CN104482681A

CN104482681A - 一种波纹管封装结构

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Publication number: CN104482681A
Application number: CN201410708877.6A
Authority: CN
Inventors: 康雪慧
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2015-04-01

Abstract

本发明提供一种波纹管封装结构，既能降低波纹管温度，又能允许清洗波纹管表面。其包括：波纹管、玻璃管及钢管；与所述波纹管的一端连接的一第一金属环；与所述波纹管的另一端连接的一第二金属环；一端与玻璃管封接，另一端与第二金属环连接的一第三金属环；所述第二金属环为具有斜面的结构，向钢管末端张开。第二金属环所具有的斜面结构，使得清洗工具容易伸入波纹管封装结构中，且清洗用液体也可很方便的排出。且第二金属环同时可以隔绝一部分太阳辐射，降低波纹管的温度。有效的防止杂质颗粒或清洁液体在高温作用下对波纹管造成腐蚀。大大的提高了波纹管的使用时限，进而提高了集热元件的使用寿命。

Description

一种波纹管封装结构

技术领域

本发明涉及太阳能光热利用技术领域，特别涉及太阳能集热装置，具体涉及一种波纹管封装结构。

背景技术

集热元件(HCE)是太阳能线性聚光集热器的组成部件。太阳能线性聚光集热器是太阳能光热发电电站的集热装置，通过用线性反射镜将太阳光聚集到一条焦线上。在这条焦线的位置放置集热元件，将太阳辐射转化成热能。

集热元件已经实现商业化，典型结构包含一支钢管和与其同心安装的玻璃管。在钢管上镀选择性涂层以提高效率，硼硅玻璃管内外壁均镀有反射涂层，增加太阳辐射对玻璃外管的透过率，提高集热管性能。

玻璃管和钢管之间形成一个环形空间。

为了进一步提高效率，这个环形空间于两端密封并抽真空。

环形空间的密封是通过在钢管和硼硅玻璃管之间安装膨胀装置(波纹管)来实现的。膨胀装置通过金属连接环，一端与玻璃管相连，另一端与钢管相连。

有了膨胀装置，钢管和玻璃管之间的线膨胀量差异问题得以解决。

当集热管在沙漠中使用，在建造和工作过程中，会受到空气带来的颗粒侵袭，在夜间还伴随有水汽凝结，且清洗集热管时对其喷水，这些都会造成腐蚀的问题。集热管的使用寿命要达到25年，在此期间要保持高真空度。结构中薄的地方受到腐蚀是一个严重的问题，如波纹管，受此影响的集热管已安装的就超过一百万支。

由此可知，波纹管的主要破坏因素就是腐蚀，而造成腐蚀的诱因主要有两点：一是清洁不彻底或无法清洁使得杂物颗粒及/或清洁用液体附着在波纹管表面，二是受热传导及热辐射的影响使得波纹管温度过高。

波纹管的安装位置有两种可能，波纹管在外或波纹管在内。波纹管在内相对于在外安装的优点在于可以增加集热管的有效长度，然而用这种结构，杂质容易留存在波纹管的波纹里。在电站建造过程中现场有铁离子，对波纹管这样非常薄的不锈钢件造成腐蚀，而高温下波纹管应力腐蚀爆裂则进一步加剧了这个问题。当波纹管材料内形成碳化铬时发生应力腐蚀。不锈钢中含钛可以使其稳定，同时再减少波纹管材料中的碳含量，可以抑制应力腐蚀问题。波纹管材料中加入钼可以预防点蚀。尽管如此，这些材料在高温下仍然会受到应力腐蚀爆裂的影响，尤其是在有污染物存在的情况下更为严重，在夜间及电站关闭时集热管处于低温状态，水汽凝结在波纹管上，问题还会进一步加剧，再加上杂质形成电解质，波纹管薄壁会受到严重的侵袭。

