CN113758028A - 线聚焦金属流道太阳能真空集热管及制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及真空集热管的技术领域，尤其是涉及线聚焦金属流道太阳能真空集热管及制造工艺，其包括以下步骤：S1、制造玻璃外管；S2、铸造金属内管初加工件，冷轧加工；S3、铸造径向卸荷件初加工件，热轧、常温弯曲成型；S4、制作互相滑动配合的环形滑座和环形滑板；S5、组装内撑环；S6、将内密封环与金属内管熔接，将内密封环与玻璃外管熔接；S7、将连接部与金属内管进行焊接；S8、将径向卸荷件与环形滑座胶接，将径向卸荷件与玻璃外管胶接；S9、将玻璃外管与金属内管之间的腔室抽为真空；本申请在金属内管发生膨胀变形的前提下，能够提高金属内管与玻璃外管的连接气密性和稳定性，改善真空集热管的使用性能，延长真空集热管的寿命。

Description

线聚焦金属流道太阳能真空集热管及制造工艺
技术领域
本申请涉及真空集热管的技术领域，尤其是涉及线聚焦金属流道太阳能真空集热管及制造工艺。
背景技术
利用太阳能采暖加热是近年来越来越被广泛运用的一项先进技术，如太阳能热水器已被普遍的使用在家庭、宿舍、宾馆等场合。各种太阳能热水器的结构不尽相同，但关键技术都是依靠集热装置充分吸收太阳光的能量，并将其转化为热能，加热水源供给使用。
真空集热管是太阳能热水器上普遍使用的一种核心集热组件，它由玻璃外管和金属内管构成，两管之间形成真空，金属内管管壁上涂覆吸热材料，水从金属内管中流过，依靠玻璃外管和金属内管吸收的太阳辐射能将水加热，真空层起到保温作用，这种真空集热管与贮水箱插装连接。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：金属内管受热后易发生膨胀变形，造成金属内管与玻璃外管的连接处松动、漏气，或当压力较高时金属内管受压变形也会造成上述现象，影响真空集热管的使用性能和寿命。
发明内容
在金属内管发生膨胀变形的前提下，为了提高金属内管与玻璃外管的连接气密性和稳定性，改善真空集热管的使用性能，延长真空集热管的寿命，本申请提供线聚焦金属流道太阳能真空集热管及制造工艺。
线聚焦金属流道太阳能真空集热管采用如下技术方案：
一种线聚焦金属流道太阳能真空集热管，包括金属内管和玻璃外管，金属内管位于玻璃外管内部，所述金属内管和玻璃外管之间同时连接有轴向卸荷件和径向卸荷件；轴向卸荷件包括环形滑座和环形滑板，环形滑座开设有滑槽，环形滑板插入滑槽内且与环形滑座滑动连接，环形滑板远离环形滑座的端部固设有连接部，连接部的内壁与金属内管的外周壁固接，环形滑板与环形滑座共同连接有弹性主密封片，连接部与环形滑座共同连接有弹性副密封片；径向卸荷件的内周面与环形滑座固接，径向卸荷件的外周面与玻璃外管的内壁固接；金属内管与玻璃外管的空腔设为真空。
通过采用上述技术方案，轴向卸荷件和径向卸荷件共同将金属内管与玻璃外管进行固定连接，弹性主密封片和弹性副密封片实现环形滑座与环形滑板的密封连接。当金属内管变形时，金属内管能够通过连接部带动环形滑板移动，环形滑板与环形滑座进行微小位移的相对移动，弹性主密封片、弹性副密封片产生微小变形，仍然保持环形滑座与环形滑板的密封连接。径向卸荷件自身能够沿金属内管的直径方向发生形变，金属内管直径方向上的变形量能够被径向卸荷件进行补偿吸收。环形滑板与环形滑座的滑动连接，能够实现在金属内管伸缩变形的情况下，始终保持金属内管与玻璃外管的密封连接，能够提高金属内管与玻璃外管的连接气密性和稳定性，改善真空集热管的使用性能，延长真空集热管的寿命。
可选的，所述环形滑板位于滑槽内的端部固设有防脱环，滑槽的内壁开设有防脱槽，防脱环位于防脱槽内且与环形滑座滑动连接。
通过采用上述技术方案，防脱环和环形滑座的滑动连接，能够避免环形滑板脱离环形滑座，提高线聚焦金属流道太阳能真空集热管的使用安全性。
可选的，在金属内管的直径方向，所述径向卸荷件往复弯折呈波浪形。
