專利名稱：太陽能高溫真空吸熱管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能高溫吸熱管，尤其是一種可用于槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫真空吸熱管，屬于太陽能光熱利用技術領域。
背景技術：
二十世紀以來，礦物燃料不斷消耗，儲量日漸枯竭，環(huán)境污染日趨嚴重，人類對大自然的總體需求與污染物排放量，早在1980年前后就已超過了地球的可承受能力。人們對開發(fā)利用新能源的渴望日益迫切，而太陽能熱發(fā)電、光伏發(fā)電等新技術的不斷發(fā)展為解決現(xiàn)有的各種技術難題提供了有力保證。大部分發(fā)展中國家，尤其是人口密集的發(fā)展中國家，太陽能資源豐富，都具有很好的發(fā)展太陽能熱發(fā)電技術的資源基礎，是太陽能技術很好的市場，存在巨大的市場發(fā)展?jié)摿?。其中槽式太陽能集熱技術，特別是槽式太陽能熱發(fā)電技術具有良好的商業(yè)化前景，已成為世界各國爭相研究的熱點之一。所謂槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，是采用多個跟蹤太陽的槽型拋物面聚光器聚集太陽光，加熱吸熱管內的工質，產生過熱蒸汽，驅動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。從1985——1991年的6年間，以色列和美國聯(lián)合組建的LUZ太陽能熱發(fā)電國際有限公司，在美國加州沙漠相繼建成了9座槽式太陽能熱發(fā)電站，總裝機容量353.8MW，并投入并網營運，發(fā)電成本降到8美分/kWh。目前還有一些槽式太陽能熱發(fā)電站正在建設。
高溫真空吸熱管是槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，玻璃管內保持真空以減少熱損失，吸熱金屬管和玻璃套管的熱膨脹系數(shù)差異明顯，因此采用波紋補償器連接，波紋補償器和玻璃套管間采用可伐合金(一種既可與金屬焊接、也可與玻璃匹配熔接的特殊合金)封接。這種高溫真空吸熱管制造技術目前僅由德、以色列等國家的少數(shù)廠家掌握。
檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?31588328的中國發(fā)明專利申請公開了一種太陽能用吸熱管，該專利申請通過結構改進，提出了一種更為耐用的吸熱管。然而，其中仍然離不開可伐合金封接——即玻璃—金屬—過渡件。
申請人在以前的研究中，也設計過采用可伐合金封接的技術方案，但經過實踐和進一步研究發(fā)現(xiàn)，含有可伐合金封接結構的技術方案存在以下不足之處一是由于采用可伐合金封接加工工藝復雜，成本居高不下；二是玻璃管和可伐合金封接處因為存在應力等原因，容易破裂或導致真空失效。申請人在申請?zhí)枮?00610037883.9的發(fā)明專利中提出了一種采用密封粘接方法實現(xiàn)吸熱金屬管和玻璃套管真空封接的技術方案，經過進一步研究，申請人認為還有必要進一步加強密封并改進結構。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對以上現(xiàn)有技術存在的缺點，通過對封接結構及方法的改進，提出一種將密封粘接與壓緊密封有機結合的太陽能高溫真空吸熱管，從而在避免采用可伐合金封接技術的情況下，達到足夠的封接強度，實現(xiàn)真空密封的要求，同時明顯降低封接難度和成本。