用于太陽(yáng)能接收器的玻璃-金屬接頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供太陽(yáng)能接收器的玻璃-金屬密封裝置（10）及其生產(chǎn)方法，該裝置（10）包括要被密封在一起的金屬卡圈（11）和玻璃圓筒（12），其中該玻璃圓筒（12）由硼硅酸鹽玻璃制成，所述硼硅酸鹽玻璃具有在[50，450]攝氏度的溫度范圍內(nèi)為[3.1，3.5]·10-6℃-1范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)；該金屬卡圈（11）由奧氏體合金制成，所述奧氏體合金具有在[50，450]攝氏度的溫度范圍內(nèi)為[3.5，6.0]·10-6℃-1范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)；金屬卡圈（11）的末端部分被斜切以便增加其機(jī)械柔性；并且金屬卡圈（11）的末端部分經(jīng)熱處理被處理，以便在金屬和玻璃表面之間產(chǎn)生結(jié)合。
【專利說(shuō)明】用于太陽(yáng)能接收器的玻璃-金屬接頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及分別根據(jù)權(quán)利要求1、11和12的前序部分的玻璃-金屬密封裝置、生 產(chǎn)玻璃-金屬密封裝置的方法和管狀太陽(yáng)能接收器。

【背景技術(shù)】
[0002] 拋物槽CSP (聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電）的關(guān)鍵部件是也被稱為太陽(yáng)能接收器的熱收集 器元件（HCE)。這種元件必須要面對(duì)并解決的主要問(wèn)題之一是保存合適的計(jì)劃真空壓力的 密封性以便將熱損失減少至僅為輻射現(xiàn)象。
[0003] 在太陽(yáng)能接收器中，承受可能的真空損失的最關(guān)鍵部件是在玻璃和金屬之間的連 接，也被公知為玻璃-金屬密封（GMS )。
[0004] 拋物槽CSP太陽(yáng)能發(fā)電站被設(shè)計(jì)成通過(guò)將太陽(yáng)能射線集中到太陽(yáng)能接收器來(lái) 產(chǎn)生能量，其中傳熱流體（HTF)流入該太陽(yáng)能接收器中；傳熱流體被加熱直至高溫(高達(dá) 580-600°C)并且經(jīng)由專用渦輪允許在單獨(dú)的發(fā)電塊內(nèi)產(chǎn)生蒸汽并因此產(chǎn)生電力。
[0005] 為了使得熱動(dòng)力學(xué)循環(huán)正確地運(yùn)轉(zhuǎn)，太陽(yáng)能接收器必須最大地吸收集中的太陽(yáng)能 射線并且最少地釋放熱。覆蓋不銹鋼管的光譜選擇性涂層被優(yōu)化，以便達(dá)到高吸收率和低 放射率；此外，通過(guò)借助于同軸圓筒形玻璃管(具有高光學(xué)透射率）將管封裝到真空環(huán)境內(nèi) 來(lái)最小化熱損失。
[0006] 必須存在真空以將熱損失減少至僅輻射現(xiàn)象。
[0007] 太陽(yáng)能接收器然后將必須包含兩個(gè)玻璃-金屬過(guò)渡部，其也被公知為玻璃-金屬 密封（GMS)，其事實(shí)上代表可能真空損失的最關(guān)鍵部件。
[0008] 技術(shù)GMS需求以及市場(chǎng)和商業(yè)需求均驅(qū)使了針對(duì)CSP領(lǐng)域中的太陽(yáng)能接收管研發(fā) 的GMS技術(shù)方案。
[0009] 圖1示意性示出了太陽(yáng)能接收器，其包括未示出的內(nèi)部金屬管和外部玻璃管，所 述內(nèi)部金屬管和外部玻璃管經(jīng)由兩個(gè)玻璃-金屬密封10并經(jīng)由未示出的被焊接到內(nèi)部金 屬管的兩個(gè)金屬波紋管被連接到一起。每個(gè)玻璃-金屬密封10均包括如圖3示意性所示 的被密封在一起的金屬卡圈11 (也被公知為金屬帽或者金屬環(huán))和玻璃圓筒12。玻璃圓筒 12被連接到外部玻璃管的中央玻璃部分13。
