專利名稱：槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電用的真空集熱管，其玻璃金屬封接采用壓 縮封接結(jié)構(gòu)，卸載裝置采用簡(jiǎn)化的兩種卸載模式，因其另部件少、工藝簡(jiǎn)單、制造成本低，不 僅適用于太陽(yáng)能熱發(fā)電，也適合其他如太陽(yáng)能空調(diào)制冷、太陽(yáng)能海水淡化等小型槽式熱利 用裝置。屬太陽(yáng)能熱利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)在槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置中使用的真空集熱管的差別主要在結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)和封接方式上。Solel和公司采用的是外卸載結(jié)構(gòu)，khott公司采用的是內(nèi)卸載結(jié) 構(gòu)，玻璃金屬封接均采用熱熔封接，但具體方法有差異。我國(guó)授權(quán)發(fā)明專利200610038197. 3 雖然采用了內(nèi)卸載結(jié)構(gòu)，但玻璃金屬封接采用膠黏劑固封，顯然，這種封接技術(shù)無(wú)法保證真 空度和使用壽命。授權(quán)發(fā)明專利200610112005. 9采用的是外卸載結(jié)構(gòu)，但該結(jié)構(gòu)是美國(guó) Luz公司的早期技術(shù)方案，選擇鉬組玻璃作為玻璃外管是該專利的技術(shù)核心，目的是為了解 決玻璃金屬封接。鉬組玻璃在我國(guó)電子行業(yè)也稱8號(hào)電子玻璃，主要用于傳統(tǒng)電子管的制 作，由于自身的抗熱沖擊性差和毛化問(wèn)題，一般不在大氣環(huán)境中使用。所以盡管這兩個(gè)發(fā) 明專利已經(jīng)授權(quán)，但真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的可能性很小。發(fā)明人改進(jìn)的具有內(nèi)、外卸載功能的 200420091975. 1和200620113317. 7專利，以及200720143975. 5專利經(jīng)生產(chǎn)證明完全適于 工業(yè)化生產(chǎn)，該集熱管已在太陽(yáng)能空調(diào)制冷和大型槽式熱發(fā)電裝置中應(yīng)用。但從實(shí)例制作 中發(fā)現(xiàn)，集熱管的封接結(jié)構(gòu)和卸載裝置還有進(jìn)一步優(yōu)化的余地，為進(jìn)一步提高穩(wěn)定性和可 靠性，在工程化和產(chǎn)業(yè)化上有新的突破，不斷縮小與國(guó)外同類產(chǎn)品的差距，應(yīng)該在上述專利 基礎(chǔ)上對(duì)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管的封接結(jié)構(gòu)和卸載裝置及材料進(jìn)行優(yōu)化配置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是采用壓縮封接技術(shù)提高槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管 封接結(jié)構(gòu)和卸載裝置的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明所稱問(wèn)題是由以下技術(shù)方案解決的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管由玻璃外管、玻璃截管、金屬內(nèi)管、金屬端蓋、鐵鎳可伐 件、卸載波紋管、玻璃封接料、管接件、消氣環(huán)、排氣管組成，其特征在于卸載波紋管設(shè)置在 集熱管兩端；鐵鎳可伐件為凸體管狀件，一端與玻璃截管通過(guò)玻璃封接料熱熔封接，另一端 環(huán)形端口與金屬端蓋外沿氬弧焊接；金屬端蓋與卸載波紋管一端氬弧焊接，卸載波紋管另 一端和管接件氬弧焊接，管接件和金屬內(nèi)管氬弧焊接，金屬內(nèi)管外表面真空濺射耐高溫選 擇性熱吸收涂層；消氣環(huán)焊接在金屬內(nèi)管上。所述玻璃外管選擇線膨脹系數(shù)為33X 10_7°C的高硬高透光率和具有高耐熱性的 3. 3高硼硅玻璃管；高硼硅玻璃也稱派萊克斯玻璃，在我國(guó)太陽(yáng)能熱水器行業(yè)應(yīng)用已經(jīng)非 常廣泛，成本也很低，雖然線膨脹系數(shù)為33 X IO-V0C，很難和國(guó)內(nèi)的可伐合金材料匹配，但 其物理性能很適合太陽(yáng)能熱發(fā)電。
