專利名稱：太陽能真空集熱管的膨脹補償裝置及其加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚焦器型太陽能熱利用真空集熱管領(lǐng)域，更加具體地說，本發(fā)明涉及
一種太陽能真空集熱管的膨脹補償裝置及其加工工藝。
背景技術(shù)：
太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，它具有資源豐富、取之不盡、用之 不竭、不會污染環(huán)境和破壞生態(tài)平衡等優(yōu)點。因此在石化燃料逐年減少、國際能源形勢日趨 嚴峻的今天，開發(fā)利用太陽能是實現(xiàn)能源供應(yīng)多元化、保證能源安全的重要途徑之一。聚焦 器型太陽能真空集熱管可以應(yīng)用在工業(yè)加熱以及發(fā)電領(lǐng)域，是未來太陽能光熱產(chǎn)業(yè)的重要 發(fā)展方向，它的性能的好壞直接關(guān)系到未來光熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的快慢。 太陽能真空集熱管一般由表面涂覆或濺射太陽選擇性吸收涂層的金屬內(nèi)管及環(huán) 繞金屬內(nèi)管的玻璃外管組成。玻璃外管與金屬內(nèi)管之間通過抽真空以減少熱損失，但是由 于集熱管中玻璃與金屬的表面溫度不同以及膨脹系數(shù)的差異，需要在玻璃外管與金屬內(nèi)管 之間設(shè)置膨脹補償裝置來緩解縱向熱膨脹應(yīng)力。
目前，現(xiàn)有的膨脹補償裝置有兩種類型。 其一，是采用法蘭直接支撐受力加壓方式，將玻璃-金屬封接在一起。其加工工藝 是采用固態(tài)焊接的熱壓封方法，用鉛為焊料，封接溫度為鉛焊熔點的0.7-0.9倍。由于此種 結(jié)構(gòu)屬于非匹配壓力封接，故只能應(yīng)用在中溫領(lǐng)域，在高溫狀態(tài)下，氣密性欠佳。
其二，是采用波紋管作為補償器，具體在玻璃外管及金屬內(nèi)管之間設(shè)置波紋管。波 紋管也是由金屬制成的。該膨脹補償裝置具體在金屬與玻璃封接處設(shè)置內(nèi)、外兩層密封結(jié) 構(gòu)，內(nèi)層使用粘結(jié)劑和密封劑粘結(jié)密封，外層依靠壓力差將橡膠密封件緊密壓緊在玻璃管 上。此種結(jié)構(gòu)在加工過程工藝復雜，并且成品也只能應(yīng)用在中溫領(lǐng)域，在高溫狀態(tài)下，其連 接強度和氣密性會降低，會直接影響產(chǎn)品的使用性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種太陽能真空集熱管 的膨脹補償裝置及其加工工藝，所述裝置適用于中溫及高溫且具有結(jié)構(gòu)簡單、氣密性好的 優(yōu)點，所述方法具有操作簡單、易于退火的優(yōu)點。 為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明實施例采取的技術(shù)方案是一種太陽能真空集熱管的膨 脹補償裝置，設(shè)置在金屬內(nèi)管與玻璃外管之間，包括套設(shè)在金屬內(nèi)管外部的波紋管，所述波 紋管的一端通過連接件與金屬內(nèi)管固定連接，所述波紋管的另一端通過玻璃金屬過渡件與 玻璃外管固定連接。 為了在保證連接強度及氣密性的同時做到結(jié)構(gòu)簡化，所述玻璃金屬過渡件的局部
套接在所述玻璃外管的外壁上并且與所述玻璃外管相接觸的外壁單面熔封。 為了阻止槽式聚光反射到封接處，并且增加集熱管的有效吸熱面積，提高集熱管
效率，所述波紋管設(shè)置在所述金屬內(nèi)管及玻璃外管構(gòu)成的環(huán)形空間內(nèi)。
為了產(chǎn)生壓力封接，所述玻璃金屬過渡件的膨脹系數(shù)大于所述玻璃外管的膨脹系 數(shù)。 作為優(yōu)選，所述玻璃金屬過渡件的膨脹系數(shù)與所述玻璃外管的膨脹系數(shù)差值在 10%以內(nèi)。 為了操作方便，與所述玻璃金屬過渡件進行封接的玻璃外管為短管，所述短管與 長玻璃管對接連接，形成太陽能真空集熱管的所需的玻璃外管。 本發(fā)明還提供了一種制造所述太陽能真空集熱管的膨脹補償裝置的加工工藝，按 照如下步驟進行操作 步驟一，清洗清洗玻璃金屬過渡件及玻璃外管； 步驟二，燒氫退火處理對清洗完的玻璃金屬過渡件進行燒氫退火處理； 步驟三，封接將玻璃金屬過渡件及玻璃外管放在玻璃車床上，利用火焰加熱玻璃
