CN111156719B - 太阳能集热管的双管对接结构与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能集热管的双管对接结构与方法，所述双管对接结构由内管的身部的环封口与罩玻璃管的管口熔接构成，内管在罩玻璃管以内的部分为吸热段，内管伸出罩玻璃管外的部分为冷凝段，在内管的环封口位置形成凸环，罩玻璃管的管口与所述凸环平滑相接，使罩玻璃管的管口外壁和冷凝段的外壁之间以120度～150度斜角相接，所述内管以及冷凝段在相接处的壁厚降低至内管以及冷凝段的直管部分壁厚的60％～90％。本发明使全玻璃热管式真空太阳能集热管的安装便宜性和可靠性得到了大幅度的提升，有效的减少了安装的破损和安装事故的发生，从而使全玻璃热管真空太阳能集热管的因安装破损率由1.2％，有效下降到0.05％。有效提升的系统的效率。

Description

太阳能集热管的双管对接结构与方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能集热管，特别是涉及一种具有渐变结构的全玻璃热管真空太阳能集热管的双管对接结构与方法。

背景技术

全玻璃真空太阳能集热管发展了30余年，形成了太阳能光热利用领域，并在太阳能热水应用中得到广泛的应用。

全玻璃热管式太阳能集热管因为采用相变换热技术，管内无水，由此解决了普通全玻璃真空集热管内有水造成的启动速度低，热效率低，容易结垢或结冰造成损坏的问题。实现了防垢、防冻、破损防漏的特性，并逐步为太阳能光热采暖市场所接受，并开始推广示范应用。

目前全玻璃热管式真空太阳能集热管，其主要结构如图1所示，具有内管与罩玻璃管5，内管一般采用外径为47mm玻璃管，罩玻璃管5一般采用外径为58mm的玻璃管，内管的身部通过环封口与罩玻璃管5的管口熔接，以环封口为界，内管在罩玻璃管5以内的部分为吸热段2，伸出罩玻璃管5外的部分为冷凝段1，如此形成双管对接结构。

现有的全玻璃热管式真空太阳能集热管，特别容易在双管对接处形成台阶结构，从而形成应力集中现象，难以通过一般退火工艺消除、甚至降低应力状态，由此造成安装过程中，台阶处与太阳能水箱密封圈挤压和碰撞，容易造成双管对接处集热管破损。

上述问题在全玻璃热管真空太阳能集热管少量市场需求时，问题尚不明显。但随着太阳能光热采暖市场的示范推广，则上述问题则日显突出，并开始严重影响系统安装时的破损率和安全性。

因此，如何解决现有全玻璃热管式真空集热管存在上述结构、工艺造成的台阶问题及应力问题，是目前全玻璃热管式太阳能集热管在太阳能光热采暖中能否广泛应用的关键问题之一，也将影响以全玻璃热管式太阳能集热管为核心的太阳能光热采暖系统能否广泛市场化的关键问题之一。

发明内容

为解决现有全玻璃热管式真空集热管在双管对接处的台阶问题及应力集中问题，由此造成影响目前全玻璃热管式太阳能集热管在太阳能光热采暖中能否广泛应用，以及影响以全玻璃热管式太阳能集热管为核心的太阳能光热采暖系统能否广泛市场化的问题，本发明提出了一种太阳能集热管的双管对接结构与方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种太阳能集热管的双管对接结构，所述双管对接结构由内管的身部的环封口与罩玻璃管的管口熔接构成，内管在罩玻璃管以内的部分为吸热段，内管伸出罩玻璃管外的部分为冷凝段，其特征在于：

