CN202254427U - 一种槽式太阳能热发电集热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种槽式太阳能热发电集热管，其玻璃金属封接采用间接包封结构，卸载装置沿用成熟和简化的卸载模式，为提高金属直管的换热效率，在金属管端口增加扰流片，因其另部件少、工艺简单、制造成本低，不仅适用于太阳能热发电，也适合其他如太阳能空调制冷、太阳能海水淡化等小型槽式热利用装置。属太阳能热利用技术领域。

Description

一种槽式太阳能热发电集热管

技术领域

本实用新型涉及一种用于槽式太阳能热发电用的真空集热管，其玻璃金属封接采用间接包封结构，卸载装置沿用成熟和简化的卸载模式，为提高金属直管的换热效率，在金属管端口增加扰流片，因其另部件少、工艺简单、制造成本低，不仅适用于太阳能热发电，也适合其他如太阳能空调制冷、太阳能海水淡化等小型槽式热利用装置。属太阳能热利用技术领域。 

背景技术

目前，国内外有关在槽式太阳能热发电装置中使用的真空集热管的差别主要在结构设计和封接方式上。Solel和Archimede公司采用的是外卸载结构，Schott公司采用的是内卸载结构，玻璃金属封接均采用热熔封接，但具体方法和使用的玻璃材料有差异。我国近年来开始加快对槽式太阳能热发电集热管的研发步伐，但是很多院校所和企业由于受制于玻璃材料，因此还不能从根本上超越国外的集热管。发明人的200420091975.1和200620113317.7实用新型专利，以及200610138447.0和200710090246.2等发明专利经生产证明完全适于工业化生产，该集热管具有国外集热管所不具备的强化换热功能，已在太阳能空调制冷和大型槽式热发电装置中应用。但从实例制作中发现，集热管的封接结构和强化换热方式还有进一步优化的余地，为进一步提高稳定性和可靠性，在工程化和产业化上有新的突破，不断缩小与国外同类产品的差距，应该在上述专利基础上对槽式太阳能热发电集热管的封接结构和扰流装置进行优化。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是采用间接包封压缩封接技术提高槽式太阳能热发电集热管封接结构和卸载装置的稳定性和可靠性。 

本实用新型所称问题是由以下技术方案解决的： 

槽式太阳能热发电集热管由玻璃外管、玻璃截管、金属内管、金属端盖、铁镍可伐件、卸载波纹管、玻璃封接料、管接件、消气环、排气管、扰流片组成，其特征在于：卸载波纹管设置在集热管两端；铁镍可伐件为凹形槽管状件，玻璃截管插入凹形槽内通过玻璃封接料热熔封接，另一端环形端口向内或向外翻边与卸载波纹管一端氩弧焊接，卸载波纹管另一端和管接件氩弧焊接，管接件和金属内管氩弧焊接，金属内管外表面真空溅射耐高温选择性热吸收涂层；消气环焊接在金属内管上。 

所述玻璃外管选择线膨胀系数为33×10^-7/℃的高硬高透光率和具有高耐热性的3.3高硼硅玻璃管；高硼硅玻璃也称派莱克斯玻璃，在我国太阳能热水器行业应用已经非常广泛，成本也很低，虽然线膨胀系数为33×10^-7/ ℃，很难和国内的可伐合金材料匹配，但其物理性能很适合太阳能热发电。或选择线膨胀系数为(40-65)×10^-7/℃的中性5.0硼硅玻璃。 

所述玻璃截管是根据使用要求切割玻璃外管而形成的玻璃短管，切割的目的是为了更好地实施玻璃金属封接。 

所述铁镍可伐件一端冲压成凹形槽管状件，凹槽深5-10mm，另一端向内或向外翻边与卸载波纹管焊接；优选型号为4J29、4J44，线膨胀系数在20-450℃时为(46-55)×10^-7/℃的铁镍钴玻封合金；或选择型号为4J42、4J45，线膨胀系数在20-450℃时为(40-75)×10^-7/℃的铁镍可伐合金；壁厚以0.3-2mm为宜。如图2所示。 

