专利名称：槽式太阳能热发电集热管及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于槽式太阳能热发电用的真空集热管，其玻璃金属封接采用压 缩封接结构，卸载装置采用简化的两种卸载模式，因其另部件少、工艺简单、制造成本低，不 仅适用于太阳能热发电，也适合其他如太阳能空调制冷、太阳能海水淡化等小型槽式热利 用装置。属太阳能热利用技术领域。
背景技术：
目前，国内外有关在槽式太阳能热发电装置中使用的真空集热管的差别主要在结 构设计和封接方式上。Solel和公司采用的是外卸载结构，khott公司采用的是内卸载结 构，玻璃金属封接均采用热熔封接，但具体方法有差异。我国授权发明专利200610038197. 3 虽然采用了内卸载结构，但玻璃金属封接采用胶黏剂固封，显然，这种封接技术无法保证真 空度和使用寿命。授权发明专利200610112005. 9采用的是外卸载结构，但该结构是美国 Luz公司的早期技术方案，选择钼组玻璃作为玻璃外管是该专利的技术核心，目的是为了解 决玻璃金属封接。钼组玻璃在我国电子行业也称8号电子玻璃，主要用于传统电子管的制 作，由于自身的抗热冲击性差和毛化问题，一般不在大气环境中使用。所以尽管这两个发 明专利已经授权，但真正实现产业化的可能性很小。发明人改进的具有内、外卸载功能的 200420091975. 1和200620113317. 7专利，以及200720143975. 5专利经生产证明完全适于 工业化生产，该集热管已在太阳能空调制冷和大型槽式热发电装置中应用。但从实例制作 中发现，集热管的封接结构和卸载装置还有进一步优化的余地，为进一步提高稳定性和可 靠性，在工程化和产业化上有新的突破，不断缩小与国外同类产品的差距，应该在上述专利 基础上对槽式太阳能热发电集热管的封接结构和卸载装置及材料进行优化配置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是采用压缩封接技术提高槽式太阳能热发电集热管 封接结构和卸载装置的稳定性和可靠性。本发明所称问题是由以下技术方案解决的槽式太阳能热发电集热管由玻璃外管、玻璃截管、金属内管、金属端盖、铁镍可伐 件、卸载波纹管、玻璃封接料、管接件、消气环、排气管组成，其特征在于卸载波纹管设置在 集热管两端；铁镍可伐件为凸体管状件，一端与玻璃截管通过玻璃封接料热熔封接，另一端 环形端口与金属端盖外沿氩弧焊接；金属端盖与卸载波纹管一端氩弧焊接，卸载波纹管另 一端和管接件氩弧焊接，管接件和金属内管氩弧焊接，金属内管外表面真空溅射耐高温选 择性热吸收涂层；消气环焊接在金属内管上。所述玻璃外管选择线膨胀系数为33X 10_7°C的高硬高透光率和具有高耐热性的 3. 3高硼硅玻璃管；高硼硅玻璃也称派莱克斯玻璃，在我国太阳能热水器行业应用已经非 常广泛，成本也很低，虽然线膨胀系数为33 X IO-V0C，很难和国内的可伐合金材料匹配，但 其物理性能很适合太阳能热发电。
所述玻璃截管是根据使用要求切割玻璃外管而形成的玻璃短管，切割的目的是为 了更好地实施玻璃金属封接。其中一端制作玻璃法兰，封接口成曲面状，与铁镍可伐件封接 面对应，另一端和玻璃外管熔封接。所述金属端盖是指用不锈钢材料制作的金属端盖，金属端盖冲压制作成凹形端 盖，内圆和外圆翻边制作焊接接口，壁厚0. 5-lmm。所述铁镍可伐件冲压制作成内园不同的凸型环件或喇叭口型封接管件，其中一端 与玻璃法兰封接曲面对应，优选铁镍钴玻封合金4E9、4J44，线膨胀系数在20-450°C时为 (46-55) X 10_7,C ；或选择 4J42、4J45 线膨胀系数在 20_450°C 时为(40-75) X 10_7,C 的铁 镍可伐合金；壁厚以0.3-1. 5mm为宜。如图2所示。所述玻璃封接料的线膨胀系数为(40-55) X 10_7°c，介于玻璃截管和铁镍可伐件 之间，软化和流散温度为300-800°C，氧化铅含量大于60%的含铅低熔玻璃粉。