在内管的环封口位置形成凸环，罩玻璃管的管口与所述凸环平滑相接，使罩玻璃管的管口外壁和冷凝段的外壁之间以120度～150度斜角相接。

所述的太阳能集热管的双管对接结构，其中：所述冷凝段、吸热段以及罩玻璃管在临近环封口处的壁厚降低至冷凝段、吸热段以及罩玻璃管直管部分壁厚的60％～90％。

所述的太阳能集热管的双管对接结构，其中：所述冷凝段与吸热段的壁厚降低区域总长度不大于10mm。

所述的太阳能集热管的双管对接结构，其中：所述罩玻璃管连接至凸环的倾斜部分的壁厚降低至直管部分壁厚的60％～90％。

所述的太阳能集热管的双管对接结构，其中：所述罩玻璃管和吸热段的连接处形成圆角过渡结构。

一种太阳能集热管的双管对接方法，所述双管对接是指在火焰作用下使内管的身部的环封口与罩玻璃管的管口熔接在一起，内管在罩玻璃管以内的部分为吸热段，内管伸出罩玻璃管外的部分为冷凝段，其特征在于：

在所述熔接之前，在内管在环封口位置处于熔融状态下，将内管的冷凝段与吸热段沿轴向相互分离方向拉伸5-10mm，并向内管内部通入气体，在气体压力作用下，使熔融状态下的环封口向外形成凸环；

将所述内管的凸环与罩玻璃管的管口熔接在一起，在内管的凸环与罩玻璃管的管口处于熔接状态下，将所述冷凝段沿远离罩玻璃管以及吸热段的方向拉伸5-10mm，使内管的冷凝段的外壁和罩玻璃管的外壁之间以120度～150度斜角相接。

所述的太阳能集热管的双管对接方法，其中：临近环封口位置的冷凝段、吸热段以及罩玻璃管的玻璃壁厚均降低至直管部分壁厚的60％～90％。

所述的太阳能集热管的双管对接方法，其中：在将所述内管的凸环与罩玻璃管的管口熔接在一起之前，采用工具将熔融状态下的罩玻璃管管口向内收口，使其贴敷在内管的凸环上。

本发明使全玻璃热管式真空太阳能集热管的安装便宜性和可靠性得到了大幅度的提升，有效的减少了安装的破损和安装事故的发生，从而使全玻璃热管真空太阳能集热管的因安装破损率由1.2％，有效下降到0.05％。有效提升的系统的效率。

附图说明

图1是现有全玻璃热管式真空集热管的结构示意图；

图2是本发明提供的太阳能集热管的结构示意图；

图3是图2的局部放大图；

图4是本发明的加工流程图。

附图标记说明：冷凝段1；吸热段2；选择性吸收涂层3；真空夹层4；罩玻璃管5；支架6；吸气剂7；液体工质8；凸环9；圆角r；内管加工A；罩玻璃管加工B；支架加工C；双管熔封D。

具体实施方式

如图2所示，本发明提供一种全玻璃热管式真空集热管，具有由内管(包括冷凝段1以及吸热段2)与罩玻璃管5构成的双管对接结构，吸热段2的圆头与罩玻璃管5之间以支架6固定，支架6上设有吸气剂7，吸热段2与罩玻璃管5之间具有真空夹层4，吸热段2的外壁具有选择性吸收涂层3，吸热段2与冷凝段1的内部构成工质腔，工质腔内抽真空并放置有液体工质8，液体工质8体积与工质腔的容积比为千分之二～千分之五。

为了减少甚至消除双管对接处的应力集中，如图2、图3所示，本发明首先是在内管的环封口位置形成凸环9，然后罩玻璃管5的管口与所述凸环9平滑相接，从而形成罩玻璃管5的管口外壁和冷凝段1的外壁之间以120度～150度斜角相接的结构，实现了罩玻璃管5向冷凝段1在直径方向的渐变过渡，消除了原有的近似直角台阶的结构。

而且，所述凸环9有利于减少内管和罩玻璃管之间熔封位置的玻璃堆积，进而利于环封口位置的应力减弱。

同时，本发明将冷凝段1、吸热段2以及罩玻璃管5在临近环封口处的壁厚降低，以降低至冷凝段1、吸热段2以及罩玻璃管5直管部分壁厚的60％～90％为宜；其中冷凝段1与吸热段2的壁厚降低区域总长度不大于10mm，一般为5～10mm为宜，以8mm为最佳。