所述玻璃截管是根據(jù)使用要求切割玻璃外管而形成的玻璃短管，切割的目的是為 了更好地實(shí)施玻璃金屬封接。其中一端制作玻璃法蘭，封接口成曲面狀，與鐵鎳可伐件封接 面對(duì)應(yīng)，另一端和玻璃外管熔封接。所述金屬端蓋是指用不銹鋼材料制作的金屬端蓋，金屬端蓋沖壓制作成凹形端 蓋，內(nèi)圓和外圓翻邊制作焊接接口，壁厚0. 5-lmm。所述鐵鎳可伐件沖壓制作成內(nèi)園不同的凸型環(huán)件或喇叭口型封接管件，其中一端 與玻璃法蘭封接曲面對(duì)應(yīng)，優(yōu)選鐵鎳鈷玻封合金4E9、4J44，線膨脹系數(shù)在20-450°C時(shí)為 (46-55) X 10_7,C ；或選擇 4J42、4J45 線膨脹系數(shù)在 20_450°C 時(shí)為(40-75) X 10_7,C 的鐵 鎳可伐合金；壁厚以0.3-1. 5mm為宜。如圖2所示。所述玻璃封接料的線膨脹系數(shù)為(40-55) X 10_7°c，介于玻璃截管和鐵鎳可伐件 之間，軟化和流散溫度為300-800°C，氧化鉛含量大于60%的含鉛低熔玻璃粉。所述卸載波紋管每個(gè)波節(jié)至少具有l(wèi)_2mm的吸收功能，波節(jié)數(shù)在2_20波，波節(jié)數(shù) 過(guò)少不能滿足金屬內(nèi)管膨脹吸收量，過(guò)多則增大熱損失。波紋管壁厚為0. 18-0. 3mm，波高 5-16mm,波距3_12mm，波紋管公稱通徑32_90mm ；抗疲勞壽命應(yīng)大于3萬(wàn)次；優(yōu)選SUS304、 321或SUS316、316L不銹鋼材料，通過(guò)成型、打波、退火熱處理可滿足要求，兩端留出直邊焊 接段。所述管接件為中心內(nèi)孔翻邊的板狀件，內(nèi)孔與金屬內(nèi)管相匹配，翻邊部與金屬內(nèi) 管焊接，平面段端部與卸載波紋管氬弧焊接，材質(zhì)為不銹鋼，壁厚為0. 3-1. 5mm。內(nèi)卸載結(jié)構(gòu) 使用的一種管接件為一端縮口，另一端擴(kuò)口的管狀件；縮口端與金屬內(nèi)管氬弧焊接，擴(kuò)口端 與卸載波紋管焊接，如圖3所示。所述金屬內(nèi)管的公稱通徑在25-80mm之間，壁厚在0. 3_13mm之間，公稱壓力在 0. 6-25MPa之間，優(yōu)選SUS304、321或SUS316、316L不銹鋼材料或鍋爐合金無(wú)縫鋼管，選擇
金屬內(nèi)管要在管壁壁厚、工質(zhì)流量和承載壓力之間妥善平衡；金屬內(nèi)管為金屬直管，或波節(jié) 管，或螺旋管，或長(zhǎng)苞金屬管。所述排氣管為33父10_71的高硼硅玻璃管，內(nèi)徑8-20讓，熔接在玻璃外管或玻璃 截管上。所述壓縮封接是指利用高硼硅玻璃突出的抗張(壓)強(qiáng)度特性，在金屬與玻璃之 間采用中間軟玻璃過(guò)渡封接，三種相關(guān)封接材料的熱膨脹系數(shù)有里及外的順序是鐵鎳可 伐件 > 氧化鉛低熔玻璃>高硼硅玻璃；為進(jìn)一步提高玻璃外管抗張強(qiáng)度，在玻璃截管一端 制作玻璃法蘭，通過(guò)鐵鎳可伐件和玻璃法蘭的直邊和曲面部熔封接，保證玻璃金屬封接的 氣密性和可靠性。具體加工步驟是1)首先將鐵鎳可伐件(4)沖壓拉伸成型為管狀件，一端縮口成曲面封接端，另一 端翻邊，在800-1100°C濕氫環(huán)境中預(yù)氧化處理后備用。2)將玻璃外管(1)割管成玻璃截管(10)，端部在玻璃車床或旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上用火焰 燒熔成法蘭狀玻璃封接口，封接口為曲面與鐵鎳可伐件曲面封接端對(duì)應(yīng)，將調(diào)和后的 玻璃封接料(6)均勻涂覆在玻璃截管(10)與鐵鎳可伐件曲面封接端，粘合后采用靜態(tài) 熔封或隧道窯行進(jìn)熔封的方法，待鐵鎳可伐合金(4)和玻璃截管(10)充分熔接后，按玻璃 操作規(guī)程熱處理，經(jīng)退火、去應(yīng)力、熔接排氣管(9)后備用。