[0010] 本領(lǐng)域公知使用具有不同熱膨脹系數(shù)的玻璃和金屬以及密封技術(shù)實(shí)現(xiàn)的多種不 同類型的玻璃-金屬密封。
[0011] 如這里所用，材料的熱膨脹系數(shù)（TEC)被定義為當(dāng)材料經(jīng)歷溫度變化ΛΤ時(shí)材料 的伸長(zhǎng)ΛL和適當(dāng)長(zhǎng)度L之間的比率。
[0012] 根據(jù)Houske印er先生在1919年的兩個(gè)美國(guó)專利（US專利號(hào)1,293,411和US專 利號(hào)1，295, 466)的公開(kāi)，已知用于補(bǔ)償由玻璃和金屬的TEC系數(shù)的差異所導(dǎo)致的缺陷的技 術(shù)，其中通過(guò)減少具有幾何形狀的金屬元件的一部分的厚度來(lái)改進(jìn)玻璃和金屬之間的氣密 性密封，如Houskeeper先生所提出的。
[0013] 根據(jù)公知的GMS技術(shù)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出在不銹鋼等級(jí)（Aisi430)與族3. 3的硼硅酸鹽玻 璃之間的GMS接頭。遺憾的是，在Aisi430鋼和3. 3的硼硅酸鹽玻璃之間的這種GMS接頭 具有如下缺點(diǎn)：金屬和玻璃的熱膨脹系數(shù)（TEC)的值之間具有非常大的差異，其在熱變化 導(dǎo)致的機(jī)械力的情況下對(duì)GMS具有不良影響。事實(shí)上，TEC值是：在[50, 450]攝氏度的溫 度范圍內(nèi)，對(duì)于玻璃，幾乎恒定為3. 3 · 1(T6°C η ;而對(duì)于金屬，在[10，12] · 1(T6°C η之間。
[0014] 根據(jù)另一公知的GMS技術(shù)（US專利號(hào)7, 562, 655)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出在在具有良好限定 的濃度的鎳和鈷的奧氏體合金(通常公知為類Kovar合金，DIN 17745, ASTM F15)與族5. 1 的硼硅酸鹽玻璃之間的GMS接頭。遺憾的是，這樣的GMS接頭具有如下缺點(diǎn)：Kovar是非常 昂貴的合金(隨著鎳的市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)而波動(dòng))并且滿足CSP尺寸規(guī)格的5. 1玻璃在玻璃市場(chǎng) 仍是不常見(jiàn)的。
[0015] 根據(jù)其他的公知技術(shù)，在GMS接頭中采用過(guò)渡玻璃以將5. 1玻璃限制于僅GMS部 分（10)，因此將kovar-5. 1技術(shù)方案與3. 3玻璃結(jié)合在一起，如圖2所示。圖2是示意性示 出太陽(yáng)能接收器的外部玻璃管的一部分的附圖，其包括通過(guò)使用位于GMS接頭10和玻璃管 的中央部分13之間的一組具有不同TEC的過(guò)渡玻璃(例如第一過(guò)渡玻璃21、第二過(guò)渡玻璃 22和第η過(guò)渡玻璃23)而具有用于中央玻璃部分13的不同玻璃的匹配的GMS接頭10。遺 憾的是，這樣的GMS接頭具有過(guò)渡玻璃昂貴且制造過(guò)程復(fù)雜的缺點(diǎn)。
[0016] 另一個(gè)公知的密封技術(shù)(例如激光焊接）是舒適的，但是甚至更敏感于原材料容差 和尺寸規(guī)格。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 因此，本發(fā)明的目標(biāo)是克服上述缺點(diǎn)，具體地通過(guò)經(jīng)由[3. 1，3. 5]TEC的硼硅酸 鹽玻璃和具有不同熱膨脹系數(shù)的奧氏體合金之間的直接GMS接頭來(lái)提供不同于完全匹配 的技術(shù)方案(例如昂貴的和市場(chǎng)不常見(jiàn)的kovar-5. 