CN107062660B - 金属直通真空集热管的端部密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属直通真空集热管的端部密封结构，包括金属内管和罩玻璃管，金属内管穿插在所述罩玻璃管的内部且金属内管的两端伸出所述罩玻璃管的外部，罩玻璃管的两端与金属内管之间均设有密封结构，密封结构包括联接套、波纹管、端盖、端盖过渡套和异形法兰，联接套的中部设有内孔，金属内管穿插在联接套的内孔内且金属内管与联接套密封连接，联接套的下端与所述波纹管的下端密封连接，波纹管的上端与异形法兰的下端密封连接，异形法兰的外表面与端盖的内表面密封连接，端盖与端盖过渡套固定连接从而构成端盖组焊件，所述端盖组焊件与罩玻璃管熔封连接；本发明在高温高压下可以实现稳定密封，增加装置的气密性。

Description

金属直通真空集热管的端部密封结构

技术领域

本发明属于太阳能应用领域，具体涉及一种金属直通真空集热管的端部密封结构。

背景技术

太阳能集热管是通过将太阳光经槽型抛物面反射形成线性光斑带，集热管放置于光斑带上，吸收热量并加金属内管中的物质，为减少集热管的热损失，必须将金属内管和玻璃外管之间抽成真空，目前一般生产中将真空度控制在0.013Pa，因此，金属内管和玻璃的封接处要保证紧密连接，使漏气率尽量降低。

但前常用的可伐合金与太阳能高硼玻璃热膨胀系数存在较大差值，二者很难直接进行封接，生产中通常是添加一段过渡玻璃来解决封接的问题，过渡玻璃的膨胀系数介于玻璃与金属之间，其两端分别与金属和玻璃外管封接，以达到减小应力，实现密封的技术效果，如专利号为“201010116612.9”的中国专利，即公开了一种太阳能集热管金属与玻璃的封接方法，但该专利过渡玻璃与玻璃外管是采用刀口切入玻璃的方式进行熔封，这种刀口封接方式机械强度较小，过渡玻璃与玻璃外管在高温、高压力、热应力或外力磕碰的作用下易脱离，刀口封接方式不能实现自动化量产。增加漏气的可能性，最终降低整个装置的气密性，因此，研制一种过渡玻璃与玻璃外管间的连接方式，增加真空集热管的气密性，一直是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足一种金属直通真空集热管的端部密封结构，本金属直通真空集热管的端部密封结构在高温高压下可以实现稳定密封，增加装置的气密性。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种金属直通真空集热管的端部密封结构，包括金属内管和罩玻璃管，所述金属内管穿插在所述罩玻璃管的内部且金属内管的两端伸出所述罩玻璃管的外部，所述罩玻璃管的两端与金属内管之间均设有密封结构，所述密封结构包括联接套、波纹管、端盖、端盖过渡套和异形法兰，所述联接套的中部设有内孔，所述金属内管穿插在联接套的内孔内且所述金属内管与联接套密封连接，所述联接套的下端与所述波纹管的下端密封连接，所述波纹管的上端与异形法兰的下端密封连接，所述异形法兰的外表面与端盖的内表面密封连接，所述端盖与端盖过渡套固定连接从而构成端盖组焊件，所述端盖组焊件与罩玻璃管熔封连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述端盖采用U型弹性波节结构，所述端盖由内孔翻直边段、底部波节段和第一外圆翻边段从内向外依次连接组成。