CN107726638A - 外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，包括玻璃内管和玻璃外管，玻璃外管包括A玻璃外管、B玻璃外管、第一金属圆环、第二金属圆环、第一金属补偿节和第二金属补偿节，A玻璃外管的一端与第一金属补偿节连接，第一金属补偿节与第一金属圆环连接，B玻璃外管的一端与第二金属补偿节连接，第二金属补偿节与第二金属圆环连接，第一金属圆环与第二金属圆环连接，玻璃外管与玻璃内管之间为真空夹层，玻璃内管的两端为直通开口结构；本发明既具有介质流道截面大，流通阻力小，易排净，热效率高，热能利用充分的优点，又能缓冲玻璃内管传递给玻璃外管的线性膨胀应力变化，使玻璃外管不易破裂，保证真空集热管的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，尤其涉及一种外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，可广泛应用于太阳能海水淡化、太阳能采暖和真空保温流体传输医药精细化工等领域。
背景技术
现有技术中，在太阳能热水器行业中，玻璃真空管式太阳能热水器是主导产品，而全玻璃真空太阳能集热管是其核心元件，此种集热管由内玻璃管、外玻璃管，选择性吸收层，弹簧支架，吸气剂等附件组成。内、外玻璃管只有相应的一端的端口同心熔接在一起，中间为真空腔。位于该腔内的弹簧支架支撑内玻璃管，使其可以自由伸缩，以缓冲其因热胀冷缩引起的应力变化，不致于破裂，其形状如一支细长的暖水瓶胆，一端开口另一端密闭成半球形圆头，其不足之处在于：单开口，管内的传热介质双向混流，传热介质及管内杂污难以排净，阻力大，热效率低，热能不能充分利用，且不易防冻；结垢严重。
为此，人们开发了直通式真空集热管：管内传热介质单向流动，传热介质从一端流入管内，而从另一端流出，阻力小，传热介质及杂污易排净，热效率高热能利用充分，易防冻；此种真空集热管大体为两类结构，一类是外管为玻璃质，内管为金属材质，外、内管的相应的两端均通过金属玻璃熔封。该型集热管成本高昂，金属内管抗腐蚀性差，制造生产工艺相对复杂，多应用于槽式高温发电工程；另一类是全玻璃质的直通式真空集热管，如公告号为CN1521474C，名称为“直通式内聚光全玻璃真空太阳集热管”公开的方案，是通过加大内、外玻璃管的直径差量或增加一个凸球的结构来吸收热胀冷缩引起的应力变化，其不足在于，对内玻璃管的集热面积影响较大，且影响传热介质的流通阻力，还有如中国专利ZL99107429.7所公开的方案，内玻璃管为螺旋体型，其进、出接口管均分别穿过外玻璃管同时与其密封式一体化的熔接在一起，其不足在于，内玻璃管呈单根整体式螺旋型，内径很小，阻力很大，吸收集热面积小，热损大，螺旋管内易结水垢且不利于排杂除垢，另外进、出水接口管与外玻璃管的连接强度低，易拉裂，并且工艺较复杂；还有如中国专利ZL99248087.6所公开的方案，进、出水接口管择一或均呈螺旋体型，而内玻璃管的管壁呈连续的螺纹体型，由于进、出水接口管的内径很小而又弯曲，同样存在着ZL99107429.7的不足。
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提供一种外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构。本外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构主要解决常规全玻璃单通真空太阳能集热管流通阻力大，不易排空，不易清除污垢，热效率低以及全玻璃直通管内外玻璃耐热膨胀应力变化破裂的问题；即本发明既具有金属直通式真空集热管的介质流道截面大，流通阻力小，易排净，热效率高，热能利用充分的优点，又能有效的缓冲玻璃内管传递给A玻璃外管和B玻璃外管的线性膨胀应力变化。使A玻璃外管和B玻璃外管更不易破裂，保证了真空集热管的稳定性。还有玻璃内管抗腐蚀，成本低，强度高的优点。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，包括玻璃内管和玻璃外管，所述玻璃外管包括A玻璃外管、B玻璃外管、第一金属圆环、第二金属圆环、第一金属补偿节和第二金属补偿节，所述A玻璃外管的一端与第一金属补偿节连接，所述第一金属补偿节与所述第一金属圆环连接，所述B玻璃外管的一端与第二金属补偿节连接，所述第二金属补偿节与所述第二金属圆环连接，所述第一金属圆环与所述第二金属圆环连接，所述A玻璃外管的另一端与所述玻璃内管的一端通过U型玻璃熔封同心式密封连接，所述B玻璃外管的另一端与所述玻璃内管的另一端通过U型玻璃熔封同心式密封连接，所述玻璃内管位于玻璃外管的内部，所述玻璃外管与所述玻璃内管之间为真空夹层，所述玻璃内管的两端为直通开口结构。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述A玻璃外管的一端与第一金属补偿节熔封连接，所述第一金属补偿节与所述第一金属圆环熔封连接，所述B玻璃外管的一端与第二金属补偿节熔封连接，所述第二金属补偿节与所述第二金属圆环熔封连接，所述第一金属圆环与所述第二金属圆环熔封连接。