通过采用上述技术方案，能够使径向卸荷件在其直径方向的形变能力加大，提高其在直径方向上的弹性变形性能，径向卸荷件能够有效吸收金属内管的伸缩变形。
可选的，在金属内管的径向，所述径向卸荷件任意相邻的两节的弯折几何中心线的夹角为20°-35°。
通过采用上述技术方案，当径向卸荷件弯折角度超过180°时，径向卸荷件弯折处的机械强度最为薄弱；在金属内管的径向，使径向卸荷件任意相邻的两节的弯折几何中心线的夹角为20°-35°，能够使径向卸荷件自身具有良好的可伸缩性以及结构强度，降低径向卸荷件的弯折处出现破裂的可能性。
可选的，所述径向卸荷件与金属内管、径向卸荷件与玻璃外管的连接处均固设有加强连接环。
通过采用上述技术方案，加强连接环能够增加径向卸荷件与环形滑座的连接面积，提高两者的连接牢固性；加强连接环能够增加径向卸荷件与玻璃外管的连接面积，提高径向卸荷件与玻璃外管的连接牢固性。
可选的，所述径向卸荷件内部中空设置。
通过采用上述技术方案，径向卸荷件内部中空，既能够减轻径向卸荷件的自身重量，降低制造成本，又能够增加径向卸荷件自身的弯曲形变性能。
可选的，所述金属内管与玻璃外管之间共同连接有内密封环，内密封环比径向卸荷件、轴向卸荷件更靠近金属内管的中部。
通过采用上述技术方案，内密封环能够进一步保持金属内管与玻璃外管之间空腔的真空度，当环形滑座与环形滑板的连接密封性降低时，内密封环能够作为二次保险发挥作用。
可选的，所述金属内管套设有内撑环，内撑环的内周壁与金属内管紧密抵接，内撑环远离金属内管的外周壁与玻璃内管的内壁紧密抵接。
通过采用上述技术方案，内撑环能够进一步提高金属内管与玻璃外管的连接整体性和连接稳定性，同时，内撑环能够吸收部分金属内管直径方向上的变形产生的应力，保持金属内管的外形一致性。
可选的，一种线聚焦金属流道太阳能真空集热管的制造工艺，根据上述权利要求1-8任一所述的线聚焦金属流道太阳能真空集热管，包括以下步骤：
S1、玻璃外管制作：采用热冲压成型法制造出两端开口的玻璃外管；
S2、金属内管制作：铸造金属内管初加工件，对金属内管初加工件进行冷轧加工；
S3、径向卸荷件制作：铸造径向卸荷件初加工件，对径向卸荷件初加工件进行热轧、常温弯曲成型；
S4、互相滑动配合的环形滑座和环形滑板的制作；
S5、内撑环的安装：将金属内管置于玻璃外管内部，将金属内管套入多个内撑环，且使内撑环间距相等，使内撑环同时抵紧金属内管和玻璃外管；
S6、内密封环的安装：将内密封环的内周壁与金属内管熔接，将内密封环的外周壁与玻璃外管熔接；
S7、环形滑座和环形滑板的安装：将连接部的内周壁与金属内管的外周壁焊接；
S8、径向卸荷件的连接：将径向卸荷件的内周壁与环形滑座胶接，将径向卸荷件的外周壁与玻璃外管的内壁胶接。
通过采用上述技术方案，采用上述制造工艺制造的线聚焦金属流道太阳能真空集热管，当金属内管变形时，金属内管能够通过连接部带动环形滑板移动，环形滑板与环形滑座进行微小位移的相对移动，弹性主密封片、弹性副密封片产生微小变形，仍然保持环形滑座与环形滑板的密封连接。径向卸荷件自身能够沿金属内管的直径方向发生形变，金属内管直径方向上的变形量能够被径向卸荷件进行补偿吸收。环形滑板与环形滑座的滑动连接，能够实现在金属内管伸缩变形的情况下，始终保持金属内管与玻璃外管的密封连接，能够提高金属内管与玻璃外管的连接气密性和稳定性，改善真空集热管的使用性能，延长真空集热管的寿命。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.当金属内管变形时，金属内管能够通过连接部带动环形滑板移动，环形滑板与环形滑座进行微小位移的相对移动，弹性主密封片、弹性副密封片产生微小变形，仍然保持环形滑座与环形滑板的密封连接；径向卸荷件自身能够沿金属内管的直径方向发生形变，金属内管直径方向上的变形量能够被径向卸荷件进行补偿吸收。径向卸荷件和轴向卸荷件能够共同实现在金属内管伸缩变形的情况下，始终保持金属内管与玻璃外管的密封连接，能够提高金属内管与玻璃外管的连接气密性和稳定性，改善真空集热管的使用性能，延长真空集热管的寿命；