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述端盖过渡套采用U型弹性波节结构，所述端盖过渡套由第二外圆翻边段、外圆翻直边段及内孔翻边段从外向内依次连接组成。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述端盖和端盖过渡套采用层叠式焊接方式，所述端盖的第一外圆翻边段采用骑缝金属焊接方式与所述端盖过渡套的第二外圆翻边段密封连接从而构成端盖组焊件，所述端盖组焊件为双U型波节结构，所述端盖组焊件中的端盖过渡套的外圆翻直边段与罩玻璃管的端部熔封连接，所述端盖的内孔翻直边段与端盖过渡套的第二外圆翻边段的距离是1～40mm。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述波纹管由上水平端面、中部波纹段和下水平端面依次连接组成。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述异形法兰采用冲压件形式，所述异形法兰由外圆面段、弧形波节段、底部翻边段从上向下依次连接组成。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述异形法兰的底部翻边段通过骑缝金属焊接方式与所述波纹管的上水平端面密封连接，所述异形法兰的外圆面段通过骑缝金属焊接方式与所述端盖的内孔的侧壁密封连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述波纹管的内径小于异形法兰上端的水平端面的直径，所述异形法兰采用硬态材料，所述波纹管内径大于金属内管外径，所述异形法兰与波纹管环形焊接方式，所述异形法兰上端的水平端面与联接套上端的水平端面的距离是1～40mm，所述异形法兰的厚度为0.3mm～1mm，所述端盖的厚度为0.3mm～1mm，所述端盖过渡套的厚度为0.3mm～1mm，所述端盖和端盖过渡套为弹性金属材质。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述联接套的上端设有端部缩口部分，所述联接套的端部缩口部分采用金属焊接方式与金属内管的外表面密封连接，所述联接套的下端设有底部水平翻边段，所述联接套下端的底部水平翻边段通过骑缝金属焊接方式与波纹管的下水平端面密封连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述金属内管和罩玻璃管之间为真空夹层，所述金属内管上带有选择性吸收涂层，所述金属内管为等径直通管，所述金属内管是不锈钢管、铜管或内铜外钢结构的金属复合管，所述的罩玻璃管为中硼硅玻璃或高硼硅玻璃，所述罩玻璃管的膨胀系数为(3.0x10^-6)m/K～(8.0x10^-6)m/K，所述端盖和端盖过渡套的膨胀系数为(4.0x10^-6)m/K～(6.0x10^-6)m/K。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明中的端盖和端盖过渡套采用层叠式样弹性双U型设计，确保罩玻璃管受到外力时候，抵消端盖组焊件与罩玻璃管膨胀时的膨胀差，从而确保端盖组焊件与罩玻璃管熔封性能安全可靠；玻璃金属熔封面为端盖过渡套的外圆翻直边段，相比传统的刀口封性能更可靠，更适应自动化量产，熔封的封接强度大幅增加，在高温、高压力作用下不易脱落，密封性能更好。由于金属内管和罩玻璃管之间为真空夹层，在防腐处理方面，只需要对端盖进行防腐处理，端盖过渡套由于处于真空环境，无需对其防腐处理。