所述卸载波纹管每个波节至少具有l_2mm的吸收功能，波节数在2_20波，波节数 过少不能满足金属内管膨胀吸收量，过多则增大热损失。波纹管壁厚为0. 18-0. 3mm，波高 5-16mm,波距3_12mm，波纹管公称通径32_90mm ；抗疲劳寿命应大于3万次；优选SUS304、 321或SUS316、316L不锈钢材料，通过成型、打波、退火热处理可满足要求，两端留出直边焊 接段。所述管接件为中心内孔翻边的板状件，内孔与金属内管相匹配，翻边部与金属内 管焊接，平面段端部与卸载波纹管氩弧焊接，材质为不锈钢，壁厚为0. 3-1. 5mm。内卸载结构 使用的一种管接件为一端缩口，另一端扩口的管状件；缩口端与金属内管氩弧焊接，扩口端 与卸载波纹管焊接，如图3所示。所述金属内管的公称通径在25-80mm之间，壁厚在0. 3_13mm之间，公称压力在 0. 6-25MPa之间，优选SUS304、321或SUS316、316L不锈钢材料或锅炉合金无缝钢管，选择
金属内管要在管壁壁厚、工质流量和承载压力之间妥善平衡；金属内管为金属直管，或波节 管，或螺旋管，或长苞金属管。所述排气管为33父10_71的高硼硅玻璃管，内径8-20讓，熔接在玻璃外管或玻璃 截管上。所述压缩封接是指利用高硼硅玻璃突出的抗张(压)强度特性，在金属与玻璃之 间采用中间软玻璃过渡封接，三种相关封接材料的热膨胀系数有里及外的顺序是铁镍可 伐件 > 氧化铅低熔玻璃>高硼硅玻璃；为进一步提高玻璃外管抗张强度，在玻璃截管一端 制作玻璃法兰，通过铁镍可伐件和玻璃法兰的直边和曲面部熔封接，保证玻璃金属封接的 气密性和可靠性。具体加工步骤是1)首先将铁镍可伐件(4)冲压拉伸成型为管状件，一端缩口成曲面封接端，另一 端翻边，在800-1100°C湿氢环境中预氧化处理后备用。2)将玻璃外管(1)割管成玻璃截管(10)，端部在玻璃车床或旋转工作台上用火焰 烧熔成法兰状玻璃封接口，封接口为曲面与铁镍可伐件曲面封接端对应，将调和后的 玻璃封接料(6)均勻涂覆在玻璃截管(10)与铁镍可伐件曲面封接端，粘合后采用静态 熔封或隧道窑行进熔封的方法，待铁镍可伐合金(4)和玻璃截管(10)充分熔接后，按玻璃 操作规程热处理，经退火、去应力、熔接排气管(9)后备用。
3)熔封接后的玻璃截管(10)进行氦质谱检漏，确保气密性和封接强度。4)带有铁镍可伐件(4)的玻璃截管(10)和玻璃外管( 在玻璃车床上熔封接。5)金属端盖(3)冲压制作成凹形的中心开孔端盖，一端和卸载波纹管(5)直边端 氩弧焊接，卸载波纹管( 另一端与管接件(7)焊接，之后作为整体卸载组件检漏，然后在 500°C真空环境高温除气。6)金属内管( 抛光、检漏、500°C真空环境高温除气，放入镀膜室溅射耐高温选 择性热吸收涂层，将消气环(8)焊接在金属内管( 上，备用。7)装配整管，在玻璃外管(1)两端焊接卸载组件，金属端盖C3)外圆和铁镍可伐件 ⑷外圆氩弧焊接，将镀膜后的金属内管⑵从管接件(7)中间顺序插入玻璃外管⑴内。8) 一端的管接件(7)和金属内管(2)氩弧焊接，另一端的管接件(7)和金属内管 (2)氩弧焊接前拉伸，使两端的卸载波纹管( 成闭合状态，然后与金属内管( 焊接。内 卸载结构相反，待两端的波纹管波节全部张开后实施焊接。9)装配完毕之后在真空排气台上经400°C高温真空排气保证内真空达3X 10_3。10)在高频焊机上激活消气剂，通称“烤消”，经检漏确认真空度符合技术指标。整 管加工结束后如图1所示，得到完整的槽式太阳能热发电集热管。本发明使用的零部件少，工艺简单，并且采用全新的压缩熔封接技术和两种卸载 结构，使工艺性和可靠性进一步提高。该集热管可广泛应用于集团供热、太阳能空调制冷、 太阳能海水淡化、一般工业供热等利用线聚焦装置的太阳能工业用热设备中。
图1是本发明外卸载封接结构示意2是本发明铁镍可伐件结构示意3是本发明内卸载封接结构示意图其中1玻璃外管、2金属内管、3金属端盖、4铁镍可伐件、5卸载波纹管、6玻璃封 接料、7管接件、8消气环、9排气管、10玻璃截管