2.内密封环能够进一步保持金属内管与玻璃外管之间空腔的真空度，当环形滑座与环形滑板的连接密封性降低时，内密封环能够作为二次保险发挥作用；
3.内撑环能够进一步提高金属内管与玻璃外管的连接整体性和连接稳定性，同时，内撑环能够吸收部分金属内管直径方向上的变形产生的应力，保持金属内管的外形一致性。
附图说明
图1是本申请实施例线聚焦金属流道太阳能真空集热管及制造工艺的结构示意图；
图2是图1中A部分的放大图。
附图标记说明：1、金属内管；2、玻璃外管；21、抽气管；211、封盖；3、轴向卸荷件；31、环形滑座；311、滑槽；312、防脱槽；32、环形滑板；321、连接部；322、防脱环；4、弹性主密封片；5、弹性副密封片；6、径向卸荷件；61、加强连接环；7、内密封环；8、内撑环。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种线聚焦金属流道太阳能真空集热管。
参照图1，线聚焦金属流道太阳能真空集热管包括金属内管1和玻璃外管2，金属内管1位于玻璃外管2内部且两者轴线重合，金属内管1的长度大于玻璃外管2。金属内管1和玻璃外管2之间同时连接有轴向卸荷件3和径向卸荷件6，轴向卸荷件3和径向卸荷件6有两组且分别位于金属内管1或玻璃外管2的两端部，两组轴向卸荷件3和径向卸荷件6将金属内管1与玻璃外管2之间的空腔密封；轴向卸荷件3的两端分别与金属内管1、径向卸荷件6连接，径向卸荷件6远离轴向卸荷件3的端部与玻璃外管2连接，金属内管1与玻璃外管2的空腔设为真空。
参照图1，金属内管1与玻璃外管2之间共同连接有两片内密封环7，内密封环7靠近轴向卸荷件3或径向卸荷件6，内密封环7比径向卸荷件6、轴向卸荷件3更靠近金属内管1的中部，内密封环7平行于金属内管1的直径；内密封环7的内周壁与金属内管1熔接，内密封环7的外周壁与玻璃外管2熔接。
参照图1，金属内管1套设有多个内撑环8，本实施例中，内撑环8有四个，相邻两个内撑环8的间距相等，内撑环8平行于金属内管1的直径；内撑环8的内周壁与金属内管1紧密抵接，内撑环8远离金属内管1的外周壁与玻璃内管的内壁紧密抵接。
参照图1，玻璃外管2连通有抽气管21，抽气管21位于内密封环7与内撑环8之间，抽气管21的开口封接有封盖211。
径向卸荷件6和轴向卸荷件3能够共同实现在金属内管1伸缩变形的情况下，始终保持金属内管1与玻璃外管2的密封连接，能够提高金属内管1与玻璃外管2的连接气密性和稳定性，改善真空集热管的使用性能，延长真空集热管的寿命。内密封环7能够进一步保持金属内管1与玻璃外管2之间空腔的真空度，当环形滑座31与环形滑板32的连接密封性降低时，内密封环7能够作为二次保险发挥作用。内撑环8能够进一步提高金属内管1与玻璃外管2的连接整体性和连接稳定性，同时，内撑环8能够吸收部分金属内管1直径方向上的变形产生的应力，保持金属内管1的外形一致性。
参照图1和图2，轴向卸荷件3包括环形滑座31和环形滑板32。环形滑座31朝向金属内管1中部的侧面开设有滑槽311，滑槽311相互正对的两内壁均开设有防脱槽312，环形滑板32插入滑槽311内且与环形滑座31滑动配合，环形滑板32位于滑槽311内的端部一体成型有防脱环322，防脱环322位于防脱槽312内且与环形滑座31滑动连接。环形滑板32远离环形滑座31的端部一体成型有连接部321，连接部321的内壁与金属内管1的外周壁固定连接，环形滑板32与环形滑座31共同固定连接有弹性主密封片4，连接部321与环形滑座31共同固定连接有弹性副密封片5；径向卸荷件6的内周壁与环形滑座31固定连接，径向卸荷件6的外周壁与玻璃外管2的内壁固定连接。
