CN109489267B - 一种贯通式太阳能中温真空管及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工艺简单、成本低廉的贯通式太阳能中温真空管和加工方法，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，支撑架上焊接金属吸气剂，玻璃内管内套装外表面有太阳能选择性吸收层的金属管，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。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

一种贯通式太阳能中温真空管及加工方法

技术领域

本发明涉及一种贯通式太阳能中温真空管及加工方法，属于太阳能中高温集热元件生产技术及装备领域。

背景技术

太阳能光热利用被广泛用于生活和生产，光热利用按温度划分，≤100℃是低温利用，100℃-400℃是中高温利用，≥400℃是高温利用。普通太阳能玻璃真空集热管一般工作温度≤100℃，属于低温利用产品，主要用于加热生活用水。太阳能用于工农业生产，如干燥、制冷、发电、提供蒸汽等，需要集热温度100℃以上的中高温，且多数要求集热器承压，普通太阳能玻璃真空管不能承压，使用温度很难超过140℃，成为阻碍工农业生产应用太阳能的瓶颈。提高太阳能真空管集热温度和承压能力是突破生产型中高温热利用瓶颈的关键措施。

为提高中高温真空管耐温和承压能力，目前都是采用金属和玻璃复合的方法，即内管用金属材料，解决承压、耐高温问题，外管使用玻璃，解决透光问题。真空管的最大优点是内外管之间的真空管层隔热，热损小。问题是隔热性能越好，工作时内外管受热温差越大，造成内外管膨胀变形差越大。弥补真空管膨胀差，保证密封性和真空度，就成了关键共性难题。

金属与玻璃复合的真空管，第一种复合方法是真空腔内壁是金属管，外壁是玻璃管。在金属内管上焊接波纹管，波纹管另一端焊接在可伐合金连接件上，再通过可伐合金连接件熔接在玻璃管上。用波纹管解决金属管和玻璃管径向变形差，可伐合金连接件解决金属与玻璃的熔接。这种方法的缺点是金属与玻璃熔接困难，可靠性差，可伐合金昂贵，需要特殊的专用设备，工艺精密复杂，成本是玻璃真空管的几十至成百倍。第二种复合方法是将不同直径的两根透明玻璃管同心套装，做成两端开口的贯通式透明真空管，然后在内管内插入一根外壁有太阳能吸收涂层的金属管。透明真空管起到隔热、保温作用，涂层金属管起集热、承压作用。这种方法虽然不需金属与玻璃熔接，但工作时，内外层玻璃管同样有膨胀变形差需要弥补，通常是用玻璃管熔接轴向或端面玻璃膨胀节解决，缺点是玻璃膨胀节补偿变形差作用太小，破损率高、工艺复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低廉的贯通式中高温太阳能真空管的加工方法，以适应太阳能工农业生产热利用市场。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

这种贯通式太阳能中温真空管，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，玻璃内管内套装外表面有太阳能选择性吸收层的金属管，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中温真空管，所述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中温真空管，所述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中温真空管的加工方法，包括如下步骤：

A、分别切齐内外玻璃管：

B、玻璃内外管留出抽排气封口，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(3)，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；

F、在玻璃真空管成型后，将外表面有太阳能选择性吸收层的金属管插入玻璃真空管，即构成了中高温太阳能真空管，金属管长度大于玻璃真空管，长出玻璃真空管部分，用于连接组合各个中高温太阳能真空管。

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。利用本发明生产的贯通式中高温太阳能真空管，可高温、承压运行，制造成本大幅降低，对流循环效率高，便于清洗污垢，可串联、并联或集中使用，为工农业生产应用太阳能提供中高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中温真空管生产工艺流程

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、金属管

具体实施方式

图1给出本发明贯通式太阳能中温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内套装外表面有太阳能选择性吸收层的金属管9，外表面沉积有选择性太阳能吸收涂层，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7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、分别切齐内外玻璃管：

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；

F、在玻璃真空管成型后，将外径小于玻璃真空管内孔直径1-2mm，外表面有太阳能选择性吸收层的金属管9插入玻璃真空管，即构成了中高温太阳能真空管，金属管长度大于玻璃真空管，长出玻璃真空管部分，用于连接组合各个中高温太阳能真空管。使用时靠连接部分固定金属管与玻璃内管的位置，或者用连接保温部分控制位置。

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4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1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中温真空管，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）内套装外表面有太阳能选择性吸收层的金属管（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（7）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中温真空管，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中温真空管，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中温真空管的加工方法，其特征包括如下步骤：

A、分别切齐内外玻璃管；

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；

F 、在玻璃真空管成型后，将外表面有太阳能选择性吸收层的金属管（9）插入玻璃真空管，即构成了中温太阳能真空管，金属管长度大于玻璃真空管，长出玻璃真空管部分，用于连接组合各个中温太阳能真空管。

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