CN202057069U - 一种直通式太阳能真空集热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种直通式太阳能真空集热器，它包括金属内管和玻璃外管，在金属内管与玻璃外管之间设有连接结构；所述的连接结构包括波纹管、支撑环和连接装置；波纹管的一端与金属内管外壁固定连接，波纹管的另一端与支撑环固定连接；支撑环通过连接装置与玻璃外管固定连接；金属内管另外一端与玻璃外管的连接处设有相同的连接结构；金属内管和玻璃外管之间通过连接结构形成真空夹层。本实用新型生产工艺对操作人员依赖程度低，可实现自动化生产，成品率高，质量稳定；适用范围广，可广泛适用于太阳能空调制冷、太阳能海水淡化、槽式太阳能热发电等太阳能中高温集热装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种集热器，具体说是一种直通式太阳能真空集热器。
背景技术
直通式太阳能真空集热器是一种太阳能热利用产品，其基本结构是内部为直通式的金属管，外部采用玻璃管，金属内管和玻璃外管之间进行密封连接，两者之间抽真空。使用时，阳光照射金属内管，加热其中的流体介质，如水、水蒸汽、导热油、熔融盐等。目前该类产品已广泛应用于太阳能热水器等中低温环境中，最高使用温度一般小于200℃，而在太阳能空调制冷、太阳能海水淡化、槽式太阳能热发电等太阳能中高温应用中，其最高使用温度一般大于200℃，最高可超过500℃，则存在较多的问题。
该产品在中高温应用中，主要存在的技术难题是现有金属内管和玻璃外管的封接部位难以承受较高的温度。由于玻璃和金属的膨胀系数存在差异，两者直接封接后，在使用过程中温度发生变化时会在玻璃中产生较大的应力，可导致产品真空破坏，严重时会使玻璃破裂。目前在直通式太阳能真空集热器产品中，其封接工艺主要有匹配封接、钎封和过渡封接等形式，这些封接工艺在实际应用中均存在一些不足。
匹配封接需要选择一种与玻璃膨胀系数相近的金属与玻璃外管进行封接，然后该金属再与金属内管焊接。由于难以找到在较广温度范围内与玻璃外管材料膨胀系数相同或相近的金属，所以该方法受到了很大的限制。
过渡封接一般采用多种膨胀系数相近的玻璃进行分段连接，直至最后一段玻璃的膨胀系数与所要封接的金属接近，然后该段玻璃再与金属熔接，该封接方法工艺复杂，只能手工完成，对操作人员依赖程度高，生产效率低，成品率低，强度不高。
钎封一般采用较软的金属填充在玻璃和金属之间进行封接，例如铅，但由于铅金属熔点(327.5℃)较低，产品所能达到的使用温度较低(不高于铅金属的熔点)。
此外还有采用铝或铜等金属作为中间材料的压封工艺等，也存在工艺复杂，可靠性低，强度不足等问题。
发明内容
发明目的：本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种直通式太阳能真空集热器，解决现有应用于中高温环境的集热器产品所存在的成品率低、生产效率低、寿命短、质量不稳定问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：一种直通式太阳能真空集热器，它包括金属内管和玻璃外管，在金属内管与玻璃外管之间设有连接结构；所述的连接结构包括波纹管、支撑环和连接装置；波纹管的一端与金属内管外壁固定连接，波纹管的另一端与支撑环固定连接；支撑环通过连接装置与玻璃外管固定连接；金属内管另外一端与玻璃外管的连接处设有相同的连接结构；金属内管和玻璃外管之间通过连接结构形成真空夹层。
本实用新型中，所述的支撑环的下端外径略大于玻璃外管的内径，支撑环的下端向内折弯成下折弯端；支撑环的上端外径小于玻璃外管的内径，且在支撑环的上边沿向外延伸成上折弯端，所述的上折弯端包括横向折边和竖向折边。当连接装置为连接管时，波纹管、支撑环有如下两种连接方式：波纹管的下端管壁与所述的支撑环的下折弯端固定，上折弯端的竖向折边与连接装置固定；波纹管上端与金属内管的外壁固定连接；波纹管的下端管壁与金属内管的外壁固定连接；波纹管上端与所述的支撑环的下折弯端固定，上折弯端的竖向折边与连接装置固定。
