CN204128226U - 真空集热管的端部密封结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种真空集热管的端部密封结构，包括外管和内管，外管为玻璃外管，内管为与外管同心设置的金属导热管，通过玻璃外管两端部的密封结构使玻璃外管内壁和金属导热管外壁之间形成真空保温腔，吸热片焊接于真空保温腔内的金属导热管上；密封结构包括过渡金属套、可伐金属环和过渡玻璃衬，过渡金属套与金属导热管密封连接，同时与可伐金属环中心孔密封连接；过渡玻璃衬与玻璃外管端部融为一体，可伐金属环的外缘与过渡玻璃衬熔接；本实用新型利用膨胀系数相差较大的内、外管间熔接过渡玻璃衬，减少应力，增加端部机械强度，同时可伐金属环的环形槽和挂边设计，可以有效的吸收内、外管间的形变弹力，减少对熔接点的热冲击和热应力。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能应用领域，特别是一种真空集热管的端部密封结构。
背景技术
太阳能集热管是通过将太阳光经槽型抛物面反射形成线性光斑带，集热管放置于光斑带上，吸收热量并加热管内物质，为减少集热管的热损失，必须将金属内管和玻璃外管之间抽成真空，目前一般生产中将真空度控制在0.013Pa，因此，金属和玻璃的封接处要保证紧密连接，使漏气率尽量降低。
但前常用的可伐合金与太阳能高硼玻璃热膨胀系数存在较大差值，二者很难直接进行封接，生产中通常是添加一段过渡玻璃来解决封接的问题，过渡金属的膨胀系数介于玻璃与金属之间，其两端分别与金属和玻璃外管封接，以达到减小应力，实现密封的技术效果，如专利号为“201010116612.9”的中国专利，即公开了一种太阳能集热管金属与玻璃的封接方法，但该专利过渡玻璃与玻璃外管是采用刀口切入玻璃的方式进行熔封，这种刀口封接方式机械强度较小，过渡玻璃与玻璃外管在高温、高压力、热应力或外力磕碰的作用下易脱离，增加漏气的可能性，最终降低整个装置的气密性，因此，研制一种过渡玻璃与玻璃外管间的连接方式，增加真空集热管的气密性，一直是本领域亟待解决的技术难题。
实用新型内容
针对上述问题，提供一种真空集热管，该集热管的过渡玻璃与玻璃外管在高温高压下可以实现稳定密封，增加装置的气密性，本实用新型是这样实现的：
一种真空集热管的端部密封结构，包括外管和内管，其特征在于， 外管为玻璃外管，内管为与外管同心设置的金属导热管，通过玻璃外管两端部的密封结构使玻璃外管内壁和金属导热管外壁之间形成真空保温腔，吸热片焊接于真空保温腔内的金属导热管上；
所述密封结构包括过渡金属套、可伐金属环和过渡玻璃衬，过渡金属套与金属导热管密封连接，同时与可伐金属环中心孔密封连接；所述过渡玻璃衬与玻璃外管端部融为一体，可伐金属环的外缘与过渡玻璃衬熔接。
本实用新型中，所述的过渡金属套与金属导热管密封连接，同时与可伐金属环中心孔密封连接是指：过渡金属套为金属镶套，金属镶套的内壁与金属导热管密封镶嵌，外壁与可伐金属环中心孔密封连接。
本实用新型中，所述的过渡金属套与金属导热管密封连接，同时与可伐金属环中心孔密封连接是指：过渡金属套为金属套管，金属套管的一端向内翻边后与金属导热管密封焊接，另一端与可伐金属环中心孔密封连接。
本实用新型中，所述玻璃外管是采用膨胀系数为3.0x10-6-8.0x10-6/K的硼硅玻璃，可伐金属环的膨胀系数为4.0x10-6-6.0x10-6/K，所述的过渡玻璃衬的膨胀系数介于玻璃外管与可伐金属环之间。
本实用新型中，玻璃外管与可伐金属环之间至少设有一个过渡玻璃衬，各过渡玻璃衬与相邻连接物之间的膨胀系数差距为5-10%。
本实用新型中，所述可伐金属环的厚度为0.1~2mm，可伐金属环的外圈为一环形槽，环形槽的断面为半圆弧形，环形槽的外侧槽壁的曲面与紧邻的过渡玻璃衬内壁吻合，外侧槽壁的顶部外翻后平面挂于过渡玻璃衬上沿并与其熔接，挂边长度为0.5-3mm；可伐金属环的中心孔向上折翻紧贴于过渡金属套外壁后与其密封连接。