所述玻璃封接料的线膨胀系数为(40-65)×10^-7/℃，介于玻璃截管和铁镍可伐件之间，软化和流散温度为300-800℃；选择氧化铅含量介于30-60％的低熔玻璃封接料；如玻璃外管为中性玻璃则可选择无铅低熔玻璃粉。 

所述卸载波纹管波节数在2-20波，波纹管壁厚为0.18-0.3mm，波高5-16mm，波距3-12mm，波纹管公称通径32-100mm；抗疲劳寿命应大于3万次；优选SUS304、321或SUS316、316L不锈钢材料。 

所述管接件为中心内孔翻边的板状件，内孔与金属内管相匹配，翻边部与金属内管焊接，平面段端部与卸载波纹管氩弧焊接，材质为SUS304、321或SUS316、316L不锈钢，壁厚为0.3-2mm；采用内卸载结构时管接件为一端缩口，另一端扩口的管状件；缩口端与金属内管氩弧焊接，扩口端与卸载波纹管焊接，如图3所示。 

所述金属内管公称通径在25-80mm之间，壁厚在0.3-13mm之间，公称压力在0.6-25MPa之间，优选型号为SUS304、321或SUS316、316L无缝不锈钢管，或耐高温、耐晶间腐蚀的超超临界锅炉用的型号为XA704、TP347H、SUPER304H、TP310HCbN合金无缝钢管；金属内管为金属直管，或波节管，或内螺旋管，或苞体波节管。 

所述扰流片为不锈钢片，冲压成尾翼状，一端翻边点焊在金属内管端口内壁上，另一端适当弯曲以扰动工质流体，每个集热管焊接一至三个扰流片。 

或将扰流片设计成宽度与金属内管直径相同的长方形或正方形，中间成梯形冲压开口分别向两边翻边，起双向扰动流体作用，梯形斜边与基体连接，扰流片两端焊接在金属内管内壁上。如图4所示。 

所述排气管为33×10^-7/℃的高硼硅玻璃管或中性硼硅玻璃管，内径8-20mm，熔接在玻璃外管或玻璃截管上。 

所述压缩封接是指利用高硼硅玻璃突出的抗张(压)强度特性，在金属与玻璃之间采用中间软玻璃过渡封接，铁镍可伐件凹槽内放入浆状低熔玻璃粉，并将玻璃截管一端插入铁镍可伐件凹槽内熔封接，保证玻璃金属封接的气密性和可靠性。 

本实用新型使用的零部件少，工艺简单，并且采用全新的熔封结构和扰流片结构，使工艺性和热吸收效率进一步提高。 

附图说明

图1是本实用新型外卸载封接结构示意图 

图2是本实用新型外卸载组件示意图 

图3是本实用新型内卸载封接结构示意图 

图4是本实用新型梯形扰流片结构示意图 

其中：1玻璃外管、2金属内管、3铁镍可伐件、4卸载波纹管、5管接件、6消气环、7排气管、8玻璃截管、9扰流片 

具体实施方式

1)首先将铁镍可伐件(3)冲压拉伸成凹槽形管状件，另一端翻边，在800-1100℃湿氢环境中预氧化处理后备用。 

2)将玻璃外管(1)割管成玻璃截管(8)，封接端与铁镍可伐件(3)凹槽端对应，将调和后的浆状玻璃封接料均匀涂覆在玻璃截管(8)与铁镍可伐件(3)凹槽封接端，粘合后采用静态熔封或隧道窑行进熔封的方法，待铁镍可伐件(3)和玻璃截管(8)充分熔接后，熔接排气管(7)，并按玻璃操作规程热处理，经退火、去应力备用。 

3)熔封接的玻璃截管(8)进行氦质谱检漏，确保气密性和封接强度。 

4)带有铁镍可伐件(3)的玻璃截管(8)和玻璃外管(1)在玻璃车床上熔封接，退火备用。 

5)金属内管(2)抛光、检漏、500℃真空环境高温除气，放入镀膜室溅射耐高温选择性热吸收涂层，将消气环(6)和扰流片(9)焊接在金属内管(2)的外表面和内表面上，备用。 

