CN109489266B - 一种贯通式太阳能玻璃真空管及加工方法 - Google Patents

一种贯通式太阳能玻璃真空管及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种工艺简单、成本低廉的贯通式太阳能玻璃真空管和加工方法，真空管结构包括双层融封在一起的玻璃内管和玻璃外管，玻璃内外管之间设置有钢片支撑架，玻璃内管外表面沉积有选择性太阳能吸收涂层，创新点是：玻璃外管设计有缓解形变断裂环，在玻璃外管的缓解形变断裂环位置外壁设置有橡胶密封套，用密封胶对玻璃外管和橡胶密封套密封和固定。本发明的玻璃外管环槽断裂形成缓解形变断裂环，靠密封圈的弹性变形补偿，可大幅度减少真空管的破损率。利用本发明的方法生产的贯通式玻璃真空管大幅降低生产成本和效率，大幅改善太阳能真空管对流循环效率，还可随时清洗系统内污垢，通过集热联箱可串联或并联集中使用。

Description

一种贯通式太阳能玻璃真空管及加工方法
技术领域
本发明涉及一种贯通式太阳能玻璃真空管及加工方法，属于太阳能集热技术及装备领域。
背景技术
太阳能热水器作为一种提供廉价热源的生活用品深受广大公众喜爱，目前玻璃真空集热管已广泛应用于太阳能热水器。普通太阳能真空集热管的结构是一端开口，一端密封。所有循环通道都设置在开口端。这种结构的固有缺陷：一是水中污垢存积在真空管密封端无法清除，污垢物吸热后不循环，使真空管集热效率越用越低。二是冷热不同的传热介质从真空管的同一端进或出，不分流不分层，传热介质换热效率低。三是真空管中的水不能彻底放空，冬季容易冻裂真空管。如果太阳能真空管结构为两端通透，即可避免上述问题。
目前，两端通透的贯通式太阳能真空管主要有三类，第一类是内外均为玻璃管，用玻璃膨胀节解决内外玻璃管因工作温差造成的膨胀变形差，缺点是补偿轴向变形差作用太小，成品率低、工艺复杂。第二类是内外玻璃管用橡胶类弹性体连接。太阳能真空管在抽真空时，都要整体加热至400℃以上，持续一小时左右，橡胶类弹性体连接件会因此破坏，致使这种方式生产的真空管，真空度无法达到标准要求。第三类外管是玻璃管、内管是金属管，用焊接在金属管上的波纹管解决轴向变形差，用一端焊接在波纹管上，另一端熔接在玻璃管上的可伐合金连接件，解决金属管和玻璃管径向变形差。缺点是金属与玻璃熔接困难，可伐合金昂贵，需要特殊的专用设备，工艺精密复杂，成品造价会增加几十倍。上述三类两端通透的贯通式太阳能真空管，都不适合在一般太阳能热水器或热利用工程中应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低廉的贯通式太阳能玻璃真空管和加工方法，以适应更广泛太阳能热水工程市场。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
这种贯通式太阳能玻璃真空管，结构包括双层融封在一起的玻璃内管和玻璃外管，玻璃内外管之间设置有钢片支撑架，支撑架上焊接金属吸气剂，玻璃内管外表面沉积有选择性太阳能吸收涂层，创新点是：玻璃外管设计有缓解形变断裂环，在玻璃外管的缓解形变断裂环位置外壁设置有橡胶密封套，用密封胶对玻璃外管和橡胶密封套密封和固定。
所述的贯通式太阳能玻璃真空管的橡胶密封套内壁设置有1-4个环槽以填充密封胶。
所述的贯通式太阳能玻璃真空管，的钢片支撑架为多角星型或多波纹型，两头对齐焊接而成，多角星型或多波纹型支撑架的内接直径与玻璃内管外径相同，外接直径与并且外管内径相同。
所述的贯通式太阳能玻璃真空管的加工方法，包括如下步骤：
A、分别加工内外玻璃管，玻璃内管外表面通过真空磁控溅射沉积选择性太阳能吸收涂层：
B、玻璃内外管留出抽排气口，玻璃内外管之间放置焊接金属吸气剂的钢片支撑架，两管端面融封，抽真空使成为真空管：
C、在抽排气口封口的一端，对应钢片支撑架轴向中心位置，用磨削冷加工方法，在玻璃外管的外表面加工一道深度不超过玻璃外管厚度50％的环槽；
D、清洗干燥后，在玻璃外管环槽处套装橡胶密封套，密封套轴向中心与环槽位置对应，密封套内表面也设置有环槽，环槽内填充密封胶：