3)熔封接后的玻璃截管(10)進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏，確保氣密性和封接強(qiáng)度。4)帶有鐵鎳可伐件(4)的玻璃截管(10)和玻璃外管( 在玻璃車床上熔封接。5)金屬端蓋(3)沖壓制作成凹形的中心開(kāi)孔端蓋，一端和卸載波紋管(5)直邊端 氬弧焊接，卸載波紋管( 另一端與管接件(7)焊接，之后作為整體卸載組件檢漏，然后在 500°C真空環(huán)境高溫除氣。6)金屬內(nèi)管( 拋光、檢漏、500°C真空環(huán)境高溫除氣，放入鍍膜室濺射耐高溫選 擇性熱吸收涂層，將消氣環(huán)(8)焊接在金屬內(nèi)管( 上，備用。7)裝配整管，在玻璃外管(1)兩端焊接卸載組件，金屬端蓋C3)外圓和鐵鎳可伐件 ⑷外圓氬弧焊接，將鍍膜后的金屬內(nèi)管⑵從管接件(7)中間順序插入玻璃外管⑴內(nèi)。8) 一端的管接件(7)和金屬內(nèi)管(2)氬弧焊接，另一端的管接件(7)和金屬內(nèi)管 (2)氬弧焊接前拉伸，使兩端的卸載波紋管( 成閉合狀態(tài)，然后與金屬內(nèi)管( 焊接。內(nèi) 卸載結(jié)構(gòu)相反，待兩端的波紋管波節(jié)全部張開(kāi)后實(shí)施焊接。9)裝配完畢之后在真空排氣臺(tái)上經(jīng)400°C高溫真空排氣保證內(nèi)真空達(dá)3X 10_3。10)在高頻焊機(jī)上激活消氣劑，通稱“烤消”，經(jīng)檢漏確認(rèn)真空度符合技術(shù)指標(biāo)。整 管加工結(jié)束后如圖1所示，得到完整的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管。本發(fā)明使用的零部件少，工藝簡(jiǎn)單，并且采用全新的壓縮熔封接技術(shù)和兩種卸載 結(jié)構(gòu)，使工藝性和可靠性進(jìn)一步提高。該集熱管可廣泛應(yīng)用于集團(tuán)供熱、太陽(yáng)能空調(diào)制冷、 太陽(yáng)能海水淡化、一般工業(yè)供熱等利用線聚焦裝置的太陽(yáng)能工業(yè)用熱設(shè)備中。


圖1是本發(fā)明外卸載封接結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明鐵鎳可伐件結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明內(nèi)卸載封接結(jié)構(gòu)示意圖其中1玻璃外管、2金屬內(nèi)管、3金屬端蓋、4鐵鎳可伐件、5卸載波紋管、6玻璃封 接料、7管接件、8消氣環(huán)、9排氣管、10玻璃截管
具體實(shí)施例方式1)首先將鐵鎳可伐件(4)沖壓拉伸成型為管狀件，一端縮口成曲面封接端，另一 端翻邊，在800-1100°C濕氫環(huán)境中預(yù)氧化處理后備用。2)將玻璃外管(1)割管成玻璃截管(10)，端部在玻璃車床或旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上用火焰 燒熔成法蘭狀玻璃封接口，封接口為曲面與鐵鎳可伐件曲面封接端對(duì)應(yīng)，將調(diào)和后的 玻璃封接料(6)均勻涂覆在玻璃截管(10)與鐵鎳可伐件曲面封接端，粘合后采用靜態(tài) 熔封或隧道窯行進(jìn)熔封的方法，待鐵鎳可伐合金(4)和玻璃截管(10)充分熔接后，按玻璃 操作規(guī)程熱處理，經(jīng)退火、去應(yīng)力、熔接排氣管(9)后備用。3)熔封接后的玻璃截管(10)進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏，確保氣密性和封接強(qiáng)度。4)帶有鐵鎳可伐件(4)的玻璃截管(10)和玻璃外管( 在玻璃車床上熔封接。5)金屬端蓋(3)沖壓制作成凹形的中心開(kāi)孔端蓋，一端和卸載波紋管(5)直邊端 氬弧焊接，卸載波紋管( 另一端與管接件(7)焊接，之后作為整體卸載組件檢漏，然后在 500°C真空環(huán)境高溫除氣。