6)装配整管，将镀膜后的金属内管(2)从管接件(5)中间顺序插入玻璃外管(1)内。 

7)一端的管接件(5)和金属内管(2)氩弧焊接，另一端的管接件(5)和金属内管(2)氩弧焊接前拉伸，使两端的卸载波纹管(4)成闭合状态，然后与金属内管(2)焊接。内卸载结构相反，待两端的波纹管波节全部张开后实施焊接。 

8)装配完毕之后在真空排气台上经400℃高温真空排气保证内真空达3×10^-3。 

9)在高频焊机上激活消气剂，通称“烤消”，经检漏确认真空度符合技术指标。整管加工结束后如图1所示，得到新型槽式太阳能热发电集热管。 

Claims (9)

1.一种槽式太阳能热发电集热管由玻璃外管、玻璃截管、金属内管、铁镍可伐件、卸载波纹管、玻璃封接料、管接件、消气环、排气管、扰流片组成，其特征在于：卸载波纹管设置在集热管两端；铁镍可伐件为凹形槽管状件，玻璃截管插入凹形槽内通过玻璃封接料热熔封接，另一端环形端口向内或向外翻边与卸载波纹管一端氩弧焊接，卸载波纹管另一端和管接件氩弧焊接，管接件和金属内管氩弧焊接；金属内管外表面真空溅射耐高温选择性热吸收涂层；消气环焊接在金属内管上。

2.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于：所述玻璃外管选择线膨胀系数为33×10^-7/℃的高硬高透光率和具有高耐热性的3.3高硼硅玻璃管；或线膨胀系数为(40-65)×10^-7/℃的中性5.0硼硅玻璃。

3.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于：所述铁镍可伐件一端冲压成凹形槽管状件，凹槽深5-10mm，另一端向内或向外翻边与卸载波纹管焊接；优选型号为4J29、4J44的铁镍钴玻封合金，线膨胀系数在20-450℃时为(46-55)×10^-7/℃；或选择型号为4J42、4J45，线膨胀系数在20-450℃时为(40-75)×10^-7/℃的铁镍可伐合金；壁厚以0.3-2mm为宜。

4.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于：所述玻璃封接料的线膨胀系数为(40-65)×10^-7/℃，介于玻璃截管和铁镍可伐件之间，软化和流散温度为300-800℃。

5.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于：所述卸载波纹管波节数在2-20波，波纹管壁厚为0.18-0.3mm，波高5-16mm，波距3-12mm，波纹管公称通径32-100mm；抗疲劳寿命应大于3万次；优选SUS304、321或SUS316、316L不锈钢材料。

6.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于：所述管接件为中心内孔翻边的板状件，内孔与金属内管相匹配，翻边部与金属内管焊接，平面段端部与卸载波纹管氩弧焊接，材质为SUS304、321或SUS316、316L不锈钢，壁厚为0.3-2mm；采用内卸载结构时管接件为一端缩口，另一端扩口的管状件；缩口端与金属内管氩弧焊接，扩口端与卸载波纹管焊接。

7.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于：所述金属内管的公称通径在25-80mm之间，壁厚在0.3-13mm之间，公称压力在0.6-25MPa之间，优选型号为SUS304、321或SUS316、316L无缝不锈钢管，或耐高温、耐晶间腐蚀的型号为XA704、TP347H、SUPER304H、TP310HCbN的合金无缝钢管；金属内管为金属直管，或波节管，或内螺旋管，或苞体波节管。

8.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于：所述扰流片为不锈钢片，冲压成尾翼状，一端翻边点焊在金属内管端口内壁上，另一端适当弯曲以扰动工质流体，每个集热管焊接一至三个扰流片。

9.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于：所述扰流片设计成宽度与金属内管直径相同的长方形或正方形，中间成梯形冲压开口分别向两边翻边，起双向扰动流体作用，梯形斜边与基体连接，扰流片两端焊接在金属内管内壁上。 

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