專利名稱：中高溫太陽能真空集熱管的制作方法
中高溫太陽能真空集熱管技術領域：
本發明涉及一種真空集熱管，尤其是一種中高溫太陽能真空集熱管。技術背景
隨著太陽能這種可再生能源在全世界的發展，太陽能熱發電、太陽能制冷空 調、太陽能海水淡化等太陽能工業熱利用技術逐步為人們所認識。利用太陽能發電，特 別是槽式太陽能熱發電，主要利用槽式拋物面聚光器聚光，通過線聚焦中高溫太陽能真 空集熱管，達到40(rc-60(rc的溫度，然后借助高溫導熱油或熔融鹽導熱，通過常規換 熱技術獲得蒸汽，或直接獲取飽和蒸汽推動汽輪發電機組發電。
槽式太陽能熱發電所要求的集熱管工況溫度和壓力較低，可以利用成熟的換熱 設備和發電技術，單位投資成本低，是具有商業化前景的太陽能熱發電技術。其中中高 溫太陽能真空集熱管是實現和建立中高溫太陽能熱利用裝置的關鍵技術。
由于太陽能真空集熱管中的金屬內管和玻璃管的熱膨脹系數不同，在受熱后會 造成金屬內管和玻璃管的膨脹伸縮量不一致。申請號為200610041393.6所述的一種內膨 脹槽式太陽能真空集熱管采用中間分斷的金屬內管來解決玻璃管和金屬內管的熱膨脹不 均的問題，但其結構較為復雜，安裝麻煩，而且通過膨脹節將分斷的金屬管連接起來， 很難保證金屬內管與玻璃管之間的同心度，影響太陽能的轉換效率。
發明內容
針對上述問題，本發明提出一種中高溫太陽能真空集熱管，其包括玻璃管、金 屬內管、兩個波紋管和套于所述波紋管上的可伐封接環，所述玻璃管和所述波紋管均套 于所述金屬內管外，且所述兩個波紋管分別位于所述玻璃管的兩端，并將所述玻璃管固 定于所述金屬內管上；所述可伐封接環的一端熔入所述玻璃管內，并將所述波紋管與所 述玻璃管連接密封起來；所述玻璃管上開有排氣管，通過所述排氣管抽真空后，所述玻 璃管與所述金屬內管之間形成密閉真空。目前的太陽能真空集熱管中，可伐封接環與 玻璃管的封接均采用涂敷等工藝，雖然有些采用高溫熔接，但僅熔接在可伐封接環的一 面，本發明將可伐封接環的一端完全熔入所述玻璃管內，這種封接方式保證了玻璃管與 可伐封接環之間良好的密封性能。
所述可伐封接環的半徑可由一端到另一端逐漸增大，形成一端粗一端細的喇叭 形或碗形，其細端熔入所述玻璃管內，其粗端朝向所述玻璃管的外側。這種變徑封接環 通過不同直徑的傳遞來減緩金屬和玻璃之間不同的膨脹系數造成的封接應力。
所述可伐封接環熔入所述玻璃管內的一端可翹起，與所述玻璃管形成 10° -30°的角度，這樣便于將可伐封接環的翹起端封接入所述玻璃管內，同時可伐封接 環與所述玻璃管之間能緊密連接。
所述集熱管可進一步包括內封接環，將所述金屬內管與所述波紋管密封連接起 來。所述內封接環可由不銹鋼管成形，直徑大于金屬內管，可有效阻止集熱管內的熱量傳遞到波紋管，同時也阻止集熱管向波紋管直接輻射熱量，可有效減少熱量的流失和保 證波紋管的使用壽命，使集熱管效率提高。
所述集熱管可進一步端蓋，通過所述端蓋將所述可伐封接環的粗端與所述波紋 管密封連接于一體，以滿足封接應力要求。所述集熱管可進一步包括內封接環，將所述 金屬內管與所述波紋管密封連接。所述集熱管還可進一步包括導向套，放置于所述波紋 管與端蓋之間，用以保證金屬內管與玻璃管之間的同心度。所述端蓋內部可焊接金屬端 罩，用于防止陽光照射所述波紋管。所述金屬端罩上可設置消氣劑，以保持所述玻璃管 與所述金屬內管之間的真空度，消氣劑可以為稀土消氣劑。
該集熱管可應用于太陽能海水淡化、太陽能建筑、太陽能熱發電等，在其它需 要中高溫流體工質的場合，如工業用熱、工業烘干、民用集團采暖、食品、印染、制 藥、建筑等行業，均可使用本集熱管組成的中高溫集熱系統獲取清潔輔助熱能。
圖1為本發明的結構示意圖2為本發明的波紋管一端A的局部放大其中，1是玻璃管，2是金屬內管，3是波紋管，4是可伐封接環，5是內封接 環，6是排氣管，7是端蓋，8是導向套，9是端罩，10是消氣劑，11是選擇性吸收膜。
具體實施方式