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是一種太陽能高溫真空吸熱管，包括玻璃套管、同軸安裝在玻璃套管內部的吸熱金屬管，以及位于二者之間的波紋補償器，所述吸熱金屬管涂敷高溫選擇性吸收涂層，所述玻璃套管與吸熱金屬管之間是真空層，所述吸熱金屬管的端部附近通過與之密封焊接的內法蘭盤與波紋補償器的一端密封焊接，所述波紋補償器的另一端與過渡金屬管端部密封焊接，其改進之處在于所述過渡金屬管插裝在玻璃套管內，所述過渡金屬管與所述玻璃套管內壁接合處貼合密封粘接，構成第一道密封，所述過渡金屬管端密封焊接有包繞到玻璃套管外壁的翻邊結構，所述翻邊結構與玻璃套管外壁接合處裝有真空密封件以及壓緊件，所述壓緊件通過與翻邊結構的連接將真空密封件壓緊在玻璃套管外壁，形成第二道密封。
這樣，分別在玻璃套管內外，以密封粘接和壓緊密封筑起至少兩道真空密封“防線”——第一道是過渡金屬管與玻璃套管相套貼合的密封粘接，第二道是壓緊件將真空密封件壓緊的密封結構，在第一道密封的基礎上進一步增強真空密封，必要時，還可以再增加壓緊密封裝置。
事實上，上述每一道真空密封“防線”都可以實現(xiàn)真空密封，采用多層密封具有以下優(yōu)點(1)可以確保足夠的封接強度，滿足真空密封的要求；(2)可以防止特殊情況下某一層出現(xiàn)問題而導致整管報廢的情況；(3)能夠合理分擔真空密封的承壓，使每道“防線”的真空密封彼此互補，更好地發(fā)揮真空密封作用。
值得一提的是，以上本發(fā)明的技術方案使得波紋補償器置于玻璃套管內，當吸熱金屬管受熱膨脹時，波紋補償器壓縮，減小擋光面積，使吸熱金屬管接受聚焦太陽光照射的面積更大，進一步提高集熱效率。而現(xiàn)有技術則是將波紋補償器置于玻璃套管外或者與玻璃套管并行放置，當吸熱金屬管受熱膨脹時，波紋補償器亦隨之拉伸膨脹，增大了擋光面積，減小了吸熱金屬管接受聚焦太陽光照射的面積。
總之，本發(fā)明將密封粘接與壓緊密封有機結合，避開了成本高、工藝復雜的可伐封接，多層真空密封結構協(xié)同作用，大大提高了真空密封的可靠性，具有工藝簡單、成本較低、實用性強的優(yōu)點，可推動槽式太陽能集熱技術的發(fā)展。


下面結合附圖和典型實施例對本發(fā)明做進一步說明。
圖1為本發(fā)明實施例一的結構示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例二的結構示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例三的結構示意圖。
圖4為本發(fā)明實施例四的結構示意圖。
具體實施例方式
實施例一本實施例的結構如圖1所示，該太陽能高溫真空吸熱管包括玻璃套管1、同軸安裝在玻璃套管內部的吸熱金屬管2，以及位于二者之間的波紋補償器3。吸熱金屬管涂敷高溫選擇性吸收涂層4，玻璃套管1與吸熱金屬管2之間是真空層，吸熱金屬管2的端部附近通過與之密封焊接的內法蘭盤5與波紋補償器3的一端密封焊接(顯然吸熱金屬管的端部附近與波紋補償器的一端直接密封焊接也是可行的)，波紋補償器3的另一端與插在玻璃套管1內的過渡金屬管6端密封焊接，過渡金屬管6與玻璃套管1相套貼合并通過密封粘接劑7密封粘接，形成玻璃套管內壁的第一道密封結構。此外，過渡金屬管6端頭密封焊接有法蘭蓋12，法蘭蓋12焊接固定形成向玻璃套管1回翻的殼體9，該殼體9與玻璃套管1外壁接合處裝有真空密封件——三層間隔分布的皮碗8(實際設計時，至少一層)，每層皮碗8的外緣抵靠在殼體9內壁，內緣向抗壓方向傾斜，抵靠在玻璃套管1外壁，端面分別被與殼體成緊配合的壓緊件——托架10和壓蓋11壓緊固定，形成第二道密封。如圖2所示，第二道密封是這樣實現(xiàn)的皮碗8的右側是大氣層，左側是真空層，二者之間存在壓力差，使得空氣將皮碗8的內緣壓緊在玻璃套管1的外壁上，實現(xiàn)真空密封。這種密封形式類似于油封密封與迷宮密封的結合，十分適合于氣體密封。