1玻璃）且不同于過(guò)渡玻璃技術(shù)方案(特 征在于，僅針對(duì)中央玻璃部分13使用較便宜的玻璃)的玻璃-金屬密封裝置、生產(chǎn)玻璃-金 屬密封裝置的方法和管狀太陽(yáng)能接收器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0018] 上述目標(biāo)是通過(guò)太陽(yáng)能接收器的玻璃-金屬密封裝置實(shí)現(xiàn)的，該裝置包括將被密 封在一起的金屬卡圈和玻璃圓筒，該裝置進(jìn)一步包括如下特征： a) 玻璃圓筒是由在[50，450]攝氏度的溫度范圍內(nèi)具有[3. 1，3. 5] ·1(Γ6? η范圍內(nèi) 的熱膨脹系數(shù)的硼硅酸鹽玻璃制成； b) 金屬卡圈是由在[50，450]攝氏度的溫度范圍內(nèi)具有[3.5，6.0] 范圍內(nèi) 的熱膨脹系數(shù)的奧氏體合金制成； c) 金屬卡圈的末端部分被斜切以便增強(qiáng)其機(jī)械柔性； d) 金屬卡圈的末端部分經(jīng)由熱處理被處理以便在金屬和玻璃表面之間產(chǎn)生結(jié)合。
[0019] 上述目標(biāo)還通過(guò)生產(chǎn)太陽(yáng)能接收器的玻璃-金屬密封裝置的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該裝置 包括將被密封在一起的金屬卡圈和玻璃圓筒（12)，該方法包括如下步驟： a) 提供在[50，450]攝氏度的溫度范圍內(nèi)具有[3. 1，3. 5] ·1(Γ6? η范圍內(nèi)的熱膨脹 系數(shù)的硼硅酸鹽玻璃作為玻璃圓筒的玻璃； b) 提供在[50，450]攝氏度的溫度范圍內(nèi)具有[3. 5，6. 0] ·1(Γ6? η范圍內(nèi)的熱膨脹 系數(shù)的奧氏體合金作為金屬卡圈的金屬； c) 斜切金屬卡圈的末端部分以便增強(qiáng)其機(jī)械柔性； d) 經(jīng)由熱處理來(lái)處理金屬卡圈的末端部分以便在金屬和玻璃表面之間產(chǎn)生結(jié)合； e) 將玻璃圓筒和金屬卡圈的末端卡圈部分密封在一起。
[0020] 上述目標(biāo)還通過(guò)管狀太陽(yáng)能接收器實(shí)現(xiàn)，其中外部玻璃管經(jīng)由根據(jù)提出的發(fā)明的 玻璃-金屬密封裝置被連接到內(nèi)部金屬管。
[0021] 本發(fā)明的實(shí)施例使得能夠針對(duì)熱收集器元件（HCE)的預(yù)期壽命來(lái)保持所設(shè)計(jì)的真 空。有利地，玻璃圓筒和金屬帽之間的接頭應(yīng)該能夠通過(guò)滿足專用尺寸需求而保存所設(shè)計(jì) 的最終所需密封性，即P〈l(T 4mbar的壓力，以便可靠地確保GMS接頭的穩(wěn)定性和耐用性。
[0022] 在本發(fā)明的實(shí)施例的情況下，GMS接頭的玻璃部件主要經(jīng)受壓縮應(yīng)力，從而將危險(xiǎn) 的拉伸應(yīng)力減小到幾 MPa，這是完全可接受的，即使對(duì)于普通的3_厚的玻璃管來(lái)說(shuō)。
[0023] 在本發(fā)明的實(shí)施例的情況下，尺寸輸出導(dǎo)致GMS產(chǎn)品優(yōu)良地符合太陽(yáng)能電站的典 型工作狀況，因此適用于CSP應(yīng)用。
[0024] 從成本觀點(diǎn)以及從目標(biāo)太陽(yáng)能接收器產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)的最終性能二者考慮，本發(fā)明的 實(shí)施例均使得能夠?qū)崿F(xiàn)制造過(guò)程的簡(jiǎn)化。