E、待密封胶固化后，将热水或热空气通入玻璃内管，此时玻璃外管保持常温不变，玻璃内管受热膨胀，因环槽处是应力集中区，因此外管会沿着环槽断裂形成缓解形变断裂环，玻璃内外管因工作温差造成的膨胀变形差，靠密封套的弹性变形补偿。
本发明的技术进步效果在于：玻璃外管环槽断裂形成缓解形变断裂环，靠密封圈的弹性变形补偿，可大幅度减少真空管的破损率。利用本发明的方法生产的贯通式玻璃真空管大幅降低生产成本和效率，大幅改善太阳能真空管对流循环效率，还可随时清洗系统内污垢，通过集热联箱可串联或并联集中使用，为应用太阳能提供中低温流体热源创造了便利条件。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明贯通式太阳能玻璃真空管结构示意图
图2、图1的A-A剖面图
图3是本发明贯通式太阳能玻璃真空管生产工艺流程
图4是现有普通太阳能玻璃真空管集热器生产工艺流程
图中：
1、抽排气封口 2、金属吸气剂 3、橡胶密封套 4、断裂环
5、钢片支撑架 6、玻璃密封胶 7、玻璃外管 8、玻璃内管
9、吸收涂层
具体实施方式
图1给出本发明贯通式太阳能玻璃真空管的具体结构应用实例，包括双层融封在一起的玻璃内管8和玻璃外管7，玻璃内外管之间设置有钢片支撑架5，支撑架上焊接金属吸气剂2，如图2所示。玻璃内管8外表面沉积有选择性太阳能吸收涂层9，玻璃外管7设计有缓解形变的断裂环4，在玻璃外管的缓解形变断裂环位置外壁设置有橡胶密封套3，用密封胶6对玻璃外管和橡胶密封套3密封和固定。
所述的橡胶密封套3内壁设置有1-4个环槽以填充密封胶。
图3所示本发明贯通式太阳能玻璃真空管的加工方法，包括如下步骤：
A、分别切齐玻璃内外管，玻璃内管7外表面通过真空磁控溅射沉积，构成选择性太阳能吸收涂层8：
B、玻璃内外管留出抽排气口，玻璃内外管之间放置焊接金属吸气剂2的钢片支撑架5，两管端面融封，抽真空使成为真空管：
C、在抽排气口封口1的一端，对应钢片支撑架轴向中心位置，用磨削冷加工方法，在玻璃外管的外表面加工一道深度不超过玻璃外管厚度50％的环槽；
D、清洗干燥后，在玻璃外管环槽位置套装橡胶密封套5，密封套轴向中心与环槽位置对应，密封套内表面也设置有环槽，环槽内填充密封胶5，比如耐高温橡胶玻璃粘和剂。
E、待密封胶固化后，将热水或热空气通入玻璃内管8，此时玻璃外管7保持常温不变，玻璃内管8受热膨胀，因环槽处是应力集中区，因此外管会沿着环槽断裂，形成缓解形变断裂环4，玻璃内外管因工作温差造成的膨胀变形差，靠密封套3的弹性变形补偿。
本发明加工原理是根据玻璃材料表面和内部存在微量杂质、缺陷或不均匀区，这些区域会引起应力集中并导致产生微裂纹，微裂纹使玻璃抗张、抗折强度仅为抗压强度的1/10-1/15，当微裂纹处应力超过临界值时，裂纹就迅速分裂，使玻璃断裂。外管外表面加工的环槽人为扩大了微裂纹，固定了应力集中区。当外管断裂成两段后，因有密封套包裹，管内真空度不会发生变化。
本发明在内外玻璃管之间设置的钢片支撑架5由宽度12-30mm，厚度0.3-0.5mm的不锈钢片，弯折成如图2所示，钢片支撑架5为多角星型或多波纹型，并将两头对齐焊接而成，多角星型或多波纹型支撑架的内接直径与玻璃内管外径相同，外接直径与并且外管内径相同。在内外管端面熔接之前置入内外管之间，一是固定内外管相对同心位置，二是其中一个上面焊接金属吸气剂2，三是在焊接金属吸气剂的支撑架轴向中心位置加工应力环槽，待外管断裂后，支撑架5起到增强外管强度的作用。
本发明使用的密封套，采用气密性优于其它橡胶5-6倍的丁基橡胶。在密封套与玻璃管接触面，设置环型沟槽，沟槽内涂布密封胶(市售AD90耐高温橡胶玻璃胶)。粘合剂固化在玻璃管表面后，形成环形凸棱，可阻止玻璃管膨胀形变时密封圈与玻璃管之间的滑动位移，进一步提高密封效果。
本发明的贯通式玻璃真空管，其抽排气封口可设置在内外玻璃管融封的端面，也可设置在距离端面60-120mm处外管壁面上，金属吸气剂2焊接在钢片支撑架5上。