參見圖1，本發明所述的中高溫太陽能真空集熱管包括玻璃管1、金屬內管2和 兩個波紋管3，所述玻璃管1和所述波紋管3均套于所述金屬內管2外，且所述兩個波紋 管3分別位于所述玻璃管1的兩端，并將所述玻璃管1固定于所述金屬內管2上，這樣玻 璃管1與金屬內管2之間通過波紋管3柔性連接，而沒有剛性連接。在實際安裝過程和 使用過程中，玻璃管1呈自由狀態，可在不同溫度下自由伸縮，以保證玻璃管1與金屬內 管2的相對位置。當集熱管的溫度變化時，由于金屬內管2和玻璃管1的線膨脹系數不 同，金屬內管2在長度上的變形將在25-35mm，但由于波紋管3帶有柔性，所以兩端的 波紋管將同時被壓縮15-20mm，而不會造成玻璃管1與金屬內管2之間由于不同的膨脹 系數造成的巨大內應力。金屬內管2可承受工作流體壓力，玻璃管1僅承受大氣壓力。
為了保證波紋管3與玻璃管1之間連接的密封性，可將可伐封接環4的一端封接 入所述玻璃管1內，再將可伐封接環4的另一端與將波紋管3密封連接起來。玻璃管1 上開有排氣管6，通過排氣管6抽真空后，所述玻璃管1與所述金屬內管2之間形成密閉 真空。
玻璃管1優選地采用高硼硅玻璃管，直徑125MM，高硼硅玻璃管具有優異的抗 水解性能，其表面鍍AR減反膜后，太陽能透過率可大于92%。
金屬內管2優選地選用2MM無縫不銹鋼管制成，所述不銹鋼管經過酸洗，精加 工、真空除氣等工序后，在其內管外表面鍍選擇性吸收膜，其吸收效率可達92%以上， 可承受系統1-2.5MP壓力，膜層在高溫下，不蒸散；不銹鋼金屬內管2制成后，真空度 可優于 4.0Xl(T4Pa。
由于玻璃管1的材質為玻璃，而波紋管3—般采用金屬材料，如不銹鋼材質制4作，所以在不同的溫度時，金屬與玻璃兩種材料的膨脹系數不同，所以需采用膨脹系數 與玻璃接近的可伐材料封接，所以本發明中采用可伐封接環4將玻璃管1與波紋管3密封 連接。本發明將可伐封接環4的一端完全封接入所述玻璃管1內，比目前的涂敷、單面 熔接等工藝更能保證玻璃管1和波紋管3之間的密封性。
為了滿足封接應力的要求和機械強度的要求，所述可伐封接環4的半徑可由 一端到另一端逐漸增大，形成一端粗一端細的喇叭形或碗形，其細端熔入所述玻璃管1 內，其粗端朝向所述玻璃管1的外側。這種變徑封接環通過不同直徑的傳遞來減緩金屬 內管2和玻璃管1之間由于不同的膨脹系數而造成的膨脹應力。
可伐封接環4和所述玻璃管1封接的一端可翹起，與所述玻璃管1形成 10° -30°的角度，便于將可伐封接環4的翹起端插入所述玻璃管1內，同時可伐封接環 4與所述波紋管3之間能緊密連接，這樣不僅能滿足氣密性要求，而且強度高，可實現全 自動機械化生產，滿足太陽能熱發電的工況要求。
所述金屬內管2與所述波紋管3均可采用金屬材料，如不銹鋼制成，所以可直接 將二者焊接于一體，達到密封的效果，也可采用全自動數控焊接機器人焊接一個內封接 環5將二者密封連接，內封接環5—端焊接在金屬內管2的外圓周上，另一端與波紋管3 焊接。這樣玻璃管1與金屬內管2之間便形成了一段密封空間。在玻璃管1上開一個排 氣管6，然后通過所述排氣管6將所述的密封空間抽成真空，再將排氣管6封離，這樣玻 璃管1與金屬內管2之間便形成了密閉真空。
封接環處的玻璃可采用2種不同膨脹系數的玻璃，以滿足封接強度的要求，且 在高溫封接與常溫和工作溫度下，封接處應力均小于玻璃的抗拉、抗壓強度，封接、使 用中均不會造成封接處的斷裂與漏氣。
排氣管6可設置于玻璃管1的端部，距離集熱管一端100MM處，排氣過程中連 接真空度測試器件，真空度達到設計要求后，再將排氣管6與集熱管封離。
所述內封接環5將所述金屬內管2與所述波紋管3密封連接起來。內封接環5 可先與波紋管3焊接好后，再與金屬內管2焊接，在工藝上簡單易行，每道焊縫均可自動 化焊接，焊接后可單獨檢驗，成品率高。內封接環5可由不銹鋼管成形，直徑大于金屬 內管2，可有效阻止集熱管內的熱量傳遞到波紋管3，同時也阻止集熱管向波紋管3直接 輻射熱量，可有效減少熱量的流失和保證波紋管3的使用壽命，使集熱管效率提高。
