專利名稱：設置復合消氣裝置的線聚焦太陽能強化集熱管的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種設置復合消氣裝置的線聚焦太陽能強化集熱管，其結構充分兼顧了耐高溫、氣密性、高效率和低成本的要求，在裝置構造上采用多種消氣劑和安裝結構，以適應中高溫以及采用熔鹽和DSG傳熱模式下的太陽能熱發(fā)電技術要求。該集熱管適用于高溫太陽能熱發(fā)電，屬太陽能熱利用技術領域。
背景技術：
目前，國內外在槽式太陽能熱發(fā)電集熱管上使用的消氣劑及其結構主要根據使用目的有所差別，Solel公司使用的應該是非蒸散性的消氣劑，采用平面板狀設計結構以增大吸氣量，安裝消氣劑的金屬板緊貼金屬管外壁固定，消氣劑的作用如其在中國授權專利 03825785. 8所述的“吸氫劑”。德國SCHOTT公司的中國公開專利200610080312. 3中顯示使用的也應該是“非蒸散型消氣劑(non-evaporable getter NEG) ”，做成圓形帶環(huán)安裝在卸載波紋管與端蓋之間，同時還專門設置了采用鈀金屬的“氫窗口”。但該公司在實際生產中卻選擇的是蒸散型消氣劑，其結構類似于全玻璃太陽能集熱管中使用的環(huán)狀結構，通過一個卡子將消氣環(huán)直接固定在金屬管上。由于各企業(yè)采用的封接材料和封接工藝上的區(qū)別， 致使集熱管的氣密性和使用壽命有很大差別。除此之外，由于影響集熱管氣密性的因素還有很多，諸如金屬材料的除氣狀況、膜層中的氣體含量、高溫條件下的氣體釋放以及目前最為突出的，則是傳熱工質導熱油在高溫條件下裂解并通過金屬管溢氫問題，這些問題如得不到解決都將直接影響集熱管使用壽命。為此，SCHOTT公司在200610162523. 1專利中增加了含有氣體氪或氙的容器，通過高頻加熱方式釋放稀有氣體，以期達到和氫氣混合降低熱傳導率。但從實際使用情況看，上述兩個企業(yè)都還沒有很好地解決慢漏氣和氫滲透問題。 總之，合理使用消氣劑是保證集熱管使用壽命的關鍵技術環(huán)節(jié)。中國專利012M848. 7最先在玻璃金屬太陽能集熱管上使用了非蒸散型消氣劑， 發(fā)明人在得到唯一授權后對此進行了再開發(fā)，在專利200610076672. 6和200710090246. 2 中除延續(xù)使用非蒸散消氣劑(NEG)外，也同時使用了蒸散型消氣劑(EG)。但從實例制作中發(fā)現，采用的鋇鋁鎳蒸散型消氣劑雖然有較好的吸附微量氣體的作用，但其最高使用溫度限于350度，因此在高溫環(huán)境中嚴重影響消氣劑的壽命和吸氣效果，而非蒸散消氣劑(NEG) 對氫氣還存在可逆現象，如果安裝不當或遇到聚光焦斑烘烤不僅不能保持氣密性，很可能加劇氫氣釋放。為進一步提高穩(wěn)定性和可靠性，不斷縮小與國外同類產品的差距，應該在上述專利基礎上對線聚焦太陽能強化集熱管的消氣劑裝置進行優(yōu)化。