具体实施例方式1)首先将铁镍可伐件(4)冲压拉伸成型为管状件，一端缩口成曲面封接端，另一 端翻边，在800-1100°C湿氢环境中预氧化处理后备用。2)将玻璃外管(1)割管成玻璃截管(10)，端部在玻璃车床或旋转工作台上用火焰 烧熔成法兰状玻璃封接口，封接口为曲面与铁镍可伐件曲面封接端对应，将调和后的 玻璃封接料(6)均勻涂覆在玻璃截管(10)与铁镍可伐件曲面封接端，粘合后采用静态 熔封或隧道窑行进熔封的方法，待铁镍可伐合金(4)和玻璃截管(10)充分熔接后，按玻璃 操作规程热处理，经退火、去应力、熔接排气管(9)后备用。3)熔封接后的玻璃截管(10)进行氦质谱检漏，确保气密性和封接强度。4)带有铁镍可伐件(4)的玻璃截管(10)和玻璃外管( 在玻璃车床上熔封接。5)金属端盖(3)冲压制作成凹形的中心开孔端盖，一端和卸载波纹管(5)直边端 氩弧焊接，卸载波纹管( 另一端与管接件(7)焊接，之后作为整体卸载组件检漏，然后在 500°C真空环境高温除气。
6)金属内管( 抛光、检漏、500°C真空环境高温除气，放入镀膜室溅射耐高温选 择性热吸收涂层，将消气环(8)焊接在金属内管( 上，备用。7)装配整管，在玻璃外管(1)两端焊接卸载组件，金属端盖C3)外圆和铁镍可伐件 ⑷外圆氩弧焊接，将镀膜后的金属内管⑵从管接件(7)中间顺序插入玻璃外管⑴内。8) 一端的管接件(7)和金属内管(2)氩弧焊接，另一端的管接件(7)和金属内管 (2)氩弧焊接前拉伸，使两端的卸载波纹管( 成闭合状态，然后与金属内管( 焊接。内 卸载结构相反，待两端的波纹管波节全部张开后实施焊接。9)装配完毕之后在真空排气台上经400°C高温真空排气保证内真空达3X 10_3。10)在高频焊机上激活消气剂，通称“烤消”，经检漏确认真空度符合技术指标。如 图1所示。
权利要求
1.槽式太阳能热发电集热管由玻璃外管、玻璃截管、金属内管、金属端盖、铁镍可伐件、 卸载波纹管、玻璃封接料、管接件、消气环、排气管组成，其特征在于卸载波纹管设置在集 热管两端；铁镍可伐件为凸体管状件，一端与玻璃截管通过玻璃封接料热熔封接，另一端环 形端口与金属端盖外沿氩弧焊接；金属端盖与卸载波纹管一端氩弧焊接，卸载波纹管另一 端和管接件氩弧焊接，管接件和金属内管氩弧焊接，金属内管外表面真空溅射耐高温选择 性热吸收涂层；消气环焊接在金属内管上。
2.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于所述玻璃外管选择 线膨胀系数为33 X 10_7°C的高硬高透光率和具有高耐热性的3. 3高硼硅玻璃管；玻璃截管 是根据使用要求切割玻璃外管而形成的玻璃短管。
3.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于所述金属端盖是用 不锈钢材料经冲压制作成凹形端盖，内圆和外圆翻边为焊接接口，壁厚0. 5-lmm。
4.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于所述铁镍可伐件冲 压制作成内园不同的凸型环件或喇叭口型管件，优选铁镍钴玻封合金4E9、4J44，线膨胀 系数在20-450°C时为(46-55) X 10—7°C ；或选择4J42、4J45线膨胀系数在20-450°C时为 (40-75) X 10—7°C的铁镍可伐件，壁厚以0. 3-1. 5謹为宜。
5.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于所述玻璃封接料的 线膨胀系数为(40-55) X10_7°C，软化和流散温度为300-800°C，氧化铅含量大于60%的含 铅低熔玻璃粉。