轴向卸荷件3和径向卸荷件6共同将金属内管1与玻璃外管2进行固定连接，弹性主密封片4和弹性副密封片5实现环形滑座31与环形滑板32的密封连接。当金属内管1变形时，金属内管1能够通过连接部321带动环形滑板32移动，环形滑板32与环形滑座31进行微小位移的相对移动，弹性主密封片4、弹性副密封片5产生微小变形，仍然保持环形滑座31与环形滑板32的密封连接。防脱环322和环形滑座31的滑动连接，能够避免环形滑板32脱离环形滑座31，提高线聚焦金属流道太阳能真空集热管的使用安全性。
参照图1和图2，在金属内管1的直径方向，径向卸荷件6往复弯折呈波浪形，能够使径向卸荷件6在其直径方向的形变能力加大，提高其在直径方向上的弹性变形性能，径向卸荷件6能够有效吸收金属内管1的伸缩变形。径向卸荷件6内部中空，既能够减轻径向卸荷件6的自身重量，降低制造成本，又能够增加径向卸荷件6自身的弯曲形变性能。
参照图1和图2，在金属内管1的直径方向，径向卸荷件6任意相邻的两节的弯折几何中心线的夹角为15°-40°，当径向卸荷件6弯折角度超过180°时，径向卸荷件6弯折处的机械强度最为薄弱；在金属内管1的径向，使径向卸荷件6任意相邻的两节的弯折几何中心线的夹角为15°-40°，能够使径向卸荷件6自身具有良好的可伸缩性以及结构强度，降低径向卸荷件6的弯折处出现破裂的可能性。
参照图1和图2，径向卸荷件6与金属内管1、径向卸荷件6与玻璃外管2的连接处均固定连接有环形的加强连接环61。加强连接环61能够增加径向卸荷件6与环形滑座31的连接面积，提高两者的连接牢固性；加强连接环61能够增加径向卸荷件6与玻璃外管2的连接面积，提高径向卸荷件6与玻璃外管2的连接牢固性。
本申请实施例线聚焦金属流道太阳能真空集热管的实施原理为：轴向卸荷件3和径向卸荷件6共同将金属内管1与玻璃外管2进行固定连接，弹性主密封片4和弹性副密封片5实现环形滑座31与环形滑板32的密封连接。
当金属内管1变形时，金属内管1能够通过连接部321带动环形滑板32移动，环形滑板32与环形滑座31进行微小位移的相对移动，弹性主密封片4、弹性副密封片5产生微小变形，仍然保持环形滑座31与环形滑板32的密封连接；径向卸荷件6能够有效吸收金属内管1的伸缩变形。
内密封环7能够进一步保持金属内管1与玻璃外管2之间空腔的真空度，当环形滑座31与环形滑板32的连接密封性降低时，内密封环7能够作为二次保险发挥作用。
内撑环8能够进一步提高金属内管1与玻璃外管2的连接整体性和连接稳定性，同时，内撑环8能够吸收部分金属内管1直径方向上的变形产生的应力，保持金属内管1的外形一致性。
本申请实施例还公开一种上述线聚焦金属流道太阳能真空集热管的制造工艺，包括以下步骤：
S1、参照图，采用热冲压成型法制造出两端开口的玻璃外管2，随后进行裂纹检测，无裂纹即合格。
S2、参照图，采用铸造工艺制造金属内管1初加工件，对金属内管1初加工件进行冷轧加工，冷轧完成后进行定径测试和无裂缝检测。；
S3、参照图，铸造径向卸荷件6初加工件，对径向卸荷件6初加工件进行热轧，提高径向卸荷件6初加工件的塑性，在常温下使用压力机使径向卸荷件6初加工件弯曲成型，成为波浪形的径向卸荷件6。
S4、参照图，铸造互相滑动配合的环形滑座31和环形滑板32。
S5、参照图，将金属内管1置于玻璃外管2内部，将金属内管1套入多个内撑环8，使相邻的内撑环8间距相等，使内撑环8垂直于金属内管1的轴线，使内撑环8同时抵紧金属内管1和玻璃外管2。
S6、参照图，将内密封环7放置到位，将内密封环7的内周壁加热后与金属内管1的外周壁熔接，将内密封环7的外周壁加热后与玻璃外管2的内周壁熔接。
S7、参照图，将连接部321的内周壁与金属内管1的外周壁焊接连为一体。
S8、参照图，将径向卸荷件6的内周壁与环形滑座31使用强力胶水胶接，将径向卸荷件6的外周壁与玻璃外管2的内壁使用强力胶水胶接；