本实用新型中，支撑环还有另一种结构：即支撑环的下端外径略大于玻璃外管的内径，支撑环的下端向内折弯成下折弯端；支撑环的上端外径小于玻璃外管的内径，且在支撑环的上边沿向外延伸成上折弯端，所述的上折弯端包括横向折边；与之适配的连接装置为连接环，此时波纹管与支撑环、连接装置有如下两种连接方式：所述的波纹管的下端固定在金属内管上，波纹管的上端与支撑环的下折弯端固定连接；所述的玻璃外管的端部设有向内折弯的弯头，所述的连接装置为与弯头宽度适配的连接环，连接环固定在弯头上，支撑环的上折弯端的横向折边固定在连接环上；所述的波纹管的上端固定在金属内管上，波纹管的下端与支撑环的下折弯端固定连接；所述的玻璃外管的端部设有向内折弯的弯头，所述的连接装置为与弯头宽度适配的连接环，连接环固定在弯头上，支撑环的上折弯端的横向折边固定在连接环上。
本实用新型中，为防止使用过程中意外损坏连接装置，在玻璃外管与金属内管两端的连接结构外设有与之适配的保护罩。
本实用新型中，所述的支撑环的下折弯端的边沿间隔设有凹槽，使得支撑环的下折弯端具备一定的形变能力，避免支撑环的下折弯端受热膨胀或收缩而损坏玻璃外管。
有益效果：本实用新型解决了太阳能真空集热管中玻璃和金属的封接技术以及装配结构，提高了真空集热管可靠性和高温应用性能，可以广泛应用于各种中高温环境中；生产原材料均为获取容易的普通材料；生产工艺对操作人员依赖程度低，可实现自动化生产，成品率高，质量稳定；适用范围广，可广泛适用于太阳能空调制冷、太阳能海水淡化、槽式太阳能热发电等太阳能中高温集热装置。
附图说明
图1是本产品整体结构示意图。
图2是连接装置为连接管时，支撑环的剖视图。
图3是连接装置为连接管时，支撑环的俯视图。
图4是连接管的剖视图。
图5是连接管的俯视图。
图6是图1中A处的第一种实施例的示意图。
图7是图1中A处的第二种实施例的示意图。
图8是图1中A处的第三种实施例的示意图。
图9是连接装置为连接环时，支撑环的剖视图。
图10是连接装置为连接环时，支撑环的俯视图。
图11是连接环的剖视图。
图12是连接环的俯视图。
图13是图1中A处的第四种实施例的示意图。
图14是图1中A处的第五种实施例的示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。
如图1所示，本实用新型的一种直通式太阳能真空集热器，它包括金属内管1和玻璃外管2，在金属内管1的外表面镀有吸收膜。金属内管1与玻璃外管2两端的连接处设有相同的连接结构；金属内管1和玻璃外管2通过连接结构进行密封，金属内管1和玻璃外管2之间通过两端的连接结构形成真空夹层8。真空夹层8内放置吸气剂，以长时间维持真空夹层8内的真空。
所述的连接结构包括波纹管3、支撑环4和连接装置5。
波纹管3由不锈钢制成，波纹管3的作用是在温度变化时卸载金属内管1和玻璃外管2由于材质膨胀差异所产生的轴向应力。波纹管3的一端与金属内管1的外壁固定连接，波纹管3的另一端与支撑环4固定连接。
支撑环4为不锈钢制成，支撑环4的下端是依靠自身弹力卡在玻璃外管2内，同时也嵌入玻璃外管2内，使支撑环4和玻璃外管2两者相对位置固定，同时支撑环4支撑玻璃外管2的重量，该连接无需保证气密性。支撑环4可采用模具一次成型方法加工，也可以分段加工后焊接在一起。所述的支撑环4有两种实施例，第一种实施例如图2和3所示，支撑环4的下端外径略大于玻璃外管2的内径，支撑环4的下端向内折弯成下折弯端9，支撑环4的上端外径小于玻璃外管2的内径，且在支撑环4的上边沿向外延伸成上折弯端10，上折弯端10包括横向折边和竖向折边。支撑环4的下折弯端9的边沿间隔设有凹槽11，凹槽11使得支撑环4的下折弯端9具备一定的形变能力，避免支撑环4的下折弯端9受热膨胀或收缩而损坏玻璃外管2，也使支撑环4、玻璃外管2、连接装置5三者之间的空间与真空夹层8连通。