所述集熱管可進一步包括端蓋7，可采用不銹鋼材料制作，通過所述端蓋7將所 述可伐封接環4的粗端與所述波紋管3密封連接于一體，以滿足封接應力要求。當該集 熱管在-30-500攝氏度的溫度范圍內使用時，端蓋7的膨脹大于可伐封接環4。當可伐封 接環4的粗端套于端蓋7上時，端蓋7受熱膨脹，向外擠壓可伐封接環4。而可伐封接環 4為變徑時，這些擠壓力通過不同直徑的傳遞后，在可伐封接環4的細端形成壓應力，使 玻璃管1緊壓在波紋管3上，保證了不銹鋼端蓋7在受熱膨脹時，玻璃管1與波紋管3之 間的密封性。
在運輸或安裝過程中，所述集熱管可進一步包括導向套8，其放置于所述波紋管 3與端蓋7之間，用以保證金屬內管2與玻璃管1之間的同心度，提高太陽能的利用率。 所述端蓋7內部可焊接金屬端罩9，可防止聚焦后的高強度太陽光直接照射在波紋管3 上，確保波紋管3有較長的使用壽命。5
參見圖2，所述金屬端罩9上可設置消氣劑10，用以吸收集熱管材料在長期工作 中釋放的氣體，確保集熱管在使用壽命期時其真空度保持在需要的范圍內。消氣劑10可 以采用稀土消氣劑。
該集熱管可應用于太陽能海水淡化、太陽能建筑、太陽能熱發電等，在其它需 要中高溫流體工質的場合，如工業用熱、工業烘干、民用集團采暖、食品、印染、制 藥、建筑等行業，均可使用本集熱管組成的中高溫集熱系統獲取清潔輔助熱能。
權利要求
1.一種中高溫太陽能真空集熱管，所述集熱管包括玻璃管、金屬內管和兩個波紋 管，所述玻璃管和所述波紋管均套于所述金屬內管外，且所述兩個波紋管分別位于所述 玻璃管的兩端，并將所述玻璃管固定于所述金屬內管上；其特征在于所述集熱管進一 步包括套于所述波紋管上的可伐封接環，所述可伐封接環的一端熔入所述玻璃管內，并 將所述波紋管與所述玻璃管連接密封起來；所述玻璃管上開有排氣管，通過所述排氣管 抽真空后，所述玻璃管與所述金屬內管之間形成密閉真空。
2.如權利要求1所述的中高溫太陽能真空集熱管，其特征在于所述可伐封接環的 半徑由一端到另一端逐漸增大，形成一端粗一端細的喇叭形或碗形，其細端熔入所述玻 璃管內，其粗端朝向所述玻璃管的外側。
3.如權利要求1或2所述的中高溫太陽能真空集熱管，其特征在于所述可伐封接環 熔入所述玻璃管內的一端翹起，與所述玻璃管外壁形成10° -30°的角度。
4.如權利要求1或2所述的中高溫太陽能真空集熱管，其特征在于所述集熱管進一 步包括內封接環，將所述金屬內管與所述波紋管密封連接，用于阻止集熱管向波紋管直 接輻射熱量。
5.如權利要求2所述的中高溫太陽能真空集熱管，其特征在于所述集熱管進一步 包括端蓋，通過所述端蓋將所述可伐封接環的粗端與所述波紋管密封連接于一體，以滿 足封接應力要求。
6.如權利要求5所述的中高溫太陽能真空集熱管，其特征在于所述集熱管進一 步包括導向套，其放置于所述波紋管與端蓋之間，以保證金屬內管與玻璃管之間的同心度。
7.如權利要求5所述的中高溫太陽能真空集熱管，其特征在于所述端蓋內部焊接 有金屬端罩，用于防止聚焦后的陽光直接照射所述波紋管。
8.如權利要求7所述的中高溫太陽能真空集熱管，其特征在于所述金屬端罩上帶 有消氣劑，以保持所述玻璃管與所述金屬內管之間的真空度。
9.如權利要求1所述的中高溫太陽能真空集熱管，其特征在于所述金屬內管為不 銹鋼金屬內管，其外表面鍍有選擇性吸收膜。
10.如權利要求1所述的中高溫太陽能真空集熱管，其特征在于所述玻璃管為高硼 硅玻璃管，所述玻璃管上鍍有AR減反射膜。
全文摘要
本發明提出一種中高溫太陽能真空集熱管，其包括玻璃管、金屬內管、兩個波紋管和套于所述波紋管上的可伐封接環，所述玻璃管和所述波紋管均套于所述金屬內管外，且所述兩個波紋管分別位于所述玻璃管的兩端，并將所述玻璃管固定于所述金屬內管上；所述可伐封接環的一端熔入所述玻璃管內，并將所述波紋管與所述玻璃管連接密封起來；所述玻璃管上開有排氣管，通過所述排氣管抽真空后，所述玻璃管與所述金屬內管之間形成密閉真空，本發明將可伐封接環的一端完全熔入所述玻璃管內，這種封接方式保證了玻璃管和波紋管之間良好的密封性能。
文檔編號F24J2/46GK102022848SQ20101060296
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者孫韻琳, 沈輝, 舒江東 申請人:順德中山大學太陽能研究院