專利名稱：一種玻璃-金屬封接端頭結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種玻璃-金屬封接端頭結(jié)構(gòu)，特別適用于槽式光熱高溫集熱管。該結(jié)構(gòu)通過內(nèi)遮蔽罩的作用，使玻璃-金屬封接部位具有更好的封接強(qiáng)度，高氣密性，特別適用高溫集熱管的玻璃-金屬封接端頭的玻璃-金屬封接部位的熱震沖擊保護(hù)。
背景技術(shù)：
太陽能光熱發(fā)電是利用弧形反射鏡將太陽能進(jìn)行光學(xué)聚焦，對(duì)集熱管內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行加熱，然后通過熱交換產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，是一個(gè)光熱功轉(zhuǎn)化過程。槽試光熱發(fā)電的集熱系統(tǒng)是整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件。在過去的30多年時(shí)間里 ，美國(guó)和以色列等國(guó)分別探討了塔式集熱、蝶式集熱、槽式集熱等形式的集熱方法，通過實(shí)踐對(duì)比，槽式集熱技術(shù)成為一種相對(duì)成熟的集熱方式。槽式集熱技術(shù)是將高溫集熱管置于一個(gè)拋物反射鏡的焦點(diǎn)位置上，光能通過拋物反射鏡的全反射聚集在高溫真空集熱管上，使光能轉(zhuǎn)化為熱能，將集熱管內(nèi)的介質(zhì)加熱至IJ 450°C以上(又稱高溫集熱管)，要比普通太陽能真空集熱管(又稱低溫集熱管)的溫度(IOO0C以下)高出350°C以上，因此槽式光熱集熱屬于高溫集熱技術(shù)。高溫集熱管是由玻璃外管和鍍膜不銹鋼內(nèi)管所組成的，在端部使用膨脹節(jié)將玻璃管和金屬連接在一起，將玻璃管與不銹鋼管之間的氣體抽出，使兩者之間形成真空，這樣高溫集熱管具有很好的絕熱作用，可以實(shí)現(xiàn)熱量最大程度地收集，又可以防止熱量的散失。槽式集熱系統(tǒng)是典型的光學(xué)聚焦型集熱方式，其高溫狀態(tài)和使用環(huán)境對(duì)玻璃-金屬封接提出了極為苛刻的要求，其核心要求在于1)抗熱震沖擊能力，以保證封接端頭在熱沖擊作用下(高低溫沖擊、氣候急劇變化的熱沖擊)不能破損和不漏氣；2)機(jī)械強(qiáng)度高，以保證在熱沖擊、裝置變形、重力等作用下不破損和不漏氣。集熱管端頭結(jié)構(gòu)和封接形式是保持高溫集熱管真空氣密性的關(guān)鍵所在，是槽式光熱電站穩(wěn)定運(yùn)行的基本保障條件。目前，高溫集熱管基本結(jié)構(gòu)形式主要分為內(nèi)膨脹節(jié)型和外膨脹節(jié)型兩類，內(nèi)膨脹節(jié)型集熱管以德國(guó)Schott公司產(chǎn)品為代表，其結(jié)構(gòu)描述見中國(guó)專利為CN1495394A，而外膨脹節(jié)型集熱管是原以色列的Solel公司產(chǎn)品為代表。內(nèi)膨脹節(jié)型集熱管結(jié)構(gòu)新穎，但是結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，實(shí)施難度較大；外膨脹節(jié)型集熱管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是封接部位的可靠性相對(duì)較差，主要原因在于當(dāng)集熱管正常運(yùn)行時(shí)，金屬管(I)內(nèi)的介質(zhì)溫度甚至達(dá)到450°C以上，SP便玻璃管和金屬管之間形成真空狀態(tài)，玻璃管(6)表面溫度也將達(dá)到90-120°C，而玻璃-金屬封接部位溫度更高，甚至達(dá)到150-180°C，高于玻璃管(6)表面溫度30-60°C，其熱量來源主要在于金屬管(I)輻射熱量，還有沿金屬端蓋(2 )和膨脹節(jié)(3 )熱傳導(dǎo)來的熱量。封接部位的較高溫度的危害將導(dǎo)致漏氣率提高，甚至達(dá)到1. 3X ICT12Pa ^mVs。因此，降低玻璃-金屬封接部位溫度成為解決外膨脹節(jié)型高溫集熱管可靠性和長(zhǎng)效性的關(guān)鍵