[0025] 本發(fā)明的實(shí)施例由于下述原因而實(shí)現(xiàn)不匹配的GMS產(chǎn)品領(lǐng)域的工業(yè)優(yōu)勢(shì)： -原材料商品：3. 3的硼硅酸鹽玻璃是公知材料并且在市場(chǎng)上容易找到； -玻璃的性能：3. 3的硼硅酸鹽玻璃容易地實(shí)現(xiàn)91. 5-92. 0%的透射率； -原材料的成本：3. 3的硼硅酸鹽玻璃比5. 1硼硅酸鹽玻璃更便宜； -制造過(guò)程的簡(jiǎn)化：制造過(guò)程不包含嚴(yán)重瓶頸步驟，以致降低了制造成本。
[0026] 因此，本發(fā)明的實(shí)施例導(dǎo)致了太陽(yáng)能接收器的顯著的成本降低、有助于減少CSP 拋物槽電站中太陽(yáng)能的評(píng)估平均化能量成本（LC0E )。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是示意性示出太陽(yáng)能接收器的附圖(現(xiàn)有技術(shù)，在前文描述）； 圖2是示意性示出包括GMS裝置和一組過(guò)渡玻璃的太陽(yáng)能接收器的一部分的附圖（現(xiàn) 有技術(shù)，在前文描述）； 圖3是示意性示出GMS接頭的附圖(現(xiàn)有技術(shù)）； 圖4是示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的金屬卡圈的附圖； 圖5是示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的GMS裝置的附圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 圖4是示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的金屬卡圈的附圖。
[0029] 圖4(b)是示意性示出在圖4a中用圓圈出的金屬卡圈11的縱截面的末端部分的 附圖。
[0030] 根據(jù)提出的本發(fā)明，在金屬卡圈11和玻璃圓筒12之間的提出的GMS接頭10是不 匹配的玻璃-金屬密封。事實(shí)上，所用的玻璃和金屬材料在熱梯度下不同地表現(xiàn)，特別是 當(dāng)其間已經(jīng)建立物理連接（即密封）時(shí)。越靠近對(duì)應(yīng)的TCE值，則重疊區(qū)域上的機(jī)械應(yīng)力越 弱。此外，不管是否考慮到匹配或不匹配的密封，對(duì)于玻璃和金屬材料來(lái)說(shuō)升溫或降溫速度 當(dāng)然是不同的。
[0031] 玻璃圓筒12是由在[50，450]攝氏度的溫度范圍內(nèi)具有[3. 1，3.5] · 1(T6°C Η 范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)的硼硅酸鹽玻璃制成。在優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)于CSP領(lǐng)域，使用3. 3的硼 硅酸鹽玻璃。有利地，在市場(chǎng)上易于以市場(chǎng)價(jià)找到這樣的玻璃類型。金屬卡圈11由在[50， 450]攝氏度的溫度范圍內(nèi)具有[3. 5，6. 0] ·1(Γ6? η范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)的奧氏體合金制 成。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)于CSP領(lǐng)域，根據(jù)DIN 17745/ASTM F15標(biāo)準(zhǔn)，這樣的奧氏 體合金具有適當(dāng)濃度的鎳和鈷含量。在該領(lǐng)域，滿足這樣的規(guī)格的金屬也被公知為類Kovar 合金。
[0032] 金屬卡圈11的末端部分被斜切以便增強(qiáng)其機(jī)械柔性。有利地，使用這樣形成的金 屬卡圈幾何構(gòu)型，在GMS接頭10的玻璃側(cè)上產(chǎn)生的張力通過(guò)玻璃剛性相對(duì)于金屬移動(dòng)性的 補(bǔ)償而減小。
[0033] 因此，由彈性特性表征的這樣的金屬卡圈幾何構(gòu)型通過(guò)提高金屬的機(jī)械彈性而減 輕能夠在GMS接頭的（剛性）玻璃部件上產(chǎn)生的玻璃應(yīng)力。