作为本发明进一步改进的技术方案，还包括保持架，所述保持架为花形结构，所述保持架位于所述A玻璃外管与所述玻璃内管之间，所述保持架的外缘部分与所述A玻璃外管的内壁相接，所述保持架的内缘部分与所述玻璃内管的外径相接，所述保持架用于保证A玻璃外管与玻璃内管同心。
作为本发明进一步改进的技术方案，还包括蒸散型吸气剂和扁丝金属，所述蒸散型吸气剂通过扁丝金属焊接在所述保持架上，所述扁丝金属为环圈形状。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述玻璃内管的外表面镀有选择型吸热涂层，所述A玻璃外管、B玻璃外管和玻璃内管均采用高硼硅玻璃。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一金属补偿节和第二金属补偿节均采用波节垂直轴线型结构或波节与轴线水平型结构。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一金属补偿节和第二金属补偿节的壁厚为0.1 mm ~1mm，所述第一金属补偿节和第二金属补偿节均为弹性软态。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一金属圆环、第二金属圆环、第一金属补偿节和第二金属补偿节的外表面设有防腐材料，所述第一金属圆环和第二金属圆环的连接缝隙处为无尾型管真空封接口。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述B玻璃外管上设有玻璃排气尾管，所述玻璃排气尾管与B玻璃外管的端部的距离为200 mm ~300mm。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一金属补偿节与所述A玻璃外管的端部的距离为50 mm ~1200mm。
本发明的有益效果为：
本发明将带有波纹形式的第一金属补偿节和第二金属补偿节的玻璃外管与玻璃内管相应的两端同心一体化熔接在一起。因此，复合型金属玻璃外管在抵御热胀冷缩应力变化能力强，更适合类似CPC聚光集热器的使用。在中温环境下，第一金属补偿节和第二金属补偿节可以有效的调节玻璃外管所受应力，此外该型集热管承压运行能力高，真空集热管稳定可靠，工作寿命长；选择型吸热涂层面积大，采光吸热面积大；传热介质的进出口的直径与玻璃内管的内径相同，玻璃内管内传热介质单向流动，流通阻力小；太阳能及热量、热效率及热能利用率高；传热介质及杂污能排净，热能利用充分，且易除垢、防冻；玻璃内管内介质可逆向流动运行，易串联并联多种方式组合。集热器与贮水箱分立安装，加大集热器的热负荷及扩展集热器的运行模式。可广泛应用于太阳能海水淡化、太阳能采暖和工农牧业多种用热工程。由于大通径和直通型，冬季特别在极寒地区可以排空液体，可向室内提供大量热风供暖等具有诸多优点的方式。普通管型效果无法比拟的。此种管型易加工、成本低，能效比高。还有玻璃内管抗腐蚀，强度高的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的A玻璃外管与第一金属补偿节封接结构示意图。
图3为本发明的蒸散型吸气剂与保持架焊接结构示意图。
图4为本发明的花形结构的保持架装配示意图。
图5为本发明的玻璃内管与B玻璃外管的U型封接结构示意图。
图6为本发明的金属圆环真空焊接密封结构示意图。
图7为现有技术中常见的螺纹直通管和本发明的结构对比示意图。
具体实施方式
下面根据图1至图7对本发明的具体实施方式作出进一步说明：
参见图1，一种外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，包括玻璃内管7和玻璃外管，玻璃外管包括A玻璃外管1、B玻璃外管2、第一金属圆环5、第二金属圆环6、第一金属补偿节3和第二金属补偿节4，