此外，本发明还在罩玻璃管5和吸热段2连接处形成小圆角r过渡结构。

本发明所述的渐变式双管对接结构，内置小圆弧结构及薄壁结构，有效解决了现有全玻璃热管真空太阳能集热管台阶造成安装时与密封圈撞击的问题，使集热管很容易插到水箱内部，并形成密封圈和罩玻璃管5的有效密封结构。

采用设计的渐变长度，即可以有效的实现双管对接过渡区域的渐变的实现，又不至于造成罩玻璃管5渐变长度过长影响罩玻璃管5和密封圈的密封。

而有效的减薄设计，可有效减弱，甚至消除渐变区的应力问题，从而解决的过渡区因安装撞击造成的应力损坏问题。

上述结构的设计，使全玻璃热管式真空太阳能集热管的安装便宜性和可靠性得到了大幅度的提升，有效的减少了安装的破损和安装事故的发生。从而使全玻璃热管真空太阳能集热管的因安装破损率由1.2％，有效下降到0.05％。有效提升的系统的效率。

为了实现本发明所述的渐变式双管对接结构，内置小圆弧结构及薄壁结构，如图4所示，本发明提出了该集热管的生产工艺流程，主要包括内管加工A、罩玻璃管加工B、支架加工C，内外管装配、双管熔封D、内管冷凝段加工、真空排气、工质灌注、检验完成等工艺。

一、所述内管加工A工序：依次包括切长定尺、拉圆头、清洗、烘干、除气、镀膜、强化等主要工序。

所述切长定尺，主要是依据设计内管吸热段工序长度，将毛坯内管吸热段的长度切割至设计长度范围内，并通过高温火焰将熔封端切口烧平，保证切口圆整。

所述拉圆头，主要是依据设计内管吸热段圆头尺寸，通过火焰加热熔融内管吸热段一端，并通过拉制设备拉出内管吸热段圆头，并在熔融状态下，进行圆头圆整。

所述清洗，主要是先通过清洗剂，对内管外表面进行除油、除污等处理，然后再用去离子水清洗掉内管吸热段外表面的清洗剂，以利于后续镀膜工艺，提高膜基结合强度。

所述烘干，主要是将清洗后的内管吸热段表面去离子水烘干，去除掉表面的水膜和水分子，以利于后续镀膜前的抽真空，及提高膜基结合强度。

所述除气，主要是通过在真空条件下高温烘烤，以及等离子轰击，去除内管吸热段表面的杂质及残留气体，并提高内管吸热段表面温度，以利于提高镀膜质量，提高膜基结合强度。

所述镀膜，主要是采用一种以上的靶材，在内管吸热段外表面镀制包括红外反射层、低阻层、过渡层、高阻层、减反层的选择性吸收涂层。

所述强化工艺，主要是通过高温氧化或等离子等处理工艺，对选择性吸收涂层进行二次强化，提高选择性吸收涂层的性能和高温稳定性。

二、所述罩玻璃管加工B工序：依次包括切长定尺、拉圆头、圆头打孔、结尾管、尾管缩口、清洗、烘干、装支架等主要工序。

所述罩玻璃管加工B工序的切长定尺，主要是依据设计罩玻璃管工序长度，将毛坯罩玻璃管的长度切割至设计长度范围内，并通过高温火焰将熔封端切口烧平，保证切口圆整。

所述罩玻璃管加工B工序的拉圆头，主要是依据设计罩玻璃管圆头尺寸，通过火焰加热熔融内管吸热段一端，并通过拉制设备拉出罩玻璃管圆头，并在熔融状态下，进行圆头圆整。

所述罩玻璃管加工B工序圆头打孔，是在完成拉圆头工序后，圆头在高温熔融状态下，采用一定直径的高压气体吹向圆头中心，在高压气体作用下，形成圆孔，并在罩玻璃管自动旋转和重力作用下形成规整的圆头孔。

所述罩玻璃管加工B工序的结尾管，是将尾管在高温条件下，熔封连接到罩玻璃管圆头孔内。

所述罩玻璃管加工B工序的尾管缩口，是指完成结尾管工序后，对尾管和罩玻璃管连接的位置，通过拉伸和罩玻璃管旋转，形成一个孔径为3-5mm。壁厚小于1mm的尾管缩口，以利于集热管排气后杀尾管。