本實施例中的高溫選擇性吸收涂層4可由透明樹脂添加金屬氧化物組成。
為了使密封處不受聚焦太陽光的照射，本實施例還含有焊接在法蘭蓋12外、使密封處不受聚焦的太陽光照射的隔熱保護罩13(也可以將隔熱保護罩直接焊接在吸熱金屬管上)。這樣使得粘接處始終處于相對低溫狀態(tài)，從而最大限度地保護密封處。
實際上，過渡金屬管6與玻璃套管1相套貼合并密封粘接的目的是避免密封劑和粘接劑不滲漏到真空層中，為此過渡金屬管6的內端還制有凹槽，凹槽內放置彈性體14(例如海綿)。這樣可以吸收、阻擋密封劑和粘接劑，同時還可以起到增強密封的作用。
本實施例中玻璃套管1端部內壁與端面形成的密封和粘接縫隙的截面呈“L”形，可以更好地起到密封粘接的作用。具體設計時，還可以將接合部制成鋸齒形、波浪形等結構，以增強密封粘接強度。
檢索發(fā)現(xiàn)，以往的現(xiàn)有技術基本上將波紋補償器置于玻璃套管外或者與玻璃套管并行放置。這樣，當吸熱金屬管受熱膨脹時，波紋補償器亦隨之拉伸膨脹，增大了擋光面積，減小了吸熱金屬管接受聚焦太陽光照射的面積。而本發(fā)明將波紋補償器置于玻璃套管內，因此當吸熱金屬管受熱膨脹時，波紋補償器壓縮，減小擋光面積，使吸熱金屬管接受聚焦太陽光照射的面積更大，進一步提高集熱效率。
此外，傳統(tǒng)加工工藝采用可伐合金將玻璃套管和吸熱金屬管密封連接在一起，首先玻璃套管需要采用特殊配方的玻璃制造，其次復雜的加工工藝導致成本居高不下，而本實施例通過巧妙的結構設計，在密封粘接的基礎上采用壓緊密封的技術措施，進一步增強了真空密封，既避開了加工較為困難的可伐合金封接工藝，又不需要特殊配方的玻璃，并且玻璃套管不易破裂，制造成本明顯降低。
實施例二如圖2所示，本實施例與實施例一的基本結構雷同，主要區(qū)別是與法蘭蓋12焊接固定的回翻殼套20的內緣與軸向呈“T”形截面的金屬管17外圓焊接，金屬管17套在玻璃套管1外，真空密封件為兩楔形真空密封圈15，分別卡裝在金屬管17兩側的凹陷處，壓緊件是制有錐形、矩形或圓弧形內凹的兩螺母16，此兩螺母16相對旋合在金屬管17的外螺紋上，其內凹分別壓緊兩楔形真空密封圈15外露部分，從而構成可靠的第二道密封(實際設計時，金屬管周向截面呈“L”形，只裝一楔形真空密封圈15，用一側的螺母壓緊顯然也是可行的)。此外，為了防止螺母16長期使用過程中出現(xiàn)松動等現(xiàn)象，還可為螺母16對應安裝止動卡圈19，該卡圈19套在金屬管17外，壓緊螺母17的卡槽處。
實施例三如圖3所示，實施例三實質為實施例一和實施例二的結合，真空密封件由皮碗8和楔形真空密封圈15共同構成，皮碗8以及真空密封圈15的壓緊件等其它結構可以參見實施例一和二的說明?！癟”形截面的金屬管17和皮碗8依托的殼體9通過殼套20過渡焊連。
為了保證玻璃套管與過渡金屬管的長期密封強度，在內法蘭盤5上焊接使密封處不受吸熱金屬管2高溫內熱輻射的防熱輻射罩18，從而阻隔吸熱金屬管的輻射熱對密封處產生破壞。這樣使得密封處始終處于相對低溫狀態(tài)，最大限度地保護粘接處。