Claims (4)

1.一种贯通式太阳能玻璃真空管，结构包括双层融封在一起的玻璃内管(8)和玻璃外管(7)，玻璃内外管之间设置有钢片支撑架(5)，支撑架上焊接金属吸气剂(2)，玻璃内管(8)外表面沉积有选择性太阳能吸收涂层(9)，其特征在于：玻璃外管(7)设计有缓解形变断裂环(4)，在玻璃外管的缓解形变断裂环位置外壁设置有橡胶密封套(3)，用密封胶(6)对玻璃外管和橡胶密封套(3)密封和固定。
2.根据权利要求1所述的贯通式太阳能玻璃真空管，其特征在于：所述的橡胶密封套(3)内壁设置有1-4个环槽以填充密封胶。
3.根据权利要求1所述的贯通式太阳能玻璃真空管，其特征在于：所述的钢片支撑架(5)为多角星型或多波纹型，两头对齐焊接而成，多角星型或多波纹型支撑架的内接直径与玻璃内管外径相同，外接直径与外管内径相同。
4.根据权利要求1所述的贯通式太阳能玻璃真空管的加工方法，其特征包括如下步骤：
A、分别切齐内外玻璃管，玻璃内管(8)外表面通过真空磁控溅射沉积选择性太阳能吸收涂层(9)；
B、玻璃内外管留出抽排气封口(1)，玻璃内外管之间放置焊接金属吸气剂(2)的钢片支撑架(5)，两管端面融封，抽真空使成为真空管；
C、在抽排气口封口(1)的一端，对应钢片支撑架轴向中心位置，用磨削冷加工方法，在玻璃外管的外表面加工一道深度不超过玻璃外管厚度50％的环槽；
D、清洗干燥后，在玻璃外管环槽处套装橡胶密封套(3)，密封套轴向中心与环槽位置对应，密封套内表面也设置有环槽，环槽内填充密封胶(6)；
E、待密封胶固化后，将热水或热空气通入玻璃内管(8)，此时玻璃外管(7)保持常温不变，玻璃内管(8)受热膨胀，因环槽处是应力集中区，因此外管会沿着环槽断裂形成缓解形变断裂环(4)，玻璃内外管因工作温差造成的膨胀变形差，靠密封套(3)的弹性变形补偿。
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