所述罩玻璃管加工B工序的清洗，主要是先通过清洗剂，对罩玻璃内表面进行除油、除污等处理，然后再用去离子水清洗掉罩玻璃管内表面的清洗剂。

所述罩玻璃管加工B工序的烘干，主要是将清洗后的罩玻璃管表面去离子水烘干，去除掉表面的水膜和水分子，以利于后续镀膜前的抽真空。

所述罩玻璃管加工B工序的装支架工序，是指将支架从罩玻璃管口通入到罩玻璃管尾部的工序。

三、所述的支架加工C工序：主要包括成型剪切、去毛边、点焊连接、支架清洗、吸气剂点焊。

所述的成型剪切，是指根据支架设计形状进行剪板和成型；

所述的去毛边，使指通过化学方法或物理方法去掉支架剪切过程中形成的毛边，防止在安装支架过程中，毛边划伤罩玻璃管内表面。

所述的点焊连接，是指将两片支架片十字交叉焊接在一起，形成基本支架结构。

所述的支架清洗，是指采用除油剂、去离子水等进行支架的超声波清洗，烘干等工序。

所述的吸气剂点焊，是指将蒸散型吸气剂或非蒸散型吸气剂点焊在支架的背面。

四、所述的双管熔封D工序：主要包括：内外管装配、内外管定位、内外管装卡、内外管预热、内管拉长减薄、外管管口收口、两管熔封、内管冷凝段熔封拉长减薄、熔封段高低温分段退火等工序。

所述的内外管装配，是指将完成镀膜的内管装到罩玻璃管内部，内管吸热段圆头通过支架固定在罩玻璃管上。

所述的支撑环定位，是指在环封口10-40mm的位置，安装支撑环。通过支撑环和支架，将内管吸热段固定的在罩玻璃管内，并实现内管吸热段和罩玻璃管的同轴。

所述内外管定位，是指移动内外管相对位置，保证内管开口端相对于罩玻璃管管口伸出管外100-300mm。内管开口端伸出长度为成品全玻璃热管真空太阳集热管内管冷凝段长度加50-100mm。

所述的内外管装卡，是指将内管、罩玻璃组件通过自动或手工方式装到双管对接熔封设备上，并对内外管组件通过管口距离实现二次定位。

所述的内外管预热，是指通过火焰对内外管管口同时预热，逐步达到熔融状态。

所述的内管拉长减薄，是在内管在环封口位置处于熔融状态下，将内管的冷凝段与吸热段沿轴向相互分离方向拉伸5-10mm，并通过内管管口通入气体，在气体压力作用下，使熔融状态下的环封口向外形成凸环，实现内管环封口处玻璃壁厚的减薄。

所述外管管口收口，是指采用石墨板将熔融状态的罩玻璃管管口向内收口，并贴敷在内管的凸环上。

所述的两管熔封，使指将内管的凸环与罩玻璃管的管口，在火焰及组件旋转的作用下，熔封连接在一起。

所述的双管熔封D拉长减薄，是指内管的凸环与罩玻璃管的管口处于熔接状态下，将内管的伸出段(即冷凝段)沿远离罩玻璃管以及吸热段的方向拉伸5-10mm，实现环封口位置周边玻璃壁厚的整体减薄，并形成内管的冷凝段和罩玻璃管之间的由台阶向渐变结构的过渡。

所述熔封段高低温退火，是指对容易产生应力的环封口位置进行从高温到低温的退火，使环封口处应力减弱，从而通过减薄和高低温退火，消除环封口附近的应力。

五、所述的内管冷凝段加工工序：主要包括依次包括拉园头、拉尾管等主要工序。

所述内管冷凝段加工工序的拉圆头，主要是依据设计内管冷凝段圆头尺寸，通过火焰加热熔融内管吸热段一端，并通过拉制设备拉出内管冷凝段圆头，并在熔融状态下，进行圆头圆整。