本实用新型中，所述过渡玻璃衬的内壁与可伐金属环的环形槽外侧槽壁曲面的曲率相同，过渡玻璃衬的内壁下段沿环形槽外侧槽壁曲面延伸并托于环形槽外侧槽壁的下方。
本实用新型中，所述可伐金属环位于外缘的平面挂于过渡玻璃衬上沿与其熔接是指：将可伐金属环清洗干净后，放入烧氢炉中以600-1100℃进行烧氢处理，再置湿度为50-100RH的气氛炉中加热至400-700℃，使可伐金属环表面形成氧化层后，再利用玻璃车床将可伐金属环外缘与过渡玻璃衬熔接，熔接温度为600-1100℃。
本实用新型中，所述氧化层厚度为1-6μm，密度为0.2-2.0mg/m2。
本实用新型的有益效果在于:
1、本实用新型利用膨胀系数相差较大的可伐金属和玻璃外管之间熔接过渡玻璃衬，以减少应力，过渡玻璃衬与玻璃外管间直接接触熔接，而非刀口切入玻璃熔封，增加熔接处的机械强度，保证整个装置的气密性。
2、可伐金属环位于外缘的平面挂于过渡玻璃上沿与其熔接，增加端面可伐的强度，可以减少和隔断集热管工作中可伐受热膨胀变形而传给熔接点的应力变形，同时保护熔接处过渡玻璃，在遇外力磕碰时，外力被可伐吸收，保证玻璃不会应外力碎裂。
3、可伐金属环的外圈为一环形槽，可以有效的通过弹性形变吸收调整金属导热管和玻璃外管间由于温度不同导致热胀冷缩的形变。
4、在可伐金属环与金属导热管设置过渡镶套，以定位和提高焊接可靠性，同时避免集热管加热金属导热管升温时高温过快传递于可伐金属环与玻璃外管的熔接处，降低对熔接点的热冲击和热应力，并增加局部散热，减轻热负荷，提高真空管的稳定性。
5、过渡玻璃衬的内壁与可伐金属环的曲面采用相同的形状设计，在真空管内外压力差的作用下，两者之间可以紧密贴合，使封接更紧密。
附图说明
图1为本实用新型的一种实施例结构示意图。
图2为本实用新型的另一种实施例结构示意图。
图中：1、玻璃管，2、金属导热管，3、吸热片，4、真空保温腔，5、过渡金属套，6、可伐金属环，7、过渡玻璃衬。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
实施例1：
真空集热管包括外管、内管、吸热片和端部密封结构，由图1可见：本实用新型的外管为玻璃管1，内管为与外管同心设置的金属导热管2，玻璃管1和金属导热管2通过端部密封结构形成真空保温腔4，吸热片3焊接于真空保温腔4内的金属导热管2上。
所述密封结构包括过渡金属套5、可伐金属环6和过渡玻璃衬7，可伐金属环6材质为合金4J29，过渡金属套5的材质为不锈钢304或不锈钢316。过渡金属套5与金属导热管2密封连接，同时与可伐金属环6中心孔密封连接；所述过渡玻璃衬7的外壁与玻璃外管1端部的内壁融为一体，可伐金属环6的外缘挂边与过渡玻璃衬7熔接。
在本实施例中，过渡金属套5为金属镶套，金属镶套的内壁与金属导热管2密封镶嵌，外壁与可伐金属环6的中心孔密封连接。所述可伐金属环6的厚度为0.1~2mm，可伐金属环6的外圈为一环形槽，环形槽的断面为半圆弧形，半圆弧形的弧面直径5mm，环形槽的外侧槽壁的曲面与紧邻的过渡玻璃衬7内壁吻合，它们的曲率相同，过渡玻璃衬7的内壁下段沿环形槽外壁曲面延伸并托于环形槽外壁的下方，环形槽外侧槽壁的顶部外翻后平面挂于过渡玻璃衬7上沿并与其熔接，挂边长度为0.5-3mm，位于可伐金属环6的中心内孔向上折翻紧贴于过渡镶套外壁后与其密封连接。
本实施例中，可伐金属环6位于外缘的平面挂于过渡玻璃衬7上沿后与其熔接的方法为：将可伐金属环6清洗干净后，放入烧氢炉中以600-1100℃进行烧氢处理20min，再置于湿度为50-100RH的气氛炉中加热至400-700℃，使可伐金属环表面形成厚度为1-6μm，密度为0.2-2.0mg/m2氧化层后，再利用玻璃车床将可伐金属环6外缘挂边与过渡玻璃衬7加热至600-1100℃，过渡玻璃衬7被烧熔，然后与可伐金属环6外缘熔融结合，从而制成金属-玻璃过渡熔接接头。过渡玻璃衬7先与可伐金属环6熔接后，过渡玻璃衬7外壁与玻璃外管1用火焰加热到700-1200℃熔融后熔接，再用400-600℃的火焰或烘箱退火，使过过渡玻璃衬7外壁再与玻璃外管1封接。