金屬過渡件及玻璃外管的封接區(qū)域，使封接區(qū)域均勻受熱，待玻璃外管的封接區(qū)域軟化后
插入玻璃金屬過渡件內(nèi)直至底部，然后對玻璃金屬過渡件及玻璃外管進行封接； 步驟四，退火封接完成后在玻璃車床上對封接處進行退火處理。 為了操作方便并提高成品率，所述的加工工藝中，所述玻璃外管為玻璃短管，在所
述步驟三對玻璃金屬過渡件及玻璃外管進行封接之前，還包括用石墨工具從玻璃短管非封
接端伸入，將玻璃短管的外壁與玻璃金屬過渡件的內(nèi)壁輕輕壓緊的步驟，以及在封接完成
后在玻璃車床上所述對封接處進行預(yù)退火處理的步驟； 所述步驟四退火處理之前，還包括將玻璃短管與同口徑的玻璃管對接加長的步 驟。 本發(fā)明實施例的有益效果是相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述膨脹補償裝置，采用了將 所述波紋管的一端與金屬內(nèi)管固定連接、另一端通過玻璃金屬過渡件與玻璃外管固定連接 的結(jié)構(gòu)，使得本發(fā)明所述裝置適用于中溫及高溫并且具有結(jié)構(gòu)簡單、氣密性好的優(yōu)點。相比 現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述加工方法包括清洗、燒氫退火處理、封接及退火步驟，具有操作簡單、 易于退火的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明實施例所述太陽能真空集熱管的膨脹補償裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中所示的玻璃外管及玻璃金屬過渡件的連接放大圖。 圖中1金屬內(nèi)管，2玻璃外管，3波紋管，4玻璃金屬過渡件，5連接件，6太陽能真
空集熱管。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。
如圖l-2所示，一種太陽能真空集熱管6包括金屬內(nèi)管l及與其同軸的玻璃外管 2。玻璃外管2采用透光率高的玻璃，金屬內(nèi)管1采用不銹鋼合金，金屬內(nèi)管1外壁鍍有高 溫選擇性吸收涂層。玻璃外管2與金屬內(nèi)管1之間通過抽真空來減少熱損失，并通過膨脹 補償裝置來緩解縱向熱膨脹應(yīng)力。 具體的，如圖l-2所示，本發(fā)明實施例所述膨脹補償裝置采用具有膨脹補償作用的波紋管3。波紋管3套設(shè)在金屬內(nèi)管1的外部。具體實施時，波紋管3可以設(shè)置在玻璃外 管2與金屬內(nèi)管1組成的環(huán)形空間之外或之內(nèi)。本例中，波紋管3設(shè)置在環(huán)形空間內(nèi)，該設(shè) 置不僅能夠阻止槽式聚光反射到封接處，而且增加了集熱管的有效吸熱面積，提高了集熱
管效率。 參見圖l，波紋管3的一端通過連接件5與金屬內(nèi)管1焊接連接，也可以是其他的 固定連接，如粘接。波紋管3的另一端通過玻璃金屬過渡件4與玻璃外管2封接連接，其 中，玻璃金屬過渡件4與玻璃外管2可以采用雙面或單面封接。如圖l所示，本例中，玻璃 外管2與玻璃金屬過渡件4采用外插法進行封接，即將玻璃外管2外壁與玻璃金屬過渡件 4內(nèi)壁以單面熔封方式封接在一起(參見圖2)，在保證連接強度及氣密性的同時做到了結(jié) 構(gòu)簡化。具體，參見圖1及圖2，玻璃金屬過渡件4為蓋狀，其中間設(shè)有用于穿過金屬內(nèi)管1 的孔，孔的周圍設(shè)有環(huán)槽，環(huán)槽用于插入玻璃外管2，環(huán)槽外環(huán)壁的內(nèi)表面用做與所述玻璃 外管2的外壁的外表面相接觸并形成封接面。故此種結(jié)構(gòu)對玻璃外管2的尺寸精度要求較 低，使得操作簡單，在封接過程中，只需保證玻璃外管2外壁能夠插入到玻璃金屬過渡件4 內(nèi)，封接就能夠順利完成。 為了有利于產(chǎn)生壓力封接，玻璃金屬過渡件4的膨脹系數(shù)大于玻璃外管2的膨脹 系數(shù)，或玻璃金屬過渡件4的膨脹系數(shù)與玻璃外管2的膨脹系數(shù)相匹配。