所述A玻璃外管1的一端与第一金属补偿节3采用玻璃金属熔封式密封连接，所述第一金属补偿节3与所述第一金属圆环5熔封连接，所述B玻璃外管2的一端与第二金属补偿节4采用玻璃金属熔封式密封连接，所述第二金属补偿节4与所述第二金属圆环6熔封连接，所述第一金属圆环5与所述第二金属圆环6熔封连接，所述A玻璃外管1的另一端与所述玻璃内管7的一端通过U型玻璃熔封同心式密封连接且所述B玻璃外管2的另一端与所述玻璃内管7的另一端通过U型玻璃熔封同心式密封连接，从而直接形成与玻璃内管7的内径相等的管内传热介质的进、出口，所述玻璃内管7位于玻璃外管的内部，所述玻璃外管与所述玻璃内管7之间为真空夹层，所述玻璃内管7的两端为直通开口结构。
参见图2，所述第一金属补偿节3和第二金属补偿节4均采用波节垂直轴线型结构或波节与轴线水平型结构。图2中A是波节垂直轴线型结构，图2中B是波节与轴线水平型结构。
参见图3，本实施例还包括保持架8，所述保持架8为花形结构，如图4所示，图4中的保持架8的结构为图3的右视图，造型为花形，所述保持架8套设在所述A玻璃外管1与所述玻璃内管7之间，所述保持架8的外缘部分与所述A玻璃外管1的内壁相接，所述保持架8的内缘部分（即最低处）与所述玻璃内管7的外径相接，通过保持架8保证A玻璃外管1与玻璃内管7同心。采用花形结构的保持架8将A玻璃外管1和B玻璃外管2分别与玻璃内管7的端口处U型玻封，保持架8确保内外管同心同轴。
本实施例还包括蒸散型吸气剂9和扁丝金属10，所述蒸散型吸气剂9通过扁丝金属10焊接在所述保持架8上，形成一个整体。所述扁丝金属10为环圈形状。采用大环圈形式的专业蒸散型吸气剂9维持内外管之间的真空度，提高集热管的保温性能。
参见图1，所述玻璃内管7的外表面附有选择型吸热涂层，玻璃内管7两端开口，没有封闭死水区域，相比传统的全玻璃管抗冻能力得到明显提高，在集热系统运行中，通过导热介质的强制循环模式，换热流量更大，比全玻璃管的热效率更高，介质升温速率更快。此外在抗腐蚀方面相比传统的金属材质的吸热内管有更大的优势。玻璃内管7的外表面镀有的选择型吸热涂层，可以降低太阳辐照的反射，提高集热效率。所述A玻璃外管1、B玻璃外管2和玻璃内管7均采用高硼硅玻璃。
所述第一金属补偿节3和第二金属补偿节4的壁厚为0.1 mm ~1mm，所述第一金属补偿节3和第二金属补偿节4均为弹性软态。第一金属补偿节3和第二金属补偿节4的壁厚为0.1~1mm处于软态。并有良好的弹性变形，确保A玻璃外管1和B玻璃外管2受到轴向外力时候，抵消金属补偿节与玻璃外管膨胀时的膨胀差。
所述第一金属圆环5、第二金属圆环6、第一金属补偿节3和第二金属补偿节4的外表面设有防腐材料。在防腐处理方面，需要对暴露在外的第一金属圆环5、第二金属圆环6、第一金属补偿节3和第二金属补偿节4进行防腐处理。
参见图5，所述B玻璃外管2上可以设有玻璃排气尾管2-1，所述玻璃排气尾管2-1与B玻璃外管2的端部的距离L1为200 mm ~300mm。而无尾结构型管型则没有玻璃排气尾管2-1，当没有玻璃排气尾管2-1时，第一金属圆环5和第二金属圆环6的连接缝隙处可用于作为无尾型管真空封接口使用。
参见图6，所述第一金属圆环5与所述第二金属圆环6在真空环境下金属焊接密封，焊接后的A玻璃外管1与B玻璃外管2同轴对称，通过焊接密封，可实现集热管无尾管密封，第一金属圆环5与所述第二金属圆环6的焊缝处可为集热管的无尾管真空封接口使用，此时可不需要设置玻璃排气尾管2-1。所述第一金属补偿节3与所述A玻璃外管1的端部的距离L为50 mm ~1200mm。第一金属补偿节3和第二金属补偿节4偏心放置在A玻璃外管1一侧。在对A玻璃外管1和B玻璃外管2与金属内管之间进行真空处理时，将在第一金属圆环5与所述第二金属圆环6焊缝处排气焊接密封，最终烤消吸气剂。
图7中的A图为现有技术的螺纹直通管，其进、出水接口管的内径很小，阻力很大，吸收集热面积小，热损大，螺旋管内易结水垢且不利于排杂除垢；图7中的B图为本外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管，解决上述出现的问题，吸热集热面积大、大流量、热效率高，更容易管内排空，A玻璃外管1带有第一金属补偿节3，B玻璃外管2带有第二金属补偿节4，更好为外管抵消膨胀应力。
本实施例结构简单、成本低廉、设计合理，有效的避免了热胀冷缩导致的玻璃管的爆裂，保证集热系统正常使用。通过磁控溅射真空镀膜处理形成了对太阳光线的选择性吸收涂层，使玻璃内管7具有高效集热能力。玻璃内外管之间的真空夹层使得集热管集热保温更强。且玻璃外管在抵御热涨冷缩应力变化能力强，也更适合搭配CPC聚光和小型槽式反射集热工程使用。供热温度和效率显著提高。工程造价显著下降。