(2)本发明相比国内外常用的车削加工的台阶式法兰,台阶式法兰的成品与波纹管材料壁厚差异性大，焊接效果不好，本发明的异形法兰采用冲压件形式，采用薄板冲压形式，材料壁厚与波纹管壁厚相近，容易焊接，焊接效果好；适合大批量生产，还节约用料；异形法兰的材料为硬态，更好的承受金属内管高温变形所带来的线性膨胀。

(3)本发明的波纹管的内径小于异形法兰上端的水平端面的直径，且异形法兰所选材料为硬态，可以有效的防止波纹管滑动过程中的径向跳动，波纹管在异形法兰轴向挤压，波纹管内径大于金属内管外径，可以防止波纹管与金属内管受热后的滑动摩擦，更好的提高波纹管使用寿命，波纹管处于罩玻璃管内部的较好的环境状态下，相比同类产品的外置波纹管，对波纹管防腐起到很好的保护。相比外置波纹管，本发明采用的内置波纹管更好的降低自身的热损。异形法兰与波纹管采用的环形焊接方式更易焊接，能大幅度提高焊接效率和焊接质量。

(4)本发明的联接套采用端部缩口方式，减少了金属内管与联接套的焊接面，降低了工作状态下的金属内管的热量损失。

附图说明

图1为本发明的整体外形图。

图2为本发明的整体剖视图。

图3为本发明的密封结构的放大剖视图。

图4为本发明的端盖的剖视图。

图5为本发明的端盖过渡套的剖视图。

图6为本发明的端盖组焊件的剖视图。

图7为本发明的端盖组焊件与罩玻璃管熔封连接的剖视图。

图8为本发明的波纹管的剖视图。

图9为本发明的异形法兰的剖视图。

图10为现有技术的台阶式法兰和本发明的异形法兰的剖视对比图。

图11为本发明的波纹管、异形法兰和端盖依次连接的剖视图。

图12为本发明的联接套的剖视图。

图13为本发明的联接套和波纹管的剖视图。

具体实施方式

下面根据图1和图13对本发明的具体实施方式作出进一步说明：

图1为一种金属直通真空集热管的端部密封结构的整体结构示意图，图2为一种金属直通真空集热管的端部密封结构的整体剖视图，具体结构如图3所示，包括金属内管1和罩玻璃管7，金属内管1穿插在罩玻璃管7的内部且金属内管1的两端伸出罩玻璃管7的外部，罩玻璃管7的两端与金属内管1之间均设有密封结构，密封结构包括联接套2、波纹管3、端盖5、端盖过渡套4和异形法兰6，联接套2的中部设有内孔，金属内管1穿插在联接套2的内孔内且金属内管1与联接套2密封连接，联接套2的下端与波纹管3的下端密封连接，波纹管3的上端与异形法兰6的下端密封连接，异形法兰6的外表面与端盖5的内表面密封连接，端盖5与端盖过渡套4固定连接从而构成端盖组焊件，端盖组焊件与罩玻璃管7熔封连接。其中密封结构保证了金属内管1和罩玻璃管7的同心。金属内管1的两端和中部均为等径，金属内管1的左右两端均采用联接套2、波纹管3、异形法兰6和端盖组焊件依次由内到外依次构成。金属内管1为直通金属内管。

本实施例中，参见图4，端盖5采用U型弹性波节结构，端盖5由内孔翻直边段5-1、底部波节段5-3和第一外圆翻边段5-2从内向外依次连接组成。

本实施例中，参见图5，端盖过渡套4采用U型弹性波节结构，端盖过渡套4由第二外圆翻边段4-1、外圆翻直边段4-2及内孔翻边段4-3从外向内依次连接组成。

本实施例中，参见图6，端盖5和端盖过渡套4采用层叠式焊接方式，端盖5的第一外圆翻边段5-2采用骑缝金属焊接方式与端盖过渡套4的第二外圆翻边段4-1密封连接从而构成端盖组焊件，端盖组焊件为双U型波节结构，端盖组焊件中的端盖过渡套4的外圆翻直边段4-2与罩玻璃管7熔封连接(熔封位置为图6中标有实心剖面线的区域，具体熔封后的结构如图7所示)，端盖5的内孔翻直边段5-1与端盖过渡套4的第二外圆翻边段4-1的距离L是1～40mm。本实施例中的端盖5和端盖过渡套4采用层叠式样弹性双U型设计，确保端盖组焊件与罩玻璃管7熔封性能安全可靠；本实施例中的玻璃金属熔封面为端盖过渡套4的外圆翻直边段4-2，相比传统的刀口封性能更可靠，更适应自动化量产，熔封的封接强度大幅增加，在高温、高压力作用下不易脱落，密封性能更好。金属内管1和罩玻璃管7之间为真空夹层，在防腐处理方面，只需要对端盖5进行防腐处理，端盖过渡套4由于处于真空环境，无需对其防腐处理。

本实施例中，参加图8，波纹管3由上水平端面3-1、中部波纹段3-2和下水平端面3-3依次连接组成。

本实施例中，参见图9，异形法兰6采用冲压件形式，异形法兰6由外圆面段6-1、弧形波节段6-2、底部翻边段6-3从上向下依次连接组成。参见图10，相比国内外常用的车削加工的台阶式法兰，如图10中的(a),台阶式法兰的成品与波纹管3材料壁厚差异性大，焊接效果不好。本发明使用的异形法兰6采用冲压件形式，如图10中的(b)，采用薄板冲压形式，材料壁厚与波纹管3壁厚相近，容易焊接，焊接效果好。适合大批量生产，还节约用料。异形法兰6的材料为硬态，更好的承受金属内管1高温变形所带来的线性膨胀。

本实施例中，参见图10中的(b)，异形法兰6的底部翻边段6-3通过骑缝金属焊接方式与波纹管3的上水平端面3-1密封连接，异形法兰6的外圆面段6-1的外表面通过骑缝金属焊接方式与端盖5的内孔的侧壁密封连接(如图11中焊接位置8)。