同时，波纹管一方面受到入射辐射加热，另一方面受到钢管发出的热量加热。

如图1所示的一种波纹管封装结构，由于零件依次排列，减少了集热管的有效长度。即使尝试减短波纹管的长度，但这样波纹管刚度更高，对玻璃金属封接的应力也会增大。

如图2所示的另一种波纹管封装结构，将波纹管装于内部，这样，杂质会在波纹管内积累，根本不能去除。

如图3所示的又一种波纹管封装结构，包括：波纹管2连接环1和环3；环3不是斜面的，清洗用的液体和杂质会留在结构之中，造成腐蚀。商业化的现有产品里，环3离波纹管2的距离很近，清洗工具或喷水用的喷头无法进到这个空腔内。这样，杂质无法清洗出去，在高温下就会导致腐蚀问题。此时波纹管2暴露在钢管7辐射下，导致波纹管温度升高，而进一步带来应力腐蚀。

综上，现有的大部分集热元件，其波纹管封装结构都不能很好的解决清洁困难以及由易腐蚀引起的寿命减短的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种波纹管封装结构，既能降低波纹管温度，又能允许清洗波纹管表面。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种波纹管封装结构，包括波纹管、玻璃管及钢管；其特征在于，

还包括与所述波纹管的一端连接的一第一金属环；

与所述波纹管的另一端连接的一第二金属环；

一端与玻璃管封接，另一端与第二金属环连接的一第三金属环；

所述第二金属环为具有斜面的结构，向钢管末端张开。

具体地，所述斜面的锥度为5°至30°。

进一步地，所述第二金属环的外表面具有防腐涂层，所述防腐涂层的材质包括但不限于火焰喷涂铝、不锈钢、镍铬合金或金属氧化物中的一种；内表面具有低发射涂层，所述低发射涂层的材质包括但不限于银、铝或铜中的一种。

进一步地，还包括包裹在钢管外的一热挡板。

进一步地，所述热挡板具有镀层，其镀层的材质为银、铜或铝中的一种。

进一步地，还包括置于靠近第二金属环连接波纹管的一端的一第一辐射挡板，其阻挡太阳辐射加热第二金属环及波纹管。

进一步地，所述第一辐射挡板为外缘部分具有斜度的一环状结构。

进一步地，所述第一辐射挡板具有镀层，其镀层的材质为铝或银的一种。

进一步地，还包括置于远离第二金属环连接波纹管的一端的一第二辐射挡板。

进一步地，所述第二辐射挡板具有一环底及一圆周壁，所述环底与第二金属环连接，所述壁将第三金属环包围。所述第二辐射挡板与第三金属环之间，设有定位结构。

进一步地，所述环底具有一中空部分，其中空部分的尺寸大于波纹管的最大外缘尺寸。

由上述方案，第二金属环所具有的斜面结构，使得清洗工具容易伸入波纹管封装结构中，且清洗用液体也可很方便的排出。且第二金属环同时可以隔绝一部分太阳辐射，降低波纹管的温度。热挡板用于阻隔钢管放出的辐射，热挡板也可以通过镀银、铜、或铝的方式，进一步降低热挡板和波纹管之间的辐射热传导。由于现在的集热管设计运行温度能达到580摄氏度，热挡板还能降低集热管本身的热损。而第一辐射挡板能够阻挡太阳辐射，进一步避免第二金属环和波纹管被加热。第一辐射挡板同样可以通过镀铝或镀银的方式，得到更好地阻挡效果。第二辐射挡板可以降低对第三金属环输入的热量，进一步减少对波纹管和玻璃金属封接的热传导。

综上，本发明提供的波纹管封装结构通过用热挡板、第一辐射挡板及第二辐射挡板等结构使辐射不能达到波纹管，既能降低波纹管温度，又能很容易清洗波纹管表面而清洁用的水可以很容易从结构中排出。这样可以允许在安装后有效地清洁波纹管，易于排出所有清洗剂。有效的防止杂质颗粒或清洁液体在高温作用下对波纹管造成腐蚀。大大的提高了波纹管的使用时限，进而提高了集热元件的使用寿命。