所述内管冷凝段加工工序的拉尾管，是将内管冷凝段圆头在高温条件下，拉出排气尾管，并依据设计长度，将多余玻璃料和尾管封离。

六、所述的真空排气，是指将熔封退火完成的真空集热管组件通过排气太进行真空排气，并使集热管真空夹层达到设定真空度，完成罩玻璃管尾管封离。

所述的工质灌注，是指采用工质灌注设备，先对集热管工质腔进行抽真空，随后灌注定量的液态工质，完成内管冷凝段尾管的封离。

所述的吸气剂蒸散，是指在高频设备作用下，对集热管支架上的吸气剂进行高温蒸散，形成吸气剂钡膜的过程。

所述的检验，是指对完成上述工序，并形成全玻璃热管真空太阳能集热管的成品按照相关标准要求进行检验，合格品包装入库的过程。

上述工艺流程，有效地保证的全玻璃热管真空太阳能集热管环封口位置实现稳定的渐变式双管对接结构，内置小圆弧结构及薄壁结构，有效解决了现有全玻璃热管真空太阳能集热管台阶造成安装时与密封圈撞击的问题，使集热管很容易插到水箱内部，并形成密封圈和罩玻璃管的有效密封结构。在上述工艺流程下可实现渐变式双管对接结构，内置小圆弧结构及薄壁结构，及近环封口无应力的全玻璃热管真空太阳能集热管的稳定、高效、高可靠、高成品率的生产。使集热管的性能能够满足目前太阳能光热煤改电市场的安装和使用需求。均有显著的提高产品质量和性能的效果。

Claims (8)

1.一种太阳能集热管的双管对接结构，所述双管对接结构由内管的身部的环封口与罩玻璃管的管口熔接构成，内管在罩玻璃管以内的部分为吸热段，内管伸出罩玻璃管外的部分为冷凝段，吸热段的圆头与罩玻璃管之间以支架固定，其特征在于：

在内管的环封口位置沿径向形成凸环，罩玻璃管的管口与所述凸环平滑相接，使罩玻璃管的管口外壁和冷凝段的外壁之间以120度~150度斜角相接。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热管的双管对接结构，其特征在于：所述冷凝段、吸热段以及罩玻璃管在临近环封口处的壁厚降低至冷凝段、吸热段以及罩玻璃管直管部分壁厚的60%~90%。

3.根据权利要求2所述的太阳能集热管的双管对接结构，其特征在于：所述冷凝段与吸热段的壁厚降低区域总长度不大于10mm。

4.根据权利要求1所述的太阳能集热管的双管对接结构，其特征在于：所述罩玻璃管连接至凸环的倾斜部分的壁厚降低至直管部分壁厚的60%~90%。

5.根据权利要求1所述的太阳能集热管的双管对接结构，其特征在于：所述罩玻璃管和吸热段的连接处形成圆角过渡结构。

6.一种太阳能集热管的双管对接方法，所述双管对接是指在火焰作用下使内管的身部的环封口与罩玻璃管的管口熔接在一起，内管在罩玻璃管以内的部分为吸热段，内管伸出罩玻璃管外的部分为冷凝段，其特征在于：

在所述熔接之前，在内管在环封口位置处于熔融状态下，将内管的冷凝段与吸热段沿轴向相互分离方向拉伸5-10mm，并向内管内部通入气体，在气体压力作用下，使熔融状态下的环封口向外形成凸环；

将所述内管的凸环与罩玻璃管的管口熔接在一起，在内管的凸环与罩玻璃管的管口处于熔接状态下，将所述冷凝段沿远离罩玻璃管以及吸热段的方向拉伸5-10mm，使内管的冷凝段的外壁和罩玻璃管的外壁之间以120度~150度斜角相接。

7.根据权利要求6所述的太阳能集热管的双管对接方法，其特征在于：临近环封口位置的冷凝段、吸热段以及罩玻璃管的玻璃壁厚均降低至直管部分壁厚的60%~90%。

8.根据权利要求6所述的太阳能集热管的双管对接方法，其特征在于：在将所述内管的凸环与罩玻璃管的管口熔接在一起之前，采用工具将熔融状态下的罩玻璃管管口向内收口，使其贴敷在内管的凸环上。