[0034] 在圖4和圖5中示意性示出了優(yōu)選實(shí)施例的示例的附圖。
[0035] 通過(guò)開(kāi)發(fā)典型太陽(yáng)能CSP電站的實(shí)際工作狀況中所涉及的機(jī)械應(yīng)力已經(jīng)獲得了 圖4和圖5的所示尺寸。優(yōu)選使用的材料是針對(duì)圓筒12使用3. 3的硼硅酸鹽玻璃并且針 對(duì)金屬卡圈11使用類Kovar合金（DIN 17745，ASTM F15)。
[0036] 圖4(a)示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的金屬卡圈11。
[0037] 圖4(b)示意性示出圖4 (a)中圓圈圈出的金屬卡圈11的自由末端部分FEP的縱 截面的放大細(xì)節(jié)。之后，這樣的金屬卡圈自由末端部分FEP將被密封到玻璃圓筒，如后所 述。
[0038] 根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，如圖4(b)示意性示出的，執(zhí)行對(duì)金屬卡圈11的末端部分斜切以 便獲得具有類梯形形狀的縱截面，其中次要底邊m處于金屬卡圈的自由末端側(cè)。這里，應(yīng)該 注意到，使用術(shù)語(yǔ)"類梯形形狀"不意味著僅是梯形形狀本身還可以是類似形狀，在該類似 形狀中，側(cè)邊不完全筆直或者其中兩個(gè)底邊平行但是為更傾斜的形狀或齒狀形狀，或者末 端部分相對(duì)于開(kāi)始部分具有減小的厚度。事實(shí)上，術(shù)語(yǔ)"類梯形形狀"在此主要用于解釋性 目的，即為了簡(jiǎn)明，以便按照底邊和角來(lái)描述幾何構(gòu)型規(guī)格。在圖4(c)中示出了卡圈末端 的類梯形形狀的主要底邊M、次要底邊m、兩個(gè)橫向側(cè)邊L1、L2。橫向側(cè)邊L1也代表了兩個(gè) 底邊m、Μ之間的距離。未被示出的角度α表明由兩個(gè)橫向側(cè)邊L1、L2所形成的銳角。
[0039] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，基于對(duì)典型CSP電站的實(shí)際應(yīng)力狀況的開(kāi)發(fā)而建議下列尺 寸： -次要底邊m的長(zhǎng)度與主要底邊Μ的長(zhǎng)度之間的比率大于0. 25 ;和/或， -主要底邊Μ的長(zhǎng)度在[0.3，0.6]mm的范圍內(nèi)，并且次要底邊m的長(zhǎng)度在[0.15，0.6] mm的范圍內(nèi)；和/或， -橫向側(cè)邊L1、L2形成在[0. 5，10]度范圍內(nèi)的角度α ;和/或， -金屬卡圈的最大厚度Τ在[0. 3，1. 2]mm的范圍內(nèi)。
[0040] 例如，在優(yōu)選實(shí)施例中，次要底邊m的長(zhǎng)度可以是0. 3,主要底邊Μ的長(zhǎng)度可以是 0.4,橫向側(cè)邊L1的長(zhǎng)度可以是7毫米并且角度α可以是0.82度。
[0041] 根據(jù)提出的發(fā)明，金屬卡圈11的末端部分經(jīng)由熱處理來(lái)處理，以便在GMS接頭的 金屬和玻璃表面之間產(chǎn)生結(jié)合。有利地，實(shí)現(xiàn)了適于金屬至玻璃的物理和化學(xué)結(jié)合的金屬 表面上的專用結(jié)構(gòu)。
[0042] 事實(shí)上，在對(duì)金屬卡圈的這種熱處理的情況下，方便地在金屬上產(chǎn)生網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以 便玻璃材料抓住金屬基質(zhì)(機(jī)械地/物理地連結(jié))，并且同時(shí)在金屬表面上合適地產(chǎn)生適當(dāng) 層以便玻璃與其結(jié)合(化學(xué)結(jié)合)。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，熱處理可以優(yōu)選地是氧化處理以便在金屬表面上產(chǎn)生 玻璃專用的氧化層。