6)金屬內(nèi)管( 拋光、檢漏、500°C真空環(huán)境高溫除氣，放入鍍膜室濺射耐高溫選 擇性熱吸收涂層，將消氣環(huán)(8)焊接在金屬內(nèi)管( 上，備用。7)裝配整管，在玻璃外管(1)兩端焊接卸載組件，金屬端蓋C3)外圓和鐵鎳可伐件 ⑷外圓氬弧焊接，將鍍膜后的金屬內(nèi)管⑵從管接件(7)中間順序插入玻璃外管⑴內(nèi)。8) 一端的管接件(7)和金屬內(nèi)管(2)氬弧焊接，另一端的管接件(7)和金屬內(nèi)管 (2)氬弧焊接前拉伸，使兩端的卸載波紋管( 成閉合狀態(tài)，然后與金屬內(nèi)管( 焊接。內(nèi) 卸載結(jié)構(gòu)相反，待兩端的波紋管波節(jié)全部張開(kāi)后實(shí)施焊接。9)裝配完畢之后在真空排氣臺(tái)上經(jīng)400°C高溫真空排氣保證內(nèi)真空達(dá)3X 10_3。10)在高頻焊機(jī)上激活消氣劑，通稱“烤消”，經(jīng)檢漏確認(rèn)真空度符合技術(shù)指標(biāo)。如 圖1所示。
權(quán)利要求
1.槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管由玻璃外管、玻璃截管、金屬內(nèi)管、金屬端蓋、鐵鎳可伐件、 卸載波紋管、玻璃封接料、管接件、消氣環(huán)、排氣管組成，其特征在于卸載波紋管設(shè)置在集 熱管兩端；鐵鎳可伐件為凸體管狀件，一端與玻璃截管通過(guò)玻璃封接料熱熔封接，另一端環(huán) 形端口與金屬端蓋外沿氬弧焊接；金屬端蓋與卸載波紋管一端氬弧焊接，卸載波紋管另一 端和管接件氬弧焊接，管接件和金屬內(nèi)管氬弧焊接，金屬內(nèi)管外表面真空濺射耐高溫選擇 性熱吸收涂層；消氣環(huán)焊接在金屬內(nèi)管上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管，其特征在于所述玻璃外管選擇 線膨脹系數(shù)為33 X 10_7°C的高硬高透光率和具有高耐熱性的3. 3高硼硅玻璃管；玻璃截管 是根據(jù)使用要求切割玻璃外管而形成的玻璃短管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管，其特征在于所述金屬端蓋是用 不銹鋼材料經(jīng)沖壓制作成凹形端蓋，內(nèi)圓和外圓翻邊為焊接接口，壁厚0. 5-lmm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管，其特征在于所述鐵鎳可伐件沖 壓制作成內(nèi)園不同的凸型環(huán)件或喇叭口型管件，優(yōu)選鐵鎳鈷玻封合金4E9、4J44，線膨脹 系數(shù)在20-450°C時(shí)為(46-55) X 10—7°C ；或選擇4J42、4J45線膨脹系數(shù)在20-450°C時(shí)為 (40-75) X 10—7°C的鐵鎳可伐件，壁厚以0. 3-1. 5謹(jǐn)為宜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管，其特征在于所述玻璃封接料的 線膨脹系數(shù)為(40-55) X10_7°C，軟化和流散溫度為300-800°C，氧化鉛含量大于60%的含 鉛低熔玻璃粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管，其特征在于所述卸載波紋管 每個(gè)波節(jié)至少具有l(wèi)_2mm的吸收功能，波節(jié)數(shù)在2-20波，波紋管壁厚為0. 18-0. 3mm，波高 5-16mm,波距3_12mm，波紋管公稱通徑32_90mm ；抗疲勞壽命應(yīng)大于3萬(wàn)次；選擇SUS304、 321或SUS316、316L不銹鋼材料，兩端留直邊焊接段。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管，其特征在于所述管接件為中心 內(nèi)孔翻邊的板狀件，內(nèi)孔與金屬內(nèi)管相匹配，翻邊部與金屬內(nèi)管焊接，平面段端部與卸載波 紋管氬弧焊接，材質(zhì)為不銹鋼；內(nèi)卸載結(jié)構(gòu)使用的一種管接件為一端縮口，另一端擴(kuò)口的管 狀件；縮口端與金屬內(nèi)管氬弧焊接，擴(kuò)口端與卸載波紋管焊接；壁厚均在0. 3-1. 