專利名稱：一種槽式太陽能熱發(fā)電集熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于槽式太陽能熱發(fā)電用的真空集熱管，其玻璃金屬封接采用間接包封結(jié)構(gòu)，卸載裝置沿用成熟和簡化的卸載模式，為提高金屬直管的換熱效率，在金屬管端口增加擾流片，因其另部件少、工藝簡單、制造成本低，不僅適用于太陽能熱發(fā)電，也適合其他如太陽能空調(diào)制冷、太陽能海水淡化等小型槽式熱利用裝置。屬太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外有關(guān)在槽式太陽能熱發(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)計和封接方式上。Solel和Archimede公司采用的是外卸載結(jié)構(gòu)，Schott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，但具體方法和使用的玻璃材料有差異。我國近年來開始加快對槽式太陽能熱發(fā)電集熱管的研發(fā)步伐，但是很多院校所和企業(yè)由于受制于玻璃材料，因此還不能從根本上超越國外的集熱管。發(fā)明人的200420091975. 1和 200620113317. 7實用新型專利，以及200610138447. 0和200710090246. 2等發(fā)明專利經(jīng)生產(chǎn)證明完全適于工業(yè)化生產(chǎn)，該集熱管具有國外集熱管所不具備的強化換熱功能，已在太陽能空調(diào)制冷和大型槽式熱發(fā)電裝置中應(yīng)用。但從實例制作中發(fā)現(xiàn)，集熱管的封接結(jié)構(gòu)和強化換熱方式還有進(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，不斷縮小與國外同類產(chǎn)品的差距，應(yīng)該在上述專利基礎(chǔ)上對槽式太陽能熱發(fā)電集熱管的封接結(jié)構(gòu)和擾流裝置進(jìn)行優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是采用間接包封壓縮封接技術(shù)提高槽式太陽能熱發(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)明所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的槽式太陽能熱發(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、擾流片組成，其特征在于卸載波紋管設(shè)置在集熱管兩端；鐵鎳可伐件為凹形槽管狀件，玻璃截管插入凹形槽內(nèi)通過玻璃封接料熱熔封接，另一端環(huán)形端口向內(nèi)或向外翻邊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，在我國太陽能熱水器行業(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，很難和國內(nèi)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?；蜻x擇線膨脹系數(shù)為(40-6OX10_7°C的中性5.0硼硅玻璃。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施玻璃金屬封接。所述鐵鎳可伐件一端沖壓成凹形槽管狀件，凹槽深5-10mm，另一端向內(nèi)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(shù)在20-450°C時為 (46-55) X 10_7°C ；或選擇 4J42、4J45，線膨脹系數(shù)在 20_450°C 時為(40-7 X 10_7°C 的鐵鎳可伐合金；壁厚以0.3-2mm為宜。如圖2所示。所述玻璃封接料的線膨脹系數(shù)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%;如外玻璃管為中性玻璃則可選擇無鉛低熔玻璃粉。所述卸載波紋管波節(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_100mm ；抗疲勞壽命應(yīng)大于3萬次；優(yōu)選SUS304、321或SUS316、 316L不銹鋼材料。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SUS304、321或SUS316、316L不銹鋼，壁厚為0. 3-2mm ；采用內(nèi)卸載結(jié)構(gòu)時管接件為一端縮口，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(nèi)管為金屬直管， 或波節(jié)管，或內(nèi)螺旋管，或苞體波節(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(nèi)管端口內(nèi)壁上，另一端適當(dāng)彎曲以擾動工質(zhì)流體，每個集熱管焊接一至三個擾流片；或擾流片設(shè)計成寬度與金屬內(nèi)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，起雙向擾動流體作用，梯形斜邊與基體連接，擾流片兩端焊接在金屬內(nèi)管內(nèi)壁上。如圖4所示。所述排氣管為33X10_7°C的高硼硅玻璃管或中性硼硅玻璃管，內(nèi)徑8_20mm，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)強度特性，在金屬與玻璃之間采用中間軟玻璃過渡封接，鐵鎳可伐件凹槽內(nèi)放入漿狀低熔玻璃粉，并將玻璃截管一端插入鐵鎳可伐件凹槽內(nèi)熔封接，保證玻璃金屬封接的氣密性和可靠性。本發(fā)明使用的零部件少，工藝簡單，并且采用全新的熔封結(jié)構(gòu)和擾流片結(jié)構(gòu)，使工藝性和熱吸收效率進(jìn)一步提高。


圖1是本發(fā)明外卸載封接結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明外卸載組件示意3是本發(fā)明內(nèi)卸載封接結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明梯形擾流片結(jié)構(gòu)示意圖其中1玻璃外管、2金屬內(nèi)管、3鐵鎳可伐件、4卸載波紋管、5管接件、6消氣環(huán)、7 排氣管、8玻璃截管、9擾流片