连接装置5有两种实施例，第一种实施例如图4和5所示，所示的连接装置5为连接管，即为薄壁的管状体。根据连接管、波纹管3和支撑环4的不同连接方式，太阳能真空集热器有三种结构，如图6、7和8所示。
如图6所示，波纹管3的下端管壁与所述的支撑环4的下折弯端9固定，上折弯端10的竖向折边与连接管固定；连接管与玻璃外管2固定连接。波纹管3上端与金属内管1的外壁固定连接，连接处需保证气密性。为防止使用过程中意外损坏连接装置5，在玻璃外管2外设有保护罩7，保护罩7的下端与玻璃外管2的外管壁固定。此种连接方式的波纹管3位于玻璃外管2内部，结构紧凑。
如图7所示，波纹管3也位于玻璃外管2内部，波纹管3的下端管壁与金属内管1的外壁固定连接；波纹管3上端与所述的支撑环4的下折弯端9固定，上折弯端10的竖向折边与连接管固定，连接管与玻璃外管2固定连接。为防止使用过程中意外损坏连接装置5，在玻璃外管2外设有保护罩7，保护罩7的下端与玻璃外管2的外管壁固定。
如果由于玻璃外管2管径偏小，不能内置波纹管3，也可以采用图8所示的连接方式。波纹管3的下端管壁与所述的支撑环4的下折弯端9焊接固定，上折弯端10的竖向折边与连接管固定；连接管与玻璃外管2固定连接。波纹管3上端与金属内管1的外壁固定连接。为防止使用过程中意外损坏连接装置5，在玻璃外管2外设有保护罩7，保护罩7的下端与玻璃外管2的外管壁固定。
支撑环4的第二种实施例的结构示意图如图9、10所示，支撑环4的下端外径略大于玻璃外管2的内径，支撑环4的下端向内折弯成下折弯端13；支撑环4的上端外径小于玻璃外管2的内径，且在支撑环4的上边沿向外延伸成上折弯端14，所述的上折弯端14包括横向折边；所述的支撑环4的下折弯端13的边沿间隔设有凹槽11，凹槽11使得支撑环4的下折弯端13具备一定的形变能力，避免支撑环4的下折弯端13受热膨胀或收缩而损坏玻璃外管2，也使支撑环4、玻璃外管2、连接环三者之间的空间与真空夹层8连通。连接装置5第二种实施例如图11和12所示，所示的连接装置5为连接环。根据连接环、波纹管3和支撑环4的不同连接方式，太阳能真空集热器有二种结构，如图13和14所示。
如图13所示，所述的波纹管3的下端固定在金属内管1的外壁上，波纹管3的上端与支撑环4的下折弯端13固定连接；所述的玻璃外管2的端部设有向内折弯的弯头，连接环与弯头宽度适配，连接环固定在弯头上，支撑环4的上折弯端14的横向折边固定在连接环上。为防止使用过程中意外损坏连接装置5，在玻璃外管2外设有保护罩7，保护罩7的下端固定在玻璃外管2的外管壁上。
图14所示，波纹管3的上端固定在金属内管1的外壁上，波纹管3的下端与支撑环4的下折弯端13固定连接；所述的玻璃外管2的端部设有向内折弯的弯头，连接环与弯头宽度适配，连接环固定在弯头上，支撑环4的上折弯端14的横向折边固定在连接环上。为防止使用过程中意外损坏连接装置5，在玻璃外管2外设有保护罩7，保护罩7的下端固定在玻璃外管2的外管壁上。
玻璃外管2烧结在连接装置5上，连接装置5与支撑环4焊接，此两处连接需保证气密性。由于支撑环4的下端已和玻璃外管2相对位置固定，则连接装置5仅需承受真空夹层8所产生的一个大气压力，所以连接装置5选用很薄的金属环或管就可以保证不易损坏，如连接环、连接管可选用铜、铁镍钴合金、钼等金属材料，与玻璃外管2的连接部位加工成很薄的刀刃状，虽然这些金属材料与玻璃两者膨胀系数存在差异，但是由于这些金属材料具备延展性，加上金属片很薄，使得连接装置5的形变能力较大，在温度变化时连接装置5的形变可以消除或减少玻璃外管2与连接装置5的连接处玻璃外管2的应力，所以能够在很广的温度范围内保证气密性能和寿命，从而也使得直通式太阳能真空集热器产品可以达到较高的使用温度，理论上其使用温度只受限于玻璃的软化温度(目前广泛使用的高硼硅玻璃的软化温度为810±10℃)。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (11)