附图说明

图1为现有一种波纹管封装结构的示意图。

图2为现有另一种波纹管封装结构的示意图。

图3为现有又一种波纹管封装结构的示意图。

图4为本发明实施例的结构示意图。

附图标记说明：1-第一金属环 1’-连接环 2-波纹管 3-第二金属环 3’-环 4-第三金属环5-第一辐射挡板 6-热挡板 7-钢管 8-第二辐射挡板 9-玻璃管

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

实施例1：

如图4所示的波纹管封装结构，应用于集热元件(HCE)中。波纹管2与第一金属环1和第二金属环3分别连接。第二金属环3具有斜面结构，其斜面的锥度为30°，这样易于把清洗工具伸进去，且易于排出清洗用液体。另有第三金属环4的一端和第二金属环3连接，其另一端和玻璃管9通过玻璃金属封接连接。

热挡板6用于阻隔钢管7放出的辐射，热挡板6具有镀层，其镀层材质为银，进一步降低热挡板6和波纹管2之间的辐射热传导。由于现在的集热元件设计运行温度能达到580摄氏度，热挡板6还能降低集热管本身的热损。

另有第一辐射挡板5阻挡太阳辐射，减少经过聚焦的太阳辐射对第二金属环3和波纹管2的照射。避免第二金属环3和波纹管2被加热。第一辐射挡板5具有镀层，其镀层材质为银，以加强对辐射的反射。

另有第二辐射挡板8可以降低对第三金属环4输入的热量，进一步减少对波纹管2和玻璃金属封接的热传导。所述第二辐射挡板与第三金属环之间，设有定位结构，使得第二辐射挡板能够准确定位。第二辐射挡板8具有的环底为中空结构，可供清洁工具深入到波纹管封装结构内清洁波纹管表面。

最后，所述第二金属环的外表面具有防腐涂层，所述防腐涂层的材质选为火焰喷涂铝；内表面具有低发射涂层，所述低发射涂层的材质为银。以达到更佳的隔热效果。

本实施例所举的波纹管封装结构，既方便对波纹管2的清洗及清洗用液体的排出，以防止波纹管2表面有杂物颗粒及液体的残留；又能通过热挡板6、第一辐射挡板5及第二辐射挡板8的作用有效的防止波纹管2被热传导或热辐射加热，以防止波纹管2在高温情况下造成腐蚀或损坏。保证集热元件的真空结构不易损坏，从而提高集热元件的使用寿命。

实施例2：

如图4所示的波纹管封装结构，应用于集热元件(HCE)中。波纹管2与第一金属环1和第二金属环3分别连接。第二金属环3具有斜面结构，其斜面的锥度为5°，这样易于把清洗工具伸进去，且易于排出清洗用液体。另有第三金属环4的一端和第二金属环3连接，其另一端和玻璃管9通过玻璃金属封接连接。

热挡板6用于阻隔钢管7放出的辐射，热挡板6具有镀层，其镀层材质为铜，进一步降低热挡板6和波纹管2之间的辐射热传导。由于现在的集热元件设计运行温度能达到580摄氏度，热挡板6还能降低集热管本身的热损。

另有第一辐射挡板5阻挡太阳辐射，减少经过聚焦的太阳辐射对第二金属环3的照射。避免第二金属环3和波纹管2被加热。第一辐射挡板5具有镀层，其镀层材质为铝，以加强对辐射的吸收/反射。

最后，所述第二金属环的外表面具有防腐涂层，所述防腐涂层的材质选为不锈钢；内表面具有低发射涂层，所述低发射涂层的材质为铝。以达到更佳的隔热效果。

实施例3：

如图4所示的波纹管封装结构，应用于集热元件(HCE)中。波纹管2与第一金属环1和第二金属环3分别连接。第二金属环3具有斜面结构，其斜面的锥度为20°，这样易于把清洗工具伸进去，且易于排出清洗用液体。另有第三金属环4的一端和第二金属环3连接，其另一端和玻璃管9通过玻璃金属封接连接。