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 (10)
1.一种外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，包括玻璃内管和玻璃外管，其特征在于：所述玻璃外管包括A玻璃外管、B玻璃外管、第一金属圆环、第二金属圆环、第一金属补偿节和第二金属补偿节，所述A玻璃外管的一端与第一金属补偿节连接，所述第一金属补偿节与所述第一金属圆环连接，所述B玻璃外管的一端与第二金属补偿节连接，所述第二金属补偿节与所述第二金属圆环连接，所述第一金属圆环与所述第二金属圆环连接，所述A玻璃外管的另一端与所述玻璃内管的一端通过U型玻璃熔封同心式密封连接，所述B玻璃外管的另一端与所述玻璃内管的另一端通过U型玻璃熔封同心式密封连接，所述玻璃内管位于玻璃外管的内部，所述玻璃外管与所述玻璃内管之间为真空夹层，所述玻璃内管的两端为直通开口结构。
2.根据权利要求1所述的外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，其特征在于：所述A玻璃外管的一端与第一金属补偿节熔封连接，所述第一金属补偿节与所述第一金属圆环熔封连接，所述B玻璃外管的一端与第二金属补偿节熔封连接，所述第二金属补偿节与所述第二金属圆环熔封连接，所述第一金属圆环与所述第二金属圆环熔封连接。
3.根据权利要求1所述的外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，其特征在于：还包括保持架，所述保持架为花形结构，所述保持架位于所述A玻璃外管与所述玻璃内管之间，所述保持架的外缘部分与所述A玻璃外管的内壁相接，所述保持架的内缘部分与所述玻璃内管的外径相接，所述保持架用于保证A玻璃外管与玻璃内管同心。
4.根据权利要求3所述的外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，其特征在于：还包括蒸散型吸气剂和扁丝金属，所述蒸散型吸气剂通过扁丝金属焊接在所述保持架上，所述扁丝金属为环圈形状。
5.根据权利要求1所述的外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，其特征在于：所述玻璃内管的外表面镀有选择型吸热涂层，所述A玻璃外管、B玻璃外管和玻璃内管均采用高硼硅玻璃。
6.根据权利要求1所述的外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，其特征在于：所述第一金属补偿节和第二金属补偿节均采用波节垂直轴线型结构或波节与轴线水平型结构。
7.根据权利要求6所述的外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，其特征在于：所述第一金属补偿节和第二金属补偿节的壁厚为0.1 mm ~1mm，所述第一金属补偿节和第二金属补偿节均为弹性软态。
8.根据权利要求1所述的外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，其特征在于：所述第一金属圆环、第二金属圆环、第一金属补偿节和第二金属补偿节的外表面设有防腐材料，所述第一金属圆环和第二金属圆环的连接缝隙处为无尾型管真空封接口。
9.根据权利要求1所述的外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，其特征在于：所述B玻璃外管上设有玻璃排气尾管，所述玻璃排气尾管与B玻璃外管的端部的距离为200 mm ~300mm。
10.根据权利要求1所述的外管具有熔接柔性金属结构的直通型太阳能集热管结构，其特征在于：所述第一金属补偿节与所述A玻璃外管的端部的距离为50 mm ~1200mm。
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| CN2861880Y (zh) * | 2005-11-22 | 2007-01-24 | 江希年 | 玻璃真空太阳能集热管 |
| CN201203278Y (zh) * | 2008-03-11 | 2009-03-04 | 王军 | 伸缩节式双层玻璃真空太阳能集热管 |
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