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型通過大量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究發(fā)現(xiàn)為了提高外膨脹節(jié)型高溫集熱管的玻璃-金屬封接部位的的抗熱震沖擊能力，必須降低玻璃-金屬封接部位在運(yùn)行中溫度，本實(shí)用新型通過采用內(nèi)遮蔽罩方式，有效地降低金屬管對(duì)該部位的輻射傳熱。一種玻璃-金屬封接端頭結(jié)構(gòu)，金屬管I外依次有金屬端蓋2、外膨脹節(jié)3、可伐合金圈4、過渡玻璃5、玻璃管6 ;可伐合金圈4 一端連接過渡玻璃5，然后在過渡玻璃5表面上連接玻璃管6 ;遮蔽罩8連接在金屬端蓋2上，處于金屬管I與外膨脹節(jié)3和可伐合金圈4、過渡玻璃5、玻璃管6之間連接部位之間；遮蔽罩8的主體形狀為圓筒結(jié)構(gòu)，靠近可伐合金圈4和過渡玻璃5封接部位為與圓筒同直徑且同軸的圓環(huán)，可伐合金圈4和過渡玻璃5封接部位以下簡(jiǎn)稱為玻璃-金屬封接部，圓環(huán)與圓筒之間進(jìn)行銜接。遮蔽罩8連接在金屬端蓋2上，使其置于金屬管I和外膨脹節(jié)3及封接部位即可伐合金圈4、過渡玻璃5、玻璃管6的連接部位之間。可以有效遮蔽來自金屬管I的高溫?zé)崃枯椛?，減少熱量到達(dá)在玻璃-金屬封接部位上。 進(jìn)一步，其特征在于遮蔽罩的圓環(huán)距離玻璃管5-15mm，遮蔽罩8長(zhǎng)度方向超出玻璃-金屬封接部位20-50mm。所述遮蔽罩8的材質(zhì)為金屬或無機(jī)材料。所述金屬材料為金屬鋁、鍍鋅板或不銹鋼，無機(jī)材料為玻璃、陶瓷或PVC。進(jìn)一步，所述遮蔽罩8，靠近金屬管I 一側(cè)涂鍍反射性膜層?？煞ズ辖鹑?、過渡玻璃5、玻璃管6三者平均線膨脹系數(shù)彼此數(shù)值相差最大(O. 6X 10_6/°C，且玻璃管6膨脹系數(shù)>過渡玻璃5膨脹系數(shù)>可伐合金圈4膨脹系數(shù)。通過本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)施，封接部位溫度降低到95-135 ，相比原來的溫度降低了 40-45 °C，漏氣率小于 O. 6 X 10_12Pa · m3/s。

圖1帶有內(nèi)遮蔽罩的玻璃-金屬封接端頭結(jié)構(gòu)示意圖和基本尺寸關(guān)系序號(hào)1-金屬管2-端蓋3-膨脹節(jié)4-可伐合金圈5-過渡玻璃6-玻璃管7-1、7-2、7_3 -焊接部位8-遮蔽罩
具體實(shí)施方式
遮蔽罩8連接在金屬端蓋8上，使其置于金屬管I和外膨脹節(jié)3及封接部位(即可伐合金圈4、過渡玻璃5、玻璃管6的連接部位)之間?？梢杂行д诒蝸碜越饘俟躀的高溫?zé)崃枯椛洌瑴p少熱量到達(dá)在玻璃-金屬封接部位上。遮蔽罩結(jié)構(gòu)形式類似于禮帽型結(jié)構(gòu)，即遮蔽罩主體為一圓筒，靠近玻璃-金屬封接部位為圓環(huán)與圓筒之間進(jìn)行銜接，好似禮帽造型。遮蔽罩的圓環(huán)一端位于玻璃-金屬封接部位一側(cè)，距離玻璃管內(nèi)側(cè)5-15mm，確保與玻璃管內(nèi)側(cè)不相接觸，避免發(fā)生傳導(dǎo)傳熱方式發(fā)生，在遮蔽罩的長(zhǎng)度方向上超出玻璃-金屬封接部位20-50mm (見圖1)，確保遮蔽罩能夠完全覆蓋或遮蔽玻璃-金屬封接部位，該遮蔽罩的結(jié)構(gòu)可以有效防止來自金屬管高溫沿徑向和軸向進(jìn)行熱量輻射。在遮蔽罩靠近金屬管一側(cè)(遮蔽罩8圓筒內(nèi)側(cè)部分)即可涂鍍高反射性膜層，可實(shí)現(xiàn)熱量強(qiáng)反射能力。材質(zhì)選擇為金屬或無機(jī)材料，金屬材料包括但不限于金屬鋁板、鍍鋅板、不銹鋼板。無機(jī)材料包括但不限于玻璃、陶瓷、PVC等。為了近一步提高封接部位的強(qiáng)度，本實(shí)用新型主張采用匹配封接。封接部位包括可伐合金圈4、過渡玻璃5、玻璃管6所組成。其特征在于以可伐合金圈4為基礎(chǔ)，首先與可伐合金圈4 一端連接過渡玻璃5，然后在過渡玻璃5表面上連接玻璃管6。三者平均線膨脹系數(shù)要求相近，彼此數(shù)值相差最大≤O. 6 ΧΙΟ—6/°C，其特征在于玻璃管6膨脹系數(shù) > 過渡玻璃5膨脹系數(shù)>可伐合金圈膨脹系數(shù)?？煞ズ辖鹑?采用市售的可伐合金片沖壓或可伐合金管輥壓而成，化學(xué)組成為(wt%) Ni 28-30, Co 16-18，C≤O. 05，余量為Fe。