發(fā)明內容本實用新型所要解決的技術問題是采用多種消氣劑和結構組合提高線聚焦太陽能強化集熱管的穩(wěn)定性和可靠性。本實用新型所稱問題是由以下技術方案解決的設置復合消氣裝置的線聚焦太陽能強化集熱管由玻璃外管、玻璃截管、金屬內管、金屬端蓋、鐵鎳可伐件、卸載波紋管、管接件、復合消氣裝置、排氣管、擾流片、玻璃封接料組成，其特征在于由鐵鎳可發(fā)件、金屬端蓋、卸載波紋管、管接件組成的卸載裝置設置在集熱管兩端；卸載裝置可以是外卸載或內卸載兩種卸載模式；鐵鎳可伐件與玻璃外管或玻璃截管一端直接熱熔封接；鐵鎳可伐件與玻璃外管或玻璃截管一端的玻璃內法蘭或外法蘭實施鉛熱壓封接；或鐵鎳可伐件上設置一凹形槽，玻璃截管插入凹形槽內通過玻璃封接料間接熱熔封接；管接件和金屬內管氬弧焊接，金屬內管外表面真空濺射耐高溫選擇性熱吸收涂層；復合消氣裝置焊接固定在金屬內管、或卸載裝置、或金屬端蓋上，位置選擇在排氣管一側。所述玻璃外管選擇線膨脹系數為33X10_7°C的高硼硅玻璃管；高硼硅玻璃也稱派萊克斯玻璃，在我國太陽能熱水器行業(yè)應用已經非常廣泛，成本也很低，雖然線膨脹系數為33 X IO-V0C，很難和國內的可伐合金材料匹配，但其物理性能很適合太陽能熱發(fā)電，特別適合鉛熱壓封接技術；或選擇線膨脹系數為(40-6 X 10_7°C的中性5. 0硼硅玻璃。所述玻璃截管是根據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施玻璃和鐵鎳可伐件封接；采用熱熔直接封接工藝時應注重退火去應力；采用鉛熱壓封接時在玻璃外管或玻璃截管一端制作外法蘭或內法蘭，法蘭端面平整。所述鐵鎳可伐件一端向內或向外翻邊與卸載波紋管焊接；優(yōu)選鐵鎳鈷玻封合金 4E9、4J44，線膨脹系數在20-450°C時為(46-55) X 10_7°C，與中性玻璃外管的線膨脹曲線一致；或選擇4J42、4J45，線膨脹系數在20-450°C時為(40-75) X 10—7°C的鐵鎳可伐合金； 壁厚以0. 3-2mm為宜；鐵鎳可伐件的預氧化處理是保證封接氣密性的關鍵工藝，必須慎重對待；鉛熱壓封接應注重對鐵鎳可伐件和玻璃法蘭的清洗，經合理確定封接溫度、壓力、時間、封接氣氛后，確保獲得足夠的封接強度和氣密性。所述玻璃封接料的線膨脹系數為(40-65) 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;選擇的低熔玻璃粉氧化鉛含量介于30-60%;如玻璃外管為中性5. 0玻璃則可選擇無鉛低熔玻璃粉。所述卸載波紋管波節(jié)數在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_100mm ；抗疲勞壽命應大于3萬次；優(yōu)選SUS304、321或SUS316、 316L不銹鋼材料；泄漏率控制在工況120°C時為1. 33 X KTuiPa. m7sec。所述管接件為中心內孔翻邊的板狀件，內孔與金屬內管相匹配，翻邊部與金屬內管焊接，平面段端部與卸載波紋管氬弧焊接，材質為SUS304、321或SUS316、316L不銹鋼，壁厚為0. 3-2mm ；采用內卸載結構時管接件為一端縮口，另一端擴口的管狀件；縮口端與金屬內管氬弧焊接，擴口端與卸載波紋管焊接。所述金屬內管公稱通徑在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無縫不銹鋼管或耐高溫、耐晶間腐蝕的超超臨界鍋爐用XA704、TP347H、SUPER304H、TP310HCbN合金無縫鋼管；金屬內管為金屬直管， 或波節(jié)管，或內螺旋管，或外螺旋管，或在金屬直管表面有規(guī)則起苞的苞體波節(jié)管。