[0044] 優(yōu)選地，玻璃專用的氧化層厚度被微調(diào)成在[0.3，3.0] μ m的范圍內(nèi)，且在金屬 基體中具有在[1.5，18.0] μ m范圍內(nèi)的熔深。
[0045] 此外，根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，推薦使用一種氧化過(guò)程，其特征在于氫含量被限制成 百分之幾的濃度(體積上最高達(dá)5%)，以便最小化晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)空隙位置內(nèi)的氫原子的粘附 (因?yàn)闅涫亲铍y以被泵走的氣體之一)。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，玻璃專用的氧化物是鐵氧化物。鐵氧化物可以優(yōu)選地 是FeO或Fe 3C4、或者FeO和Fe3C4的混合物。
[0047] 建議使用受控的熱循環(huán)過(guò)程以便實(shí)現(xiàn)所需鐵氧化物以及最佳厚度和一致性。
[0048] 根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，可以推薦使用下列熱密封過(guò)程步驟來(lái)將金屬卡圈密封到玻璃圓 筒： -加熱步驟，其中推薦對(duì)溫度和旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制； -熔化步驟，其中推薦對(duì)熔融玻璃邊緣的溫度、旋轉(zhuǎn)和校準(zhǔn)進(jìn)行控制； -用于將斜切金屬插入到玻璃圓筒的熔融末端部分內(nèi)的連結(jié)步驟，其中推薦對(duì)溫度、旋 轉(zhuǎn)、火爐相對(duì)位置和將來(lái)的最終GMS接頭上的生成機(jī)械力(推/拉力）進(jìn)行控制； -在線退火步驟，其中推薦對(duì)溫度降低進(jìn)行仔細(xì)控制，以實(shí)現(xiàn)在其特征軟化溫度之下的 玻璃溫度。
[0049] 為了避免由于小的誤差傳播造成的破壞性效果，已經(jīng)監(jiān)測(cè)最關(guān)鍵的熱密封子步驟 并且因此某些參數(shù)已經(jīng)被識(shí)別為需要尤其關(guān)注對(duì)其絕對(duì)值和表現(xiàn)的控制，例如： -升溫速率應(yīng)該優(yōu)選地維持在[6，35]攝氏度/秒， -降溫速率應(yīng)該優(yōu)選地維持在[1. 5，20]攝氏度/秒， -旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)該優(yōu)選地維持在[12，100]rpm， -火爐應(yīng)該優(yōu)選地與玻璃邊緣的距離取決于所考慮的過(guò)程步驟而可在[-5. 5，5. 5]毫 米的距離范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，并且處于在[0，15]毫米/秒內(nèi)的平移速度。
[0050] 圖5 (b)是示意性示出根據(jù)示例性實(shí)施例的圖5 (a)的GMS接頭的被圈出細(xì)節(jié)的附 圖。
[0051] 根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，玻璃圓筒12的末端部分經(jīng)由專用熱過(guò)程被熔融以便在玻璃邊 緣處形成具有類球形形狀的擴(kuò)大熔融玻璃，在下文被稱為熔融玻璃球GB。如圖5(b)所示， 玻璃邊緣具有大約12. 6毫米的最大厚度（Gi+G^m)，而遠(yuǎn)離玻璃球GB的玻璃圓筒的厚度GT 是大約3毫米的規(guī)則玻璃厚度。