實施例四如圖4所示，本實施例與實施例二基本類似，區(qū)別在于楔形真空密封圈15替換為O形真空密封圈，當然也可以替換為矩形真空密封圈等。
事實上，本發(fā)明列舉的幾種實施例經過重新組合，還可以形成許多新的實施技術方案，例如不采用密封粘接，直接采用某種壓緊密封方式，或者將兩種壓緊密封方式組合在一起等，都具有一定的實用價值，在此不一一贅述?？傊?，除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權利要求
1.一種太陽能高溫真空吸熱管，包括玻璃套管、同軸安裝在玻璃套管內部的吸熱金屬管，以及位于二者之間的波紋補償器，所述吸熱金屬管涂敷高溫選擇性吸收涂層，所述玻璃套管與吸熱金屬管之間是真空層，所述吸熱金屬管的端部附近通過與之密封焊接的內法蘭盤與波紋補償器的一端密封焊接，所述波紋補償器的另一端與過渡金屬管端部密封焊接，其特征在于所述過渡金屬管插裝在玻璃套管內，所述過渡金屬管與所述玻璃套管內壁接合處貼合密封粘接，構成第一道密封；所述過渡金屬管端密封焊接有包繞到玻璃套管外壁的翻邊結構，所述翻邊結構與玻璃套管外壁接合處裝有真空密封件以及壓緊件，所述壓緊件通過與翻邊結構的連接將真空密封件壓緊在玻璃套管外壁，形成第二道密封。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能高溫真空吸熱管，其特征在于所述翻邊結構為通過法蘭蓋與過渡金屬管端頭密封焊接固定的殼體，所述殼體裝有作為真空密封件的皮碗；所述皮碗的外緣抵靠在所述殼體內壁，內緣抵靠在玻璃套管外壁，端面被與殼體緊配合的壓緊件壓緊固定，形成第二道密封。
3.根據(jù)權利要求1所述的太陽能高溫真空吸熱管，其特征在于所述翻邊結構為通過法蘭蓋與過渡金屬管端頭密封焊接固定的回翻殼套，以及外圓與所述殼套的內緣焊接的金屬管，所述金屬管套在玻璃套管外，所述真空密封件為卡裝在金屬管凹陷處的真空密封圈，所述壓緊件為旋合在金屬管外螺紋上的端面制有凹陷的螺母，所述螺母的內凹壓緊真空密封圈外露部分，構成第二道密封。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的太陽能高溫真空吸熱管，其特征在于所述過渡金屬管的內端制有凹槽，所述凹槽內放置彈性體。
5.根據(jù)權利要求4所述的太陽能高溫真空吸熱管，其特征在于所述法蘭蓋外焊接有隔熱保護罩。
6.根據(jù)權利要求5所述的太陽能高溫真空吸熱管，其特征在于所述內法蘭盤上焊接有防熱輻射罩。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能高溫真空吸熱管，屬于太陽能光熱利用技術領域。該集熱管包括玻璃套管、同軸安裝在玻璃套管內部的吸熱金屬管，以及位于二者之間的波紋補償器，吸熱金屬管的端部附近通過內法蘭盤與波紋補償器的一端密封焊接，波紋補償器的另一端與過渡金屬管端部密封焊接，過渡金屬管內壁與所述玻璃套管接合處貼合密封粘接，構成第一道密封，過渡金屬管端密封焊接有包繞到玻璃套管外壁的翻邊結構，翻邊結構與玻璃套管外壁接合處裝有真空密封件以及壓緊件，壓緊件通過與翻邊結構的連接將真空密封件壓緊在玻璃套管外壁，形成第二道密封。本發(fā)明工藝簡單，成本較低，實用性強，可推動槽式太陽能集熱技術的發(fā)展。
文檔編號F24J2/46GK1808015SQ20061003819
公開日2006年7月26日 申請日期2006年2月9日 優(yōu)先權日2006年2月9日
發(fā)明者張耀明, 孫利國, 張振遠, 張文進, 劉曉暉, 王軍 申請人:張耀明, 張振遠, 孫利國