所述擾流片為不銹鋼片，沖壓成尾翼狀，一端翻邊點焊在金屬內管端口內壁上，另一端適當彎曲以擾動工質流體，每個集熱管焊接一至三個擾流片；或擾流片設計成寬度與金屬內管直徑相同的長方形或正方形，中間成梯形沖壓開口分別向兩邊翻邊，擾流片兩端焊接在金屬內管一端的內壁上，起雙向擾動流體作用；擾流片有益于破壞穩(wěn)流層，進而提高換熱效率，降低熱輻射量和熱損失。所述排氣管為33X 10_7°C的高硼硅玻璃管或中性5. 0硼硅玻璃管，內徑8_20mm， 熔接在玻璃外管或玻璃截管上。所述復合消氣裝置是指含有蒸散型消氣劑(EG)或非蒸散型消氣劑(NEG)的金屬合金消氣裝置，可以是帶不銹鋼焊接支架的消氣環(huán)、消氣棒、消氣片；所述蒸散型消氣劑 (EG)為鋇鋁鎳消氣劑，主要吸附玻璃和金屬在高溫狀態(tài)下釋放的微量氣體；支架焊點盡可能貼近玻璃外管，并位于排氣管一側的金屬內管上，以減少金屬內管高溫烘烤；或消氣環(huán)的不銹鋼支架焊接在卸載裝置一端，支架長度最少50-100mm，盡可能遠離卸載波紋管并貼近玻璃外管，高頻激活后鋇鋁膜應清晰明亮；非蒸散型消氣劑(NEG)選擇鋯鋁合金型或鋯石墨合金型，安裝在集熱管的另一端，或金屬內管上，或卸載裝置上；支架長度和注意事項與蒸散型消氣劑(EG)完全相同；由于非蒸散型消氣劑(NEG)吸氣量大，特別是對氫氣吸附的能力要較蒸散型消氣劑(EG)強，因此在集熱管兩端安裝不同的消氣劑組成復合消氣裝置對保持集熱管真空度具有重要作用；為進一步提高集熱管真空度，也可以選擇內置了非蒸散消氣劑的微型復合離子 M (Mini-Combination IonPumps with NEG) ^^Η,Μ ^Μ. (Ion/Getter Combination Pumps)作為集熱管消氣裝置，由于受體積限制，安裝位置選擇卸載裝置為外卸載結構的金屬端蓋上，采用消氣離子泵的關鍵是防止高溫激活消氣劑是可能對磁鋼的影響。本實用新型同時使用蒸散型消氣劑(EG)和非蒸散型消氣劑(NEG)來制作復合消氣裝置，因零部件少，工藝簡單，并且根據材料選擇三種不同的熔封結構和工藝，可以確保線聚焦太陽能強化集熱管的真空度和使用壽命。

圖1是本實用新型外卸載間接熔封接復合消氣裝置示意圖圖2是本實用新型內卸載熱壓封接復合消氣裝置示意圖圖3是本實用新型熔封接內卸載復合消氣裝置示意圖圖4是本實用新型內置非蒸散消氣劑的微型復合離子泵示意圖其中1玻璃外管、2金屬內管、3鐵鎳可伐件、4卸載波紋管、5金屬端蓋、6管接件、 7蒸散型消氣裝置、8排氣管、9玻璃截管、10擾流片、11非蒸散型消氣裝置
具體實施方式
1、選擇蒸散型消氣劑(EG)或非蒸散型消氣劑(NEG)作為復合消氣裝置的吸氣材料，可以是帶不銹鋼焊接支架的消氣環(huán)、消氣棒、消氣片。2、蒸散型消氣劑為鋇鋁鎳消氣劑，主要吸附玻璃和金屬在高溫狀態(tài)下釋放的微量氣體；支架焊點盡可能貼近玻璃外管，并位于排氣管一側的金屬內管上，以減少金屬內管高溫烘烤。3、帶不銹鋼支架的蒸散型消氣環(huán)焊接在卸載裝置一端，支架長度距卸載裝置最少 50-100mm，盡可能遠離卸載波紋管并貼近玻璃外管，高頻激活后鋇鋁膜應在排氣管一側；特別防止高頻激活對卸載波紋管的影響。