本实施例中，当金属内管1受热线性膨胀后，带动与之焊接的联接套2挤压波纹管3沿金属内管1轴线方向滑动，由于波纹管3的内径小于异形法兰6上端的水平端面的直径，且异形法兰6所选材料为硬态，可以有效的防止波纹管3滑动过程中的径向跳动，波纹管3在异形法兰6轴向挤压，波纹管3内径大于金属内管1外径，可以防止波纹管3与金属内管1受热后的滑动摩擦，更好的提高波纹管3使用寿命，波纹管3处于罩玻璃管7内部的较好的环境状态下，相比同类产品的外置波纹管3，对波纹管3防腐起到很好的保护,相比外置波纹管3，本发明采用的内置波纹管3能更好的降低自身的热损。异形法兰6与波纹管3采用环形焊接方式，该焊接方式更易焊接，能大幅度提高焊接效率和焊接质量，异形法兰6上端的水平端面与联接套2上端的水平端面的距离是1～40mm，所述异形法兰6的厚度为0.3mm～1mm，所述端盖5的壁厚为0.3mm～1mm，处于软态，所述端盖过渡套4的壁厚为0.3mm～1mm，处于软态，端盖5和端盖过渡套4为弹性金属材质，采用的薄壁弹性更有利于卸载罩玻璃管7外力。本实施例中端盖5和端盖过渡套4组合成的端盖组焊件为外过渡双U型弹性结构，确保罩玻璃管7受到外力时候，抵消端盖组焊件与罩玻璃管7膨胀时的膨胀差。

本实施例中，参见图12,联接套2的上端设有端部缩口部分2-1，联接套2的端部缩口部分2-1采用金属焊接方式与金属内管1的外表面密封连接(具体焊接位置为10)，联接套2的下端设有底部水平翻边段2-2，联接套2下端的底部水平翻边段2-2通过骑缝金属焊接方式与波纹管3的下水平端面3-3密封连接(如图13所示)。联接套2采用端部缩口方式，减少了金属内管1与联接套2的焊接面，降低了工作状态下的金属内管1的热量损失。

本实施例中，金属内管1上带有选择性吸收涂层，金属内管1为等径直通管，金属内管1是不锈钢管、铜管或内铜外钢结构的金属复合管，罩玻璃管7为中硼硅玻璃或高硼硅玻璃，罩玻璃管7的膨胀系数为(3.0x10^-6)m/K～(8.0x10^-6)m/K，端盖5和端盖过渡套4的膨胀系数为(4.0x10^-6)m/K～(6.0x10^-6)m/K。

首先，在金属内管1与罩玻璃管7的一端之间安装密封结构，再在金属内管1与罩玻璃管7的另一端之间安装密封结构，罩玻璃管7的两端与金属内管1之间均安装密封结构，使所述金属内管1和罩玻璃管7之间保持稳定的真空夹层，现在具体阐述一下密封结构的安装过程：先将端盖5与端盖过渡套4金属焊接成一个端盖组焊件，然后端盖组焊件与罩玻璃管7熔封焊接，再将异形法兰6的外圆边与端盖5的内圆边骑缝金属焊接密封，焊接过程中产生释放大量热量被浇灌在端盖5中的底部波节段5-3中的冷凝水9蒸发带走，避免由于端盖5过热而导致罩玻璃管7破裂问题，其次将联接套2的上端的端部缩口部分2-1与金属内管1的外表面焊接固定，联接套2下端的底部水平翻边段2-2通过骑缝金属焊接方式与波纹管3的下水平端面3-3密封连接，最后将异形法兰6的底部翻边段6-3通过骑缝金属焊接方式与波纹管3的上水平端面3-1密封连接同时保证金属内管1和罩玻璃管7之间为真空夹层；同理，金属内管1与罩玻璃管7的另一端之间安装密封结构的具体步骤如上所述。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种金属直通真空集热管的端部密封结构，其特征在于：包括金属内管(1)和罩玻璃管(7)，所述金属内管(1)穿插在所述罩玻璃管(7)的内部且金属内管(1)的两端伸出所述罩玻璃管(7)的外部，所述罩玻璃管(7)的两端与金属内管(1)之间均设有密封结构，所述密封结构包括联接套(2)、波纹管(3)、端盖(5)、端盖过渡套(4)和异形法兰(6)，所述联接套(2)的中部设有内孔，所述金属内管(1)穿插在联接套(2)的内孔内且所述金属内管(1)与联接套(2)密封连接，所述联接套(2)的下端与所述波纹管(3)的下端密封连接，所述波纹管(3)的上端与异形法兰(6)的下端密封连接，所述异形法兰(6)的外表面与端盖(5)的内表面密封连接，所述端盖(5)与端盖过渡套(4)固定连接从而构成端盖组焊件，所述端盖组焊件与罩玻璃管(7)熔封连接；所述端盖(5)采用U型弹性波节结构，所述端盖(5)由内孔翻直边段(5-1)、底部波节段(5-3)和第一外圆翻边段(5-2)从内向外依次连接组成；所述端盖过渡套(4)采用U型弹性波节结构，所述端盖过渡套(4)由第二外圆翻边段(4-1)、外圆翻直边段(4-2)及内孔翻边段(4-3)从外向内依次连接组成， 所述异形法兰(6)采用冲压件形式，所述异形法兰(6)由外圆面段(6-1)、弧形波节段(6-2)、底部翻边段(6-3)从上向下依次连接组成。