[0052] 在優(yōu)選實(shí)施例中，有利地推薦GMS接頭的下列尺寸，其中分別使用〃內(nèi)部〃旁邊和 〃外部〃側(cè)邊來(lái)標(biāo)注面向太陽(yáng)能管狀接收器的對(duì)稱軸線的側(cè)邊和面向外部大氣的側(cè)邊： -玻璃-金屬的軸向（線性）延長(zhǎng)部的內(nèi)部和外部〇i、重疊在：[2，5. 0]毫米的范圍 內(nèi)，和/或 -內(nèi)部和外部的玻璃厚度Gp 在[3. 0，6. 0]毫米的范圍內(nèi)；和/或， -此外，還推薦以平滑的小于90度的接觸角β i、β e來(lái)結(jié)束，該角度被限定為在圖5 (b) 中的玻璃和金屬之間的接觸界面處測(cè)量的角度。
[0053] 因?yàn)榍笆鰺崦芊膺^(guò)程包含在金屬卡圈和玻璃圓筒上的非常高的溫度(超過(guò)軟化和 熔融點(diǎn))，所以不可避免的張力會(huì)累積在兩種材料之間的界面處。
[0054] 因?yàn)樵诘湫偷倪B續(xù)太陽(yáng)能接收器生產(chǎn)步驟的進(jìn)一步熱循環(huán)期間以及在實(shí)際工作 狀況下這些張力會(huì)導(dǎo)致GMS具有微裂紋（即GMS泄漏)，因此在優(yōu)選實(shí)施例中推薦執(zhí)行離線 退火過(guò)程，其目標(biāo)是擺脫重疊區(qū)域中可能的玻璃殘余應(yīng)力。
[0055] 因此，上述張力能夠在較寬的范圍上有利地分布其強(qiáng)度，從而因此減少其潛在的 危險(xiǎn)影響。降溫速率值可以便利地被設(shè)定在[0. 4，2. 5]攝氏度/分鐘的范圍內(nèi)。
[0056] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，作為真空裝置的一部分，玻璃圓筒12和金屬帽11可以被恰 當(dāng)?shù)厍鍧?，這通過(guò)使用專用配方以便避免不希望的污染實(shí)現(xiàn)，但是不施用會(huì)導(dǎo)致對(duì)玻璃表 面的不希望的納米刮痕的強(qiáng)化學(xué)拋光。在清潔過(guò)程中也應(yīng)該考慮到GMS接頭被存儲(chǔ)的方 式，目的在于避免在存儲(chǔ)過(guò)程期間由于濕氣和油膩大氣造成的污染。
[0057] 除了上述的本發(fā)明的實(shí)施例之外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還將能夠?qū)崿F(xiàn)即便沒(méi)有在本文 獻(xiàn)中明確描述但落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的各種其他設(shè)置和步驟。
[0058] 所用縮略語(yǔ)列表 CSP聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電 GMS玻璃-金屬密封 HCE熱收集器元件 HTF傳熱流體 LC0E平均化能量成本 TEC熱膨脹系數(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種太陽(yáng)能接收器的玻璃-金屬密封裝置（10)，該裝置（10)包括將被密封在一起 的金屬卡圈（11)和玻璃圓筒（12)，該裝置進(jìn)一步包括如下特征： a) 所述玻璃圓筒（12)由在[50，450]攝氏度的溫度范圍內(nèi)具有[3. 1，3. 5] ·1(Γ6? η 范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)的硼硅酸鹽玻璃制成； b) 所述金屬卡圈（11)由在[50，450]攝氏度的溫度范圍內(nèi)具有[3.5，6.0] ?lO+CT1 范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)的奧氏體合金制成； c) 所述金屬卡圈（11)的末端部分被斜切以便增強(qiáng)其機(jī)械柔性； d) 所述金屬卡圈（11)的末端部分經(jīng)由熱處理被處理以便在所述金屬和所述玻璃表面 之間產(chǎn)生結(jié)合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃-金屬密封裝置，其中執(zhí)行對(duì)所述金屬卡圈（11)的末端 部分的斜切以便獲得具有類梯形形狀的縱截面，其中次要底邊（m)處于所述金屬卡圈（11) 的自由末端處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的玻璃-金屬密封裝置，其中所述類梯形形狀的次要底邊(m) 的長(zhǎng)度和主要底邊（Μ)的長(zhǎng)度之間的比率大于0. 