1.一种直通式太阳能真空集热器，它包括金属内管(1)和玻璃外管(2)，其特征在于：在金属内管(1)与玻璃外管(2)之间设有连接结构；
所述的连接结构包括波纹管(3)、支撑环(4)和连接装置(5)；波纹管(3)的一端与金属内管(1)外壁固定连接，波纹管(3)的另一端与支撑环(4)固定连接；支撑环(4)通过连接装置(5)与玻璃外管(2)固定连接；金属内管(1)另外一端与玻璃外管(2)的连接处设有相同的连接结构；
金属内管(1)和玻璃外管(2)之间通过连接结构形成真空夹层(8)。
2.根据权利要求1所述的一种直通式太阳能真空集热器，其特征在于：所述的支撑环(4)的下端外径略大于玻璃外管(2)的内径，支撑环(4)的下端向内折弯成下折弯端(9)；支撑环(4)的上端外径小于玻璃外管(2)的内径，且在支撑环(4)的上边沿向外延伸成上折弯端(10)，所述的上折弯端(10)包括横向折边和竖向折边。
3.根据权利要求2所述的一种直通式太阳能真空集热器，其特征在于：波纹管(3)的下端管壁与所述的支撑环(4)的下折弯端(9)固定，上折弯端(10)的竖向折边与连接装置(5)固定；波纹管(3)上端与金属内管(1)的外壁固定连接；所述的连接装置(5)为连接管。
4.根据权利要求2所述的一种直通式太阳能真空集热器，其特征在于：波纹管(3)的下端管壁与金属内管(1)的外壁固定连接；波纹管(3)上端与所述的支撑环(4)的下折弯端(9)固定，上折弯端(10)的竖向折边与连接装置(5)固定；与所述的连接装置(5)为连接管。
5.根据权利要求3或4所述的一种直通式太阳能真空集热器，其特征在于：在玻璃外管(2)外设有保护罩(7)，保护罩(7)的下端与玻璃外管(2)的外管壁固定。
6.根据权利要求5所述的一种直通式太阳能真空集热器，其特征在于：所述的支撑环(4)的下折弯端(9)的边沿间隔设有凹槽(11)。
7.根据权利要求1所述的一种直通式太阳能真空集热器，其特征在于：所述的支撑环(4)的下端外径略大于玻璃外管(2)的内径，支撑环(4)的下端向内折弯成下折弯端(13)；支撑环(4)的上端外径小于玻璃外管(2)的内径，且在支撑环(4)的上边沿向外延伸成上折弯端(14)，所述的上折弯端(14)包括横向折边。
8.根据权利要求7所述的一种直通式太阳能真空集热器，其特征在于：所述的波纹管(3)的下端固定在金属内管(1)上，波纹管(3)的上端与支撑环(4)的下折弯端 (13)固定连接；所述的玻璃外管(2)的端部设有向内折弯的弯头，所述的连接装置(5)为与弯头宽度适配的连接环，连接环固定在弯头上，支撑环(4)的上折弯端(14)的横向折边固定在连接环上。
9.根据权利要求7所述的一种直通式太阳能真空集热器，其特征在于：所述的波纹管(3)的上端固定在金属内管(1)上，波纹管(3)的下端与支撑环(4)的下折弯端(13)固定连接；所述的玻璃外管(2)的端部设有向内折弯的弯头，所述的连接装置(5)为与弯头宽度适配的连接环，连接环固定在弯头上，支撑环(4)的上折弯端(14)的横向折边固定在连接环上。
10.根据权利要求8或9所述的一种直通式太阳能真空集热器，其特征在于：在玻璃外管(2)外设有保护罩(7)，保护罩(7)的下端固定在玻璃外管(2)的外管壁上。
11.根据权利要求10所述的一种直通式太阳能真空集热器，其特征在于：所述的支撑环(4)的下折弯端(13)的边沿间隔设有凹槽(11)。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20111130 Effective date of abandoning: 20120523 |