热挡板6用于阻隔钢管7放出的辐射，热挡板6具有镀层，其镀层材质为铝，进一步降低热挡板6和波纹管2之间的辐射热传导。由于现在的集热元件设计运行温度能达到580摄氏度，热挡板6还能降低集热管本身的热损。

最后，所述第二金属环的外表面具有防腐涂层，所述防腐涂层的材质选为镍铬合金或金属氧化物；内表面具有低发射涂层，所述低发射涂层的材质为铜。以达到更佳的隔热效果。

上述实施例中，涂层材质的不同，导致产品造价的高低，银最贵，铜次之，铝最经济。热稳定性也不同，铝在一定温度下可以稳定，银和铜耐温更高。另外，银和铜的发射更低(优于铝)，耐温也更高，但银有扩散的问题。工艺不同，这三种材料都可以用磁控溅射的工艺镀制(PVD)，银和铜还可以采用电化学法等其它工艺镀制，但铝只能采用PVD和CVD。对于小批量生产，用银更适合。

以上实施例中的第一金属环、第二金属环、第三金属环及钢管的金属材质可选用不锈钢、碳钢或其他合金，只要能达到产品参数需求，本发明对此不作限定。

上述实施例中，对改进后的结构进行测试，测试条件为先进行1小时盐雾实验，然后将波纹管封装结构模拟工作状态进行疲劳测试，钢管7的工作温度为400度，上述实施例所述的波纹管封装结构均能通过50000次拉伸-压缩循环，而其它结构均在1000次循环以内出现破损。

虽然本发明以前述的实施例描述如上，但其并不能用以限定本发明。本发明所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，做些许的改动与修饰，都在本发明的保护范围内。因此本发明的保护范围当以权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种波纹管封装结构，包括波纹管，玻璃管及钢管；其特征在于，

还包括与所述波纹管的一端连接的一第一金属环；

与所述波纹管的另一端连接的一第二金属环；

所述第二金属环为具有斜面的结构，向钢管末端张开。

2.根据权利要求1所述的波纹管封装结构，其特征在于，所述斜面的锥度为5°至30°。

3.根据权利要求1所述的波纹管封装结构，其特征在于，所述第二金属环的外表面具有防腐涂层，内表面具有低发射涂层；所述防腐涂层的材质选自火焰喷涂铝、不锈钢、镍铬合金或金属氧化物中的一种；所述低发射涂层的材质选自银、铝或铜中的一种。

4.根据权利要求1所述的波纹管封装结构，其特征在于，还包括包裹在钢管外的一热挡板；所述热挡板具有镀层，其镀层的材质为银、铜或铝中的一种。

5.根据权利要求1所述的波纹管封装结构，其特征在于，还包括置于靠近第二金属环连接波纹管的一端的一第一辐射挡板，其阻挡太阳辐射加热第二金属环及波纹管；所述第一辐射挡板为环状结构。

6.根据权利要求5所述的波纹管封装结构，其特征在于，所述环状结构的外缘部分具有斜度结构。

7.根据权利要求5或6任一项所述的波纹管封装结构，其特征在于，所述第一辐射挡板具有镀层，其镀层的材质为铝或银的一种。

8.根据权利要求1所述的波纹管封装结构，其特征在于，还包括置于远离第二金属环连接波纹管的一端的一第二辐射挡板。所述第二辐射挡板具有一环底及一圆周壁，所述环底与第二金属环连接，所述壁将第三金属环包围，所述第二辐射挡板与第三金属环之间，设有定位结构，所述环底具有一中空部分，其中空部分的尺寸大于波纹管的最大外缘尺寸。

9.包含权利要求1至8中任一项所述的波纹管封装结构的太阳能线性聚光集热器。

10.包含权利要求1至8中任一项所述的波纹管封装结构的太阳能光热发电电站。