4、非蒸散型消氣劑(NEG)安裝在集熱管的另一端，或金屬內管上，或卸載裝置上；支架長度和注意事項與蒸散型消氣劑(EG)完全相同；由于非蒸散型消氣劑(NEG)吸氣量大，特別是對氫氣吸附的能力要較蒸散型消氣劑(EG)強，因此在集熱管兩端分別安裝不同的消氣劑裝置對保持集熱管真空度具有重要作用；5、為進一步提高集熱管真空度，也可以選擇內置了非蒸散消氣劑的微型復合離子泵(Mini-Combination IonPumps with NEG)的消氣裝置，由于受離子泵體積限制，安裝位置只能選擇卸載裝置為外卸載結構的金屬端蓋上。由于非蒸散型消氣劑需要在真空條件下高溫激活，因此在激活過程中要防止高溫激活對磁鋼的影響。6、消氣劑的活力除了自身的性能以外，主要在于集熱管本身的封接技術和對材料的高溫除氣處理上。因為消氣劑的吸附量畢竟是有限的，如果發(fā)生慢漏氣則會加快消氣劑失效，所以上述有關封接結構、工藝、材料、安裝位置等都會對集熱管真空度和消氣劑的壽命起到重要影響。
權利要求1.設置復合消氣裝置的線聚焦太陽能強化集熱管由玻璃外管、玻璃截管、金屬內管、 金屬端蓋、鐵鎳可伐件、卸載波紋管、管接件、復合消氣裝置、排氣管、擾流片、玻璃封接料組成，其特征在于由鐵鎳可發(fā)件、金屬端蓋、卸載波紋管、管接件組成的卸載裝置設置在集熱管兩端；卸載裝置可以是外卸載或內卸載兩種卸載模式；鐵鎳可伐件與玻璃外管或玻璃截管一端直接熱熔封接；鐵鎳可伐件與玻璃外管或玻璃截管一端的玻璃內法蘭或外法蘭實施鉛熱壓封接；或鐵鎳可伐件上設置一凹形槽，玻璃截管插入凹形槽內通過玻璃封接料間接熱熔封接；管接件和金屬內管氬弧焊接，金屬內管外表面真空濺射耐高溫選擇性熱吸收涂層；復合消氣裝置焊接固定在金屬內管、或卸載裝置、或金屬端蓋上，位置選擇在排氣管一側；1)所述玻璃外管選擇線膨脹系數為33X10_7°C的高硼硅玻璃管；其物理性能很適合太陽能熱發(fā)電，特別適合鉛熱壓封接技術；或選擇線膨脹系數為(40-6 X10_7°C的中性 5. 0硼硅玻璃；2)所述玻璃截管是根據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施玻璃和鐵鎳可伐件封接；采用熱熔直接封接工藝時應注重退火去應力；采用鉛熱壓封接時在玻璃外管或玻璃截管一端制作外法蘭或內法蘭，法蘭端面平整；3)所述鐵鎳可伐件一端向內或向外翻邊與卸載波紋管焊接；優(yōu)選鐵鎳鈷玻封合金 4E9、4J44，線膨脹系數在20-450°C時為(46-55) X 10_7°C，與中性5. 0玻璃外管的線膨脹曲線一致；或選擇4J42、4J45，線膨脹系數在20-450°C時為(40-75) X 10_7°C的鐵鎳可伐合金；壁厚以0. 3-2mm為宜；鐵鎳可伐件的預氧化處理是保證封接氣密性的關鍵工藝，必須慎重對待；鉛熱壓封接應注重對鐵鎳可伐件和玻璃法蘭的清洗，經合理確定封接溫度、壓力、 時間、封接氣氛后，確保獲得足夠的封接強度和氣密性；4)所述玻璃封接料的線膨脹系數為(40-65)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;選擇的低熔玻璃粉氧化鉛含量介于30-60%;如玻璃外管為中性5. 0玻璃則可選擇無鉛低熔玻璃粉；5)所述卸載波紋管波節(jié)數在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_100mm ；抗疲勞壽命應大于3萬次；優(yōu)選SUS304、321或SUS316、 316L不銹鋼材料；泄漏率控制在工況120°C時為1. 