作為優(yōu)選，所述 玻璃金屬過渡件4的膨脹系數(shù)與所述玻璃外管2的膨脹系數(shù)差值在10%以內(nèi)。由于金屬 的膨脹系數(shù)要高于玻璃，在退火過程中，玻璃金屬過渡件4會對玻璃產(chǎn)生壓力，而玻璃的抗 壓強度遠遠高于其抗拉強度，因此盡管玻璃金屬過渡件4對玻璃外管2產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力， 但是該壓力卻能夠使封接處具有較好的封接強度。本例中，玻璃金屬過渡件4的膨脹系數(shù) 為4. 9X10—7K，玻璃外管2的膨脹系數(shù)為3. 3X10—6/K。玻璃外管2的膨脹系數(shù)也可以為 4. 8X10—7K。 為了使氣密性更好，本例中采用單面熔封方式封接時，需要保證封接長度在5mm
以上，可使得在玻璃與金屬之間形成致密的氧化物封接層，利于真空性能的保持。本例中， 玻璃外管2與玻璃金屬過渡件4的封接長度為6mm。為了提高封接處的可靠性，在玻璃金屬 過渡件4的外表面涂覆反射層，降低封接處的太陽光輻射和熱輻射，從而降低了封接處的溫度。 —般情況下，太陽能真空集熱管6中的玻璃外管2的長度為四米，生產(chǎn)中采用四米 的玻璃外管2與玻璃金屬過渡件4進行封接， 一旦出現(xiàn)封接環(huán)節(jié)失敗，整個玻璃外管2都要 報廢，存在很大的浪費。在本發(fā)明中，與玻璃金屬過渡件4進行封接的玻璃外管2為玻璃短 管，封接步驟完成后，玻璃短管再與同口徑的長玻璃管進行對接。這種采用短玻璃管直接與 玻璃金屬過渡件4封接的方式可采用較小的退火設(shè)備，不僅操作方便，而且一旦封接損壞， 對整個四米長的玻璃外管2沒有影響，大大提高的產(chǎn)品的成品率。 故本發(fā)明所述膨脹補償裝置，采用了將所述波紋管3的一端與金屬內(nèi)管1固定連 接、另一端通過玻璃金屬過渡件4與玻璃外管2固定連接的結(jié)構(gòu)，使得本發(fā)明所述裝置適用 于中溫及高溫并且具有結(jié)構(gòu)簡單、氣密性好的優(yōu)點。 另外，本發(fā)明還提供了一種制造所述太陽能真空集熱管6的膨脹補償裝置的加工 工藝，參照圖l，按照如下步驟進行操作 步驟1)清洗清洗玻璃金屬過渡件4與玻璃外管2。玻璃外管2 :首先用丙酮進行超聲波清洗5-10min，本例中為8min，再用循環(huán)去離子水超聲波清洗2_5min，本例中為 3min，然后用去離子水蒸氣脫脂清洗5-10min，本例中為8min，最后烘干即可。玻璃金屬過 渡件4金屬過渡件用濃度為50-100g/L的NaOH溶液超聲波清洗5-10min，本例中采用濃 度為80g/L的NaOH溶液超聲波清洗8min，從堿液取出后立即在溫水內(nèi)清洗，洗凈堿液，然后 用循環(huán)去離子水超聲波清洗2-5min，本例中為3min，最后烘干。 步驟2)燒氫退火處理對玻璃金屬過渡件4燒氫退火處理。燒氫爐溫度為 950-115(TC本例中采用IOO(TC，燒氫時間為6-10min，本例中采用8min，完成后需強制快 冷，要求在4min內(nèi)降到40(TC以下。 步驟3)封接將玻璃金屬過渡件4與玻璃外管2放在玻璃車床上，利用火焰 加熱玻璃金屬過渡件4與玻璃外管2的封接區(qū)域，使封接區(qū)域均勻受熱，加熱溫度為 800-1 IO(TC，本例為IOO(TC，時間為l-2min，本例為lmin，此時玻璃外管2封接處的狀態(tài)為 軟化態(tài)，玻璃金屬過渡件4封接處的狀態(tài)為紅熱狀態(tài)，即玻璃外管2封接區(qū)域軟化時，將玻 璃外管2插入玻璃金屬過渡件4內(nèi)直至底部，用石墨工具從玻璃外管2 —端伸入，將玻璃外 管2外壁與玻璃金屬過渡件4內(nèi)壁壓緊，使玻璃與金屬封接在一起，并加強封接牢固性和封 接氣密效果。封接完成后在玻璃車床上對封接處進行預(yù)退火，用溫度在500-70(TC的火焰 均勻加熱封接處5-10min，本例采用60(TC的火焰均勻加熱封接處8min，然后緩慢冷卻至室 溫，目的是緩解封接處的封接應(yīng)力，提高封接成功率。為了操作方便并提高成品率，其中，所 述玻璃外管2為玻璃短管。 步驟4)對接玻璃短管與同口徑的玻璃管對接加長，將玻璃短管非熔封端與同口 徑的玻璃管對接加長，形成太陽能真空集熱管的所需的玻璃外管。 步驟5)退火從車床上取下封接好的玻璃外管2和玻璃金屬過渡件4，放在馬 弗爐中進行完全退火。退火參數(shù)為首先以120°C /min的升溫速率升到58(TC，然后恒溫 10-15min，本例為12min，再以l(TC /min的降溫速率降到50(TC，然后再以20°C /min的降 溫速率降6(TC，最后自然冷卻至室溫。整個工藝過程結(jié)束。