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管，其特征在于所述金屬內(nèi)管的公 稱通徑在25-80mm，壁厚在0. 3_13mm，公稱壓力在0. 6_25MPa，優(yōu)選SUS304、321或SUS316、 316L不銹鋼材料，或鍋爐合金無(wú)縫鋼管；金屬內(nèi)管結(jié)構(gòu)為金屬直管，或波節(jié)管，或螺旋管， 或長(zhǎng)苞金屬管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管，其特征在于所述排氣管為 33X 10-7/oC的高硼硅玻璃管，內(nèi)徑8-20mm，熔接在玻璃外管或玻璃截管上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管具體加工步驟是1)首先將鐵鎳可伐件(4)沖壓拉伸成型為管狀件，一端縮口成曲面封接端，另一端翻 邊，在800-1100°C濕氫環(huán)境中預(yù)氧化處理后備用；2)將玻璃外管(1)割管成玻璃截管(10)，端部在玻璃車床或旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上用火焰燒熔 成法蘭狀玻璃封接口，封接口為曲面與鐵鎳可伐件曲面封接端對(duì)應(yīng)，將調(diào)和后的玻璃 封接料(6)均勻涂覆在玻璃截管(10)與鐵鎳可伐件曲面封接端，粘合后采用靜態(tài)熔封 或隧道窯行進(jìn)熔封的方法，待鐵鎳可伐合金(4)和玻璃截管(10)充分熔接后，按玻璃操作規(guī)程熱處理，經(jīng)退火、去應(yīng)力、熔接排氣管(9)后備用；3)對(duì)熔封接后的玻璃截管(10)進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏，確保氣密性和封接強(qiáng)度；4)帶有鐵鎳可伐件的玻璃截管(10)和玻璃外管( 在玻璃車床上熔封接；5)金屬端蓋(3)沖壓制作成凹形的中心開(kāi)孔端蓋，一端和卸載波紋管(5)直邊端氬弧 焊接，卸載波紋管( 另一端與管接件(7)焊接，之后作為整體卸載組件檢漏，然后在500°C 真空環(huán)境高溫除氣；6)金屬內(nèi)管( 拋光、檢漏、500°C真空環(huán)境高溫除氣，放入鍍膜室濺射耐高溫選擇性 熱吸收涂層，將消氣環(huán)(8)焊接在金屬內(nèi)管( 上，備用；7)裝配整管，在玻璃外管(1)兩端焊接卸載組件，金屬端蓋C3)外圓和鐵鎳可伐件(4) 外圓氬弧焊接，將鍍膜后的金屬內(nèi)管( 從管接件(7)中間順序插入玻璃外管(1)內(nèi)；8)一端的管接件(7)和金屬內(nèi)管( 氬弧焊接結(jié)束后焊接另一端的管接件(7)和金屬 內(nèi)管O)，為使兩端的卸載波紋管( 成預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，氬弧焊接前對(duì)金屬內(nèi)管拉伸，待兩端 的波紋管波節(jié)全部閉合后焊接管接件與金屬內(nèi)管O)；內(nèi)卸載結(jié)構(gòu)相反，待兩端的波紋管 波節(jié)全部張開(kāi)后實(shí)施焊接；9)裝配完畢之后在真空排氣臺(tái)上經(jīng)排氣管口在內(nèi)管400°C高溫氣氛條件下真空排氣， 保證內(nèi)真空達(dá)(3-5) X ΙΟ"3 ；10)在高頻焊機(jī)上激活消氣劑，通稱“烤消”，經(jīng)檢漏確認(rèn)真空度符合技術(shù)指標(biāo)，即可得 到完整的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電使用的真空集熱管，其封接結(jié)構(gòu)采用壓縮封接技術(shù)，卸載裝置采用簡(jiǎn)化的兩種卸載模式，因其另部件少、工藝簡(jiǎn)單、制造成本低，不僅適用于太陽(yáng)能熱發(fā)電，也適合其他如太陽(yáng)能空調(diào)制冷、太陽(yáng)能海水淡化等小型槽式熱利用裝置。屬太陽(yáng)能熱利用技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C03C27/00GK102102916SQ20091025937
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者張建城 申請(qǐng)人:張建城