S9、参照图，通过出气管将玻璃外管2与金属内管1之间的腔室抽为真空，并使用封盖211封接抽气管21。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种线聚焦金属流道太阳能真空集热管，包括金属内管(1)和玻璃外管(2)，金属内管(1)位于玻璃外管(2)内部，其特征在于：所述金属内管(1)和玻璃外管(2)之间同时连接有轴向卸荷件(3)和径向卸荷件(6)；轴向卸荷件(3)包括环形滑座(31)和环形滑板(32)，环形滑座(31)开设有滑槽(311)，环形滑板(32)插入滑槽(311)内且与环形滑座(31)滑动连接，环形滑板(32)远离环形滑座(31)的端部固设有连接部(321)，连接部(321)的内壁与金属内管(1)的外周壁固接，环形滑板(32)与环形滑座(31)共同连接有弹性主密封片(4)，连接部(321)与环形滑座(31)共同连接有弹性副密封片(5)；径向卸荷件(6)的内周面与环形滑座(31)固接，径向卸荷件(6)的外周面与玻璃外管(2)的内壁固接；金属内管(1)与玻璃外管(2)的空腔设为真空。
2.根据权利要求1所述的线聚焦金属流道太阳能真空集热管，其特征在于：所述环形滑板(32)位于滑槽(311)内的端部固设有防脱环(322)，滑槽(311)的内壁开设有防脱槽(312)，防脱环(322)位于防脱槽(312)内且与环形滑座(31)滑动连接。
3.根据权利要求1所述的线聚焦金属流道太阳能真空集热管，其特征在于：在金属内管(1)的直径方向，所述径向卸荷件(6)往复弯折呈波浪形。
4.根据权利要求3所述的线聚焦金属流道太阳能真空集热管，其特征在于：在金属内管(1)的径向，所述径向卸荷件(6)任意相邻的两节的弯折几何中心线的夹角为20°-35°。
5.根据权利要求3所述的线聚焦金属流道太阳能真空集热管，其特征在于：所述径向卸荷件(6)与金属内管(1)、径向卸荷件(6)与玻璃外管(2)的连接处均固设有加强连接环(61)。
6.根据权利要求1所述的线聚焦金属流道太阳能真空集热管，其特征在于：所述径向卸荷件(6)内部中空设置。
7.根据权利要求1所述的线聚焦金属流道太阳能真空集热管，其特征在于：所述金属内管(1)与玻璃外管(2)之间共同连接有内密封环(7)，内密封环(7)比径向卸荷件(6)、轴向卸荷件(3)更靠近金属内管(1)的中部。
8.根据权利要求1所述的线聚焦金属流道太阳能真空集热管，其特征在于：所述金属内管(1)套设有内撑环(8)，内撑环(8)的内周壁与金属内管(1)紧密抵接，内撑环(8)远离金属内管(1)的外周壁与玻璃内管的内壁紧密抵接。
9.一种线聚焦金属流道太阳能真空集热管的制造工艺，根据上述权利要求1-8任一所述的线聚焦金属流道太阳能真空集热管，其特征在于：包括以下步骤：
S1、玻璃外管(2)制作：采用热冲压成型法制造出两端开口的玻璃外管(2)；
S2、金属内管(1)制作：铸造金属内管(1)初加工件，对金属内管(1)初加工件进行冷轧加工；
S3、径向卸荷件(6)制作：铸造径向卸荷件(6)初加工件，对径向卸荷件(6)初加工件进行热轧、常温弯曲成型；
S4、互相滑动配合的环形滑座(31)和环形滑板(32)的制作；
S5、内撑环(8)的安装：将金属内管(1)置于玻璃外管(2)内部，将金属内管(1)套入多个内撑环(8)，且使内撑环(8)间距相等，使内撑环(8)同时抵紧金属内管(1)和玻璃外管(2)；
S6、内密封环(7)的安装：将内密封环(7)的内周壁与金属内管(1)熔接，将内密封环(7)的外周壁与玻璃外管(2)熔接；
S7、环形滑座(31)和环形滑板(32)的安装：将连接部(321)的内周壁与金属内管(1)的外周壁焊接；
S8、径向卸荷件(6)的连接：将径向卸荷件(6)的内周壁与环形滑座(31)胶接，将径向卸荷件(6)的外周壁与玻璃外管(2)的内壁胶接；
S9、抽真空：通过出气管将玻璃外管(2)与金属内管(1)之间的腔室抽为真空，并封接抽气管(21)。
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