故本發(fā)明所述加工方法具有操作簡單、易于退火的優(yōu)點。 以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式
的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種太陽能真空集熱管的膨脹補償裝置，設(shè)置在金屬內(nèi)管與玻璃外管之間，包括套設(shè)在金屬內(nèi)管外部的波紋管，其特征在于所述波紋管的一端通過連接件與金屬內(nèi)管固定連接，所述波紋管的另一端通過玻璃金屬過渡件與玻璃外管固定連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹補償裝置，其特征在于所述玻璃金屬過渡件的局部套 接在所述玻璃外管的外壁上并且與所述玻璃外管的相接觸的外壁單面熔封。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的膨脹補償裝置，其特征在于所述波紋管設(shè)置在所述金屬內(nèi) 管及玻璃外管構(gòu)成的環(huán)形空間內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的膨脹補償裝置，其特征在于所述玻璃金屬過渡件的膨 脹系數(shù)大于所述玻璃外管的膨脹系數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的膨脹補償裝置，其特征在于所述玻璃金屬過渡件的膨脹系 數(shù)與所述玻璃外管的膨脹系數(shù)差值在10%以內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5任一權(quán)利要求所述的膨脹補償裝置，其特征在于與所述玻璃金 屬過渡件進行封接的玻璃外管為短管，所述短管與長玻璃管對接連接。
7. —種制造所述太陽能真空集熱管的膨脹補償裝置的加工工藝，其特征在于，按照如下步驟進行操作步驟一，清洗清洗玻璃金屬過渡件及玻璃外管；步驟二，燒氫退火處理對清洗完的玻璃金屬過渡件進行燒氫退火處理； 步驟三，封接將玻璃金屬過渡件及玻璃外管放在玻璃車床上，利用火焰加熱玻璃金屬 過渡件及玻璃外管的封接區(qū)域，使封接區(qū)域均勻受熱，至玻璃外管的封接區(qū)域軟化后插入 玻璃金屬過渡件內(nèi)直至底部，然后對玻璃金屬過渡件及玻璃外管進行封接； 步驟四，退火封接完成后在玻璃車床上對封接處進行退火處理。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的加工工藝，其特征在于，所述玻璃外管為玻璃短管，在所述步 驟三對玻璃金屬過渡件及玻璃外管進行封接之前，還包括用石墨工具從玻璃短管非封接端 伸入，將玻璃短管的外壁與玻璃金屬過渡件的內(nèi)壁輕輕壓緊的步驟，以及在封接完成后在 玻璃車床上所述對封接處進行預(yù)退火處理的步驟；所述步驟四退火處理之前，還包括將玻璃短管與同口徑的玻璃管對接加長的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能真空集熱管的膨脹補償裝置及其加工工藝，涉及太陽能真空集熱管領(lǐng)域。所述的膨脹補償裝置，設(shè)置在金屬內(nèi)管與玻璃外管之間，包括套設(shè)在金屬內(nèi)管外部的波紋管，所述波紋管的一端通過連接件與金屬內(nèi)管固定連接，所述波紋管的另一端通過玻璃金屬過渡件與玻璃外管固定連接。本發(fā)明所述裝置適用于中高溫并且具有結(jié)構(gòu)簡單、氣密性好的優(yōu)點。本發(fā)明所述裝置的加工方法包括清洗、燒氫退火處理、封接及退火步驟，具有操作簡單、易于退火的優(yōu)點。
文檔編號F24J2/46GK101706167SQ20091023754
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者李健, 李建斌, 李雪峰, 王智建, 雷東強 申請人:皇明太陽能集團有限公司