镀上消气剂，防止光线通过玻璃外管照射到玻璃—金属封接接口上，又能使光线反射回金属吸热管，也避免了消气剂对有效采光面积的占用，一种结构达到了多种有益效果；波纹管安装时，进行预压缩，在真空状态下，波纹管对两端产生拉力或和预压缩力抵消，也可剩下少量压力，波纹管一端连在金属内管上，真空对波纹管产生的拉力，通过波纹管另一端相连的薄壁金属过渡管反过来，变成了对玻璃—金属封接接口产生的压力，金属内管受热大幅伸长时，对波纹管进一步产生拉力，拉力通过薄壁金属过渡管和翻边结构也变成了对玻璃—金属封接接口产生的压力，而伸缩差由波纹管变形补偿；由保护罩、波纹管、封接层、玻璃外管、消气剂反光层组成的多层结构，使封接和伸缩差补偿装置整个结构更加紧凑，集热管有效采光面积得到提高，玻璃—金属封接接口处温度波动降低，玻璃—金属封接接口轴向由承受拉力改为承受压力，使接口受力能力大大增加，降低了集热管在使用中的损坏率。在图2中，保护罩7和支架5整合到一起，除保护罩7外，整个装置被设置在玻璃外管11与带涂层金属内管1之间，在连接件8外面可增加反光片，防止光线通过消气剂10折射到接口上，消气剂10也可镀到反光片上，其它同图1；组装时，应先将倒封玻璃管3、薄壁金属过渡管9、连接件8、波纹管6依次连接好，再和玻璃外管连接，除具有图1优点外，结构更加紧凑。

在图3中，倒封玻璃管3由喇叭口形翻边3′代替，喇叭口形翻边也可制成圆弧形、台阶形、U形等凸出于玻璃外管的形状，以形成反向封接面，支架5设置在玻璃外管内面，其它同图1。

在图4中，在喇叭口形翻边3′背离玻璃外管端部面和薄壁金属过渡管9进行玻璃—金属封接，薄壁金属过渡管9通过内辐板14和轮圈13相连，轮圈13通过外辐板12和带涂层金属内管1连接，喇叭口形翻边也可制成圆弧形、台阶形、U形、法兰盘形等凸出于玻璃外管的形状，玻璃—金属封接可采用熔封、压封、钎封等各种封接方式，但都应封在背离玻璃外管端面一侧，以形成压应力；玻璃与金属的伸缩差由内、外辐板相对摆动来吸收，并产生对接口的压力，内、外辐板可制成波纹盘式，增大摆动量；薄壁金属过渡管9也可由内辐板冲拉后制成，轮圈可制成空心，以利隔热，外面可设置梯形保护罩15或制成矩形保护罩。

在图5中，翻边或倒封玻璃管由法兰盘3″代替，该结构用于大外径、小内径和小直径波纹管的内聚光集热管或热管等，消气剂10镀在连接件8外面或保护罩7上，其它同图1，其优点是有效采光面积更大。

图6是薄壁金属过渡管9的一种音叉形封接边形状，和玻璃封接时包住玻璃边或贴住玻璃边，玻璃金属接触面积要尽可能小，以减小膨胀伸缩差，音叉形封接边也可用T、L形来代替。音叉形、T、L形也可制成中间外凸形，让玻璃凹形包贴住金属，玻璃金属膨胀伸缩差对玻璃产生的是压力。

本发明中，除带涂层金属内管相对玻璃外管同心设置外，也可偏心设置，用于内聚光；封接和伸缩差补偿装置可设置在集热管一端或两端。

本发明中，带涂层金属内管内、外面可根据需要增加片状、螺旋状肋片，辐助吸热、散热。

本发明除用于高温集热系统外，也可用于中温和低温，在中、低温使用中，本发明所用波纹管可缩短长度，增加壁厚，取消支架；实施例4的辐板，可只用内波纹盘。

本发明实施例中其构件可交叉组合使用，排气口可设置在外端盖上或玻璃管上。消气剂可单用非蒸散式或蒸散式，也可两种同时使用。

实施例1-5，仅是具有代表性的5个具体实施方法，并不代表所有实施例，所有采用翻边、倒封结构使玻璃—金属封接接口产生压力的均处于本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用太阳能的翻边倒封式玻璃金属真空集热管，包括：金属内管、玻璃外管，其特征是：将玻璃外管端部向外或向内翻边，再在翻边背离玻璃外管端部面和金属过渡管进行玻璃-金属封接，金属过渡管另一端再翻过来通过波纹管或辐板结构和金属内管相连。

2.一种利用太阳能的翻边倒封式玻璃金属真空集热管，包括：金属内管、玻璃外管，其特征是：还包括倒封玻璃管，其为一段直径比玻璃外管直径大或小的短玻璃管并与玻璃外管套在一起，玻璃外管端部和短玻璃管一端面熔封成U形结构，短玻璃管背离玻璃外管端部的另一端面和一金属过渡管进行玻璃-金属封接，金属过渡管另一端再翻过来通过波纹管或辐板结构和金属内管连接。

3.一种利用太阳能的翻边倒封式玻璃金属真空集热管，包括：金属内管、玻璃外管，其特征是：玻璃外管端部封接有法兰盘，法兰盘在其背离玻璃外管端部面与一金属过渡管进行玻璃-金属封接，金属过渡管另一端再翻过来通过波纹管或辐板结构和金属内管连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的翻边倒封式玻璃金属真空集热管，其特征是：金属内管相对玻璃外管同心布置或偏置。