33 X IO^10Pa. m3/sec ；6)所述管接件為中心內孔翻邊的板狀件，內孔與金屬內管相匹配，翻邊部與金屬內管焊接，平面段端部與卸載波紋管氬弧焊接，材質為SUS304、321或SUS316、316L不銹鋼，壁厚為0. 3-2mm ；采用內卸載結構時管接件為一端縮口，另一端擴口的管狀件；縮口端與金屬內管氬弧焊接，擴口端與卸載波紋管焊接；7)所述金屬內管公稱通徑在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無縫不銹鋼管或耐高溫、耐晶間腐蝕的超超臨界鍋爐用XA704、TP347H、SUPER304H、TP310HCbN合金無縫鋼管；金屬內管為金屬直管， 或波節(jié)管，或內螺旋管，或外螺旋管，或在金屬直管表面有規(guī)則起苞的苞體波節(jié)管；8)所述擾流片為不銹鋼片，沖壓成尾翼狀，一端翻邊點焊在金屬內管端口內壁上，另一端適當彎曲以擾動工質流體，每個集熱管焊接一至三個擾流片；或擾流片設計成寬度與金屬內管直徑相同的長方形或正方形，中間成梯形沖壓開口分別向兩邊翻邊，擾流片兩端焊接在金屬內管一端的內壁上，起雙向擾動流體作用；擾流片有益于破壞穩(wěn)流層，進而提高換熱效率，降低熱輻射量和熱損失；9)所述排氣管為33X 10_7°C的高硼硅玻璃管或中性5. 0硼硅玻璃管，內徑8-20mm，熔接在玻璃外管或玻璃截管上。
2.根據權利要求1所述的設置復合消氣裝置的線聚焦太陽能強化集熱管，其特征在于所述復合消氣裝置是指含有蒸散型消氣劑(EG)和非蒸散型消氣劑(NEG)的金屬合金消氣裝置，可以是帶不銹鋼焊接支架的消氣環(huán)、消氣棒、消氣片；1)所述蒸散型消氣劑(EG)為鋇鋁鎳消氣劑，主要吸附玻璃和金屬在高溫狀態(tài)下釋放的微量氣體；支架焊點盡可能貼近玻璃外管，并位于排氣管一側的金屬內管上，以減少金屬內管高溫烘烤；或消氣環(huán)的不銹鋼支架焊接在卸載裝置一端，支架長度最少50-100mm，盡可能遠離卸載波紋管并貼近玻璃外管，高頻激活后鋇鋁膜應清晰明亮；2)非蒸散型消氣劑(NEG)選擇鋯鋁合金型或鋯石墨合金型，安裝在集熱管的另一端， 或金屬內管上，或卸載裝置上；支架長度和注意事項與蒸散型消氣劑(EG)完全相同；由于非蒸散型消氣劑(NEG)吸氣量大，特別是對氫氣吸附的能力要較蒸散型消氣劑(EG)強。
3.根據權利要求1所述的設置復合消氣裝置的線聚焦太陽能強化集熱管，其特征在于選擇內置非蒸散消氣劑的微型復合離子泵(Mini-CombinationlonPumps with NEG)或消氣劑復合泵(Ion/Getter Combination Pumps)作為集熱管消氣裝置，安裝位置選擇卸載裝置為外卸載結構的金屬端蓋上。
專利摘要本實用新型涉及一種設置復合消氣裝置的線聚焦太陽能強化集熱管，其結構充分兼顧了耐高溫、氣密性、高效率和低成本的要求，在裝置構造上采用多種消氣劑和安裝結構，以適應中高溫以及采用熔鹽和DSG傳熱模式下的太陽能熱發(fā)電技術要求。該集熱管適用于高溫太陽能熱發(fā)電，屬太陽能熱利用技術領域。
文檔編號F24J2/46GK202328869SQ20112046495
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權日2011年11月22日
發(fā)明者張建城 申請人:張建城