2.根据权利要求1所述的金属直通真空集热管的端部密封结构，其特征在于：所述端盖(5)和端盖过渡套(4)采用层叠式焊接方式，所述端盖(5)的第一外圆翻边段(5-2)采用骑缝金属焊接方式与所述端盖过渡套(4)的第二外圆翻边段(4-1)密封连接从而构成端盖组焊件，所述端盖组焊件为双U型波节结构，所述端盖组焊件中的端盖过渡套(4)的外圆翻直边段(4-2)与罩玻璃管(7)的端部熔封连接，所述端盖(5)的内孔翻直边段(5-1)与端盖过渡套(4)的第二外圆翻边段(4-1)的距离是1～40mm。

3.根据权利要求1所述的金属直通真空集热管的端部密封结构，其特征在于：所述波纹管(3)由上水平端面(3-1)、中部波纹段(3-2)和下水平端面(3-3)依次连接组成。

4.根据权利要求1所述的金属直通真空集热管的端部密封结构，其特征在于：所述异形法兰(6)的底部翻边段(6-3)通过骑缝金属焊接方式与所述波纹管(3)的上水平端面(3-1)密封连接，所述异形法兰(6)的外圆面段(6-1)通过骑缝金属焊接方式与所述端盖(5)的内孔的侧壁密封连接。

5.根据权利要求4所述的金属直通真空集热管的端部密封结构，其特征在于：所述波纹管(3)的内径小于异形法兰(6)上端的水平端面的直径，所述异形法兰(6)采用硬态材料，所述波纹管(3)的内径大于金属内管(1)的外径，所述异形法兰(6)与波纹管(3)采用环形焊接方式，所述异形法兰(6)上端的水平端面与联接套(2)上端的水平端面的距离是1～40mm，所述异形法兰(6)的厚度为0.3mm～1mm，所述端盖(5)的厚度为0.3mm～1mm，所述端盖过渡套(4)的厚度为0.3mm～1mm，所述端盖(5)和端盖过渡套(4)为弹性金属材质。

6.根据权利要求1所述的金属直通真空集热管的端部密封结构，其特征在于：所述联接套(2)的上端设有端部缩口部分(2-1)，所述联接套(2)的端部缩口部分(2-1)采用金属焊接方式与金属内管(1)的外表面密封连接，所述联接套(2)的下端设有底部水平翻边段(2-2)，所述联接套(2)下端的底部水平翻边段(2-2)通过骑缝金属焊接方式与波纹管(3)的下水平端面(3-3)密封连接。

7.根据权利要求1所述的金属直通真空集热管的端部密封结构，其特征在于：所述金属内管(1)和罩玻璃管(7)之间为真空夹层，所述金属内管(1)上带有选择性吸收涂层，所述金属内管(1)为等径直通管，所述金属内管(1)是不锈钢管、铜管或内铜外钢结构的金属复合管，所述的罩玻璃管(7)为中硼硅玻璃或高硼硅玻璃，所述罩玻璃管(7)的膨胀系数为3.0x10^-6m/K～8.0x10^-6m/K，所述端盖(5)和端盖过渡套(4)的膨胀系数为4.0x10^-6m/K～6.0x10^-6m/K。

Images