在50-300°C范圍，平均線膨脹系數(shù)(4. 7-5. 3) X10_6/°C，可伐合金圈厚度范圍 O. 5-1. 5mm，長(zhǎng)度 20_50mm，直徑 114_130臟。過渡玻璃5在50-3001范圍，平均線膨脹系數(shù)(4.8-5.2) X 10_6/°C，與可伐合金之間的潤(rùn)濕性好，封接強(qiáng)度高，氣密性好，玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)< 510°C，化學(xué)組成(wt%)特點(diǎn)=B2O314.5-24，Al2O3 1-3，Na20+K20+Li20 6-8，堿土金屬氧化物≤ 5. 0，SiO2 66-70，F(xiàn)e2O3≤200PPm。玻璃管6在50-300 °C范圍，平均線膨脹系數(shù)(4. 9-5. 5 ) X 10_6/ °C，厚度范圍1. 5-3. 5mm，與過渡玻璃較好熔封，強(qiáng)度好，轉(zhuǎn)變點(diǎn)< 550°C，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐水、耐酸、耐堿均為I級(jí)，彈性模量≥68MPa，熱震穩(wěn)定性≥200°C，化學(xué)組成(wt%)特點(diǎn)=B2O3 6. 0-10. 5，Al2O3 3-8，Na20+K20+Li20 5-8，ZrO2 O. 01-1. 0，堿土金屬氧化物≤ 3. 0，SiO2 68-75, Fe2O3(150PPm，玻璃中Fe2O3是玻璃制造過程原料或其它環(huán)節(jié)所帶入的，不是人為引入的，在制造過程中必須嚴(yán)格控制Fe2O3含量，可以確保太陽光譜透過率更高。通過本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)施，封接部位溫度降低到95-135 ，相比原來的溫度降低了 40-45 °C，漏氣率小于 O. 6 X 10_12Pa · m3/s。
權(quán)利要求1.一種玻璃-金屬封接端頭結(jié)構(gòu)，金屬管(I)外依次有金屬端蓋(2)、外膨脹節(jié)(3)、可伐合金圈(4)、過渡玻璃(5)、玻璃管(6);可伐合金圈(4) 一端連接過渡玻璃(5)，然后在過渡玻璃(5)表面上連接玻璃管(6);遮蔽罩(8)連接在金屬端蓋(2)上，處于金屬管(I)與外膨脹節(jié)(3)和可伐合金圈(4)、過渡玻璃(5)、玻璃管(6)之間連接部位之間；遮蔽罩(8)的主體形狀為圓筒結(jié)構(gòu)，靠近可伐合金圈(4)和過渡玻璃(5)封接部位為與圓筒同直徑且同軸的圓環(huán)，可伐合金圈(4)和過渡玻璃(5)封接部位以下簡(jiǎn)稱為玻璃-金屬封接部，圓環(huán)與圓筒之間進(jìn)行銜接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于遮蔽罩的圓環(huán)距離玻璃管5-15mm，遮蔽罩(8)長(zhǎng)度方向超出玻璃-金屬封接部位20-50mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述遮蔽罩(8)，靠近金屬管(I)一側(cè)涂鍍反射性膜層。
專利摘要一種玻璃-金屬封接端頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)特別適用于槽式光熱高溫集熱管。該結(jié)構(gòu)重要特征在于金屬端蓋(2)上連接金屬遮蔽罩(8)，遮蔽罩(8)處于金屬管(1)和外膨脹節(jié)(3)之間，較好地隔絕金屬管(1)內(nèi)的介質(zhì)熱量向外傳輸，遮蔽罩(8)主要目的為了遮蔽玻璃-金屬封接部位，降低封接部位的溫度，起到熱震保護(hù)作用。封接部位包括可伐合金圈(4)、包覆在可伐合金圈(4)上的過渡玻璃(5)，與過渡玻璃相連的玻璃管(6)，最終有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)封接部位的保護(hù)，提高封接氣密性，延長(zhǎng)集熱管壽命。
文檔編號(hào)F24J2/46GK202853169SQ20122051292
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者田英良, 邵艷麗, 孫詩兵, 王麗麗 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)