具體實施例方式1)首先將鐵鎳可伐件C3)沖壓拉伸成凹槽形管狀件，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(8)，封接端與鐵鎳可伐件( 凹槽端對應(yīng)，將調(diào)和后的漿狀玻璃封接料均勻涂覆在玻璃截管(8)與鐵鎳可伐件C3)凹槽封接端，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( 和玻璃截管(8)充分熔接后， 熔接排氣管(7)，并按玻璃操作規(guī)程熱處理，經(jīng)退火、去應(yīng)力備用。3)熔封接的玻璃截管(8)進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏，確保氣密性和封接強度。4)帶有鐵鎳可伐件(3)的玻璃截管(8)和玻璃外管( 在玻璃車床上熔封接，退火備用。5)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)(6)和擾流片(9)焊接在金屬內(nèi)管( 的外表面和內(nèi)表面上，備用。6)裝配整管，將鍍膜后的金屬內(nèi)管( 從管接件(5)中間順序插入玻璃外管(1) 內(nèi)。7) 一端的管接件(5)和金屬內(nèi)管(2)氬弧焊接，另一端的管接件(5)和金屬內(nèi)管 (2)氬弧焊接前拉伸，使兩端的卸載波紋管(4)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)全部張開后實施焊接。8)裝配完畢之后在真空排氣臺上經(jīng)400°C高溫真空排氣保證內(nèi)真空達(dá)3X 10_3。9)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，得到新型槽式太陽能熱發(fā)電集熱管。
權(quán)利要求
1.一種槽式太陽能熱發(fā)電集熱管由玻璃外管、玻璃截管、金屬內(nèi)管、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、擾流片組成，其特征在于卸載波紋管設(shè)置在集熱管兩端；鐵鎳可伐件為凹形槽管狀件，玻璃截管插入凹形槽內(nèi)通過玻璃封接料熱熔封接，另一端環(huán)形端口向內(nèi)或向外翻邊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；或線膨脹系數(shù)為(40-65) X 10_7°C的中性5. 0硼硅玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能熱發(fā)電集熱管，其特征在于所述鐵鎳可伐件一端沖壓成凹形槽管狀件，凹槽深5-10mm，另一端向內(nèi)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(shù)在20-450°C時為(46-5 X 10_7°C ；或選擇4J42、 4J45，線膨脹系數(shù)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為且。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能熱發(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(40-65) X10_7°C，介于玻璃截管和鐵鎳可伐件之間，軟化和流散溫度為 300-8000C ；選擇的低熔玻璃粉氧化鉛含量介于30-60% ；或選擇無鉛低熔玻璃粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能熱發(fā)電集熱管，其特征在于所述卸載波紋管波節(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 32-100mm ；抗疲勞壽命應(yīng)大于3萬次；優(yōu)選SUS304、321或SUS316、316L不銹鋼材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能熱發(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SUS304、321或SUS316、316L不銹鋼，壁厚為0. 3_2mm ；采用內(nèi)卸載結(jié)構(gòu)時管接件為一端縮口，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能熱發(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、 超級SUPER304H、TP3IOHCbN合金無縫鋼管；金屬內(nèi)管為金屬直管，或波節(jié)管，或內(nèi)螺旋管， 或苞體波節(jié)管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能熱發(fā)電集熱管，其特征在于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(nèi)管端口內(nèi)壁上，另一端適當(dāng)彎曲以擾動工質(zhì)流體，每個集熱管焊接一至三個擾流片；或擾流片設(shè)計成寬度與金屬內(nèi)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，起雙向擾動流體作用，梯形斜邊與基體連接，擾流片兩端焊接在金屬內(nèi)管內(nèi)壁上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于槽式太陽能熱發(fā)電用的真空集熱管，其玻璃金屬封接采用間接包封結(jié)構(gòu)，卸載裝置沿用成熟和簡化的卸載模式，為提高金屬直管的換熱效率，在金屬管端口增加擾流片，因其另部件少、工藝簡單、制造成本低，不僅適用于太陽能熱發(fā)電，也適合其他如太陽能空調(diào)制冷、太陽能海水淡化等小型槽式熱利用裝置。屬太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號F24J2/50GK102305483SQ201110274508
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者張建城 申請人:張建城