25。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的玻璃-金屬密封裝置，其中所述主要底邊(Μ)的長(zhǎng)度在 [0. 3，0.6]mm的范圍內(nèi)，并且所述次要底邊（m)的長(zhǎng)度在[0. 15，0. 3]mm的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的玻璃-金屬密封裝置，其中所述類梯形形狀的橫 向側(cè)邊（L1、L2)形成在[0. 5，10]度的范圍內(nèi)的角度。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的玻璃-金屬密封裝置，其中b)項(xiàng)中的所述奧氏 體合金具有根據(jù)DIN 17745/ASTM F15標(biāo)準(zhǔn)的適當(dāng)濃度的鎳和鈷含量。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的玻璃-金屬密封裝置，其中d)項(xiàng)中的所述熱處 理是在所述金屬表面上產(chǎn)生玻璃專用的氧化層的氧化處理。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的玻璃-金屬密封裝置，其中所述玻璃專用的氧化層具有跨度 在[0.3，3.0] μ m的范圍內(nèi)的厚度并且在所述金屬基體中具有在[1.5，18.0] μ m范圍內(nèi) 的熔深。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的玻璃-金屬密封裝置，其中所述玻璃專用的氧化物是鐵 氧化物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的玻璃-金屬密封裝置，其中所述鐵氧化物選自由FeO、Fe3C4、 或FeO和Fe 3C4的混合物所構(gòu)成的組。
11. 一種生產(chǎn)太陽(yáng)能接收器的玻璃-金屬密封裝置（10)的方法，該裝置（10)包括將被 密封在一起的金屬卡圈（11)和玻璃圓筒（12)，該方法包括如下步驟 ： a) 提供在[50，450]攝氏度的溫度范圍內(nèi)具有[3. 1，3. 5] ·1(Γ6? η范圍內(nèi)的熱膨脹 系數(shù)的硼硅酸鹽玻璃作為所述玻璃圓筒（12)的玻璃； b) 提供在[50，450]攝氏度的溫度范圍內(nèi)具有[3. 5，6. 0] ·1(Γ6? η范圍內(nèi)的熱膨脹 系數(shù)的奧氏體合金作為所述金屬卡圈（11)的金屬； C)斜切所述金屬卡圈（11)的末端部分以便增強(qiáng)其機(jī)械柔性； d) 經(jīng)由熱處理來(lái)處理所述金屬卡圈（11)的末端部分，以便在所述金屬和玻璃表面之 間產(chǎn)生結(jié)合； e) 將所述玻璃圓筒和所述金屬卡圈的末端卡圈部分密封在一起。
12. -種管狀太陽(yáng)能接收器，其中外部玻璃管經(jīng)由根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述 的玻璃-金屬密封裝置被連接到內(nèi)部金屬管。
【文檔編號(hào)】F24J2/07GK104203861SQ201380008795
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月9日
【發(fā)明者】T.奇亞拉帕, C.拉吉 申請(qǐng)人:阿基米德太陽(yáng)能有限公司