玻璃外管1与可伐金属环6之间至少设有一个过渡玻璃衬7，过渡玻璃衬7采用一次或多次钠钙玻璃烧熔组成，主要成分为B2O3:5%~30%；SiO2：40%~80%；K2O:1%~10%；Al2O3:1%~10%；Na2O:1%~10%，根据玻璃外管1与可伐金属环6的膨胀系数差异确定过渡玻璃衬7的数量和过渡玻璃的材料配比，使得过渡玻璃衬7与玻璃外管1之间膨胀系数差距为5-10%以内，过渡玻璃衬7与可伐金属环6膨胀系数差距为5-10%以内，并且各过渡玻璃衬7之间膨胀系数的层次梯度也控制在5-10%以内；实际操作中也可以直接使用电子玻璃DM308作为过渡玻璃衬7。
具体实施时，所述玻璃外管1采用的是膨胀系数为3.0x10-6-8.0x10-6/K的中硼硅玻璃，可伐金属环6采用膨胀系数为4.0x10-6-6.0x10-6/K的合金4J29，所述的过渡玻璃衬7的膨胀系数介于外管和可伐金属环之间。
实施例2
由图2可见，它与图1所述实施例的区别在于：所述的过渡金属套5过渡金属套为金属套管，金属套管的一端向内翻边后与金属导热管2密封焊接，另一端与可伐金属环中心内孔密封连接。
具体实施时，过渡金属套5与内管2通过氩弧（也可以采用钎焊或真空钎焊）的方式焊，内管2的轴向采用激光或超声波的方式焊接吸热片3。
上述各实施例并非是对本实用新型的限制，本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例，这些依据本实用新型所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种真空集热管的端部密封结构，包括外管和内管，其特征在于， 外管为玻璃外管，内管为与外管同心设置的金属导热管，通过玻璃外管两端部的密封结构使玻璃外管内壁和金属导热管外壁之间形成真空保温腔，吸热片焊接于真空保温腔内的金属导热管上；
所述密封结构包括过渡金属套、可伐金属环和过渡玻璃衬，过渡金属套与金属导热管密封连接，同时与可伐金属环中心孔密封连接；所述过渡玻璃衬与玻璃外管端部融为一体，可伐金属环的外缘与过渡玻璃衬熔接。
2.根据权利要求1所述的真空集热管的端部密封结构，其特征在于，所述的过渡金属套与金属导热管密封连接，同时与可伐金属环中心孔密封连接是指：过渡金属套为金属镶套，金属镶套的内壁与金属导热管密封镶嵌，外壁与可伐金属环中心孔密封连接。
3.根据权利要求1所述的真空集热管的端部密封结构，其特征在于，所述的过渡金属套与金属导热管密封连接，同时与可伐金属环中心孔密封连接是指：过渡金属套为金属套管，金属套管的一端向内翻边后与金属导热管密封焊接，另一端与可伐金属环中心孔密封连接。
4.根据权利要求1所述的真空集热管的端部密封结构，其特征在于，所述玻璃外管是采用膨胀系数为3.0x10-6-8.0x10-6/K的硼硅玻璃，可伐金属环的膨胀系数为4.0x10-6-6.0x10-6/K，所述的过渡玻璃衬的膨胀系数介于玻璃外管与可伐金属环之间。
5.根据权利要求4所述的真空集热管的端部密封结构，其特征在于，玻璃外管与可伐金属环之间至少设有一个过渡玻璃衬，各过渡玻璃衬与相邻连接物之间的膨胀系数差距为5-10%。
6.根据权利要求1-5之一所述的真空集热管的端部密封结构，其特征在于，所述可伐金属环的厚度为0.1~2mm，可伐金属环的外圈为一环形槽，环形槽的断面为半圆弧形，环形槽的外侧槽壁的曲面与紧邻的过渡玻璃衬内壁吻合，外侧槽壁的顶部外翻后平面挂于过渡玻璃衬上沿并与其熔接，挂边长度为0.5-3mm；可伐金属环的中心孔向上折翻紧贴于过渡金属套外壁后与其密封连接。
7.根据权利要求6所述的真空集热管的端部密封结构，其特征在于，所述过渡玻璃衬的内壁与可伐金属环的环形槽外侧槽壁曲面的曲率相同，过渡玻璃衬的内壁下段沿环形槽外侧槽壁曲面延伸并托于环形槽外侧槽壁的下方。
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