6.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于所述卸载波纹管 每个波节至少具有l_2mm的吸收功能，波节数在2-20波，波纹管壁厚为0. 18-0. 3mm，波高 5-16mm,波距3_12mm，波纹管公称通径32_90mm ；抗疲劳寿命应大于3万次；选择SUS304、 321或SUS316、316L不锈钢材料，两端留直边焊接段。
7.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于所述管接件为中心 内孔翻边的板状件，内孔与金属内管相匹配，翻边部与金属内管焊接，平面段端部与卸载波 纹管氩弧焊接，材质为不锈钢；内卸载结构使用的一种管接件为一端缩口，另一端扩口的管 状件；缩口端与金属内管氩弧焊接，扩口端与卸载波纹管焊接；壁厚均在0. 3-1. 5mm。
8.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于所述金属内管的公 称通径在25-80mm，壁厚在0. 3_13mm，公称压力在0. 6_25MPa，优选SUS304、321或SUS316、 316L不锈钢材料，或锅炉合金无缝钢管；金属内管结构为金属直管，或波节管，或螺旋管， 或长苞金属管。
9.根据权利要求1所述的槽式太阳能热发电集热管，其特征在于所述排气管为 33X 10-7/oC的高硼硅玻璃管，内径8-20mm，熔接在玻璃外管或玻璃截管上。
10.根据权利要求1所述槽式太阳能热发电集热管具体加工步骤是1)首先将铁镍可伐件(4)冲压拉伸成型为管状件，一端缩口成曲面封接端，另一端翻 边，在800-1100°C湿氢环境中预氧化处理后备用；2)将玻璃外管(1)割管成玻璃截管(10)，端部在玻璃车床或旋转工作台上用火焰烧熔 成法兰状玻璃封接口，封接口为曲面与铁镍可伐件曲面封接端对应，将调和后的玻璃 封接料(6)均勻涂覆在玻璃截管(10)与铁镍可伐件曲面封接端，粘合后采用静态熔封 或隧道窑行进熔封的方法，待铁镍可伐合金(4)和玻璃截管(10)充分熔接后，按玻璃操作规程热处理，经退火、去应力、熔接排气管(9)后备用；3)对熔封接后的玻璃截管(10)进行氦质谱检漏，确保气密性和封接强度；4)带有铁镍可伐件的玻璃截管(10)和玻璃外管( 在玻璃车床上熔封接；5)金属端盖(3)冲压制作成凹形的中心开孔端盖，一端和卸载波纹管(5)直边端氩弧 焊接，卸载波纹管( 另一端与管接件(7)焊接，之后作为整体卸载组件检漏，然后在500°C 真空环境高温除气；6)金属内管( 抛光、检漏、500°C真空环境高温除气，放入镀膜室溅射耐高温选择性 热吸收涂层，将消气环(8)焊接在金属内管( 上，备用；7)装配整管，在玻璃外管(1)两端焊接卸载组件，金属端盖C3)外圆和铁镍可伐件(4) 外圆氩弧焊接，将镀膜后的金属内管( 从管接件(7)中间顺序插入玻璃外管(1)内；8)一端的管接件(7)和金属内管( 氩弧焊接结束后焊接另一端的管接件(7)和金属 内管O)，为使两端的卸载波纹管( 成预应力状态，氩弧焊接前对金属内管拉伸，待两端 的波纹管波节全部闭合后焊接管接件与金属内管O)；内卸载结构相反，待两端的波纹管 波节全部张开后实施焊接；9)装配完毕之后在真空排气台上经排气管口在内管400°C高温气氛条件下真空排气， 保证内真空达(3-5) X ΙΟ"3 ；10)在高频焊机上激活消气剂，通称“烤消”，经检漏确认真空度符合技术指标，即可得 到完整的槽式太阳能热发电集热管。
全文摘要
本发明涉及一种用于槽式太阳能热发电使用的真空集热管，其封接结构采用压缩封接技术，卸载装置采用简化的两种卸载模式，因其另部件少、工艺简单、制造成本低，不仅适用于太阳能热发电，也适合其他如太阳能空调制冷、太阳能海水淡化等小型槽式热利用装置。属太阳能热利用技术领域。
文档编号C03C27/00GK102102916SQ20091025937
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者张建城 申请人:张建城