專利名稱:一種直通式太陽能真空集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種集熱器,具體說是一種直通式太陽能真空集熱器。
背景技術(shù):
直通式太陽能真空集熱器是一種太陽能熱利用產(chǎn)品,其基本結(jié)構(gòu)是內(nèi)部為直通式 的金屬管,外部采用玻璃管,金屬內(nèi)管和玻璃外管之間進(jìn)行密封連接,兩者之間抽真空。使 用時(shí),陽光照射金屬內(nèi)管,加熱其中的流體介質(zhì),如水、水蒸汽、導(dǎo)熱油、熔融鹽等。目前該類 產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于太陽能熱水器等中低溫環(huán)境中,最高使用溫度一般小于200°C,而在太陽 能空調(diào)制冷、太陽能海水淡化、槽式太陽能熱發(fā)電等太陽能中高溫應(yīng)用中,其最高使用溫度 一般大于200°C,最高可超過500°C,則存在較多的問題。該產(chǎn)品在中高溫應(yīng)用中,主要存在的技術(shù)難題是現(xiàn)有金屬內(nèi)管和玻璃外管的封接 部位難以承受較高的溫度。由于玻璃和金屬的膨脹系數(shù)存在差異,兩者直接封接后,在使用 過程中溫度發(fā)生變化時(shí)會(huì)在玻璃中產(chǎn)生較大的應(yīng)力,可導(dǎo)致產(chǎn)品真空破壞,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使玻 璃破裂。目前在直通式太陽能真空集熱器產(chǎn)品中,其封接工藝主要有匹配封接、釬封和過渡 封接等形式,這些封接工藝在實(shí)際應(yīng)用中均存在一些不足。匹配封接需要選擇一種與玻璃膨脹系數(shù)相近的金屬與玻璃外管進(jìn)行封接,然后該 金屬再與金屬內(nèi)管焊接。由于難以找到在較廣溫度范圍內(nèi)與玻璃外管材料膨脹系數(shù)相同或 相近的金屬,所以該方法受到了很大的限制。過渡封接一般采用多種膨脹系數(shù)相近的玻璃進(jìn)行分段連接,直至最后一段玻璃的 膨脹系數(shù)與所要封接的金屬接近,然后該段玻璃再與金屬熔接,該封接方法工藝復(fù)雜,只能 手工完成,對(duì)操作人員依賴程度高,生產(chǎn)效率低,成品率低,強(qiáng)度不高。釬封一般采用較軟的金屬填充在玻璃和金屬之間進(jìn)行封接,例如鉛,但由于鉛金 屬熔點(diǎn)(327. 5°C )較低,產(chǎn)品所能達(dá)到的使用溫度較低(不高于鉛金屬的熔點(diǎn))。此外還有采用鋁或銅等金屬作為中間材料的壓封工藝等,也存在工藝復(fù)雜,可靠 性低,強(qiáng)度不足等問題。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種直通式太陽能真空 集熱器,解決現(xiàn)有應(yīng)用于中高溫環(huán)境的集熱器產(chǎn)品所存在的成品率低、生產(chǎn)效率低、壽命 短、質(zhì)量不穩(wěn)定問題。為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案一種直通式太陽能真空 集熱器,它包括金屬內(nèi)管和玻璃外管,在金屬內(nèi)管與玻璃外管之間設(shè)有連接結(jié)構(gòu);所述的連 接結(jié)構(gòu)包括波紋管、支撐環(huán)和連接裝置;波紋管的一端與金屬內(nèi)管外壁固定連接,波紋管的 另一端與支撐環(huán)固定連接;支撐環(huán)通過連接裝置與玻璃外管固定連接;金屬內(nèi)管另外一端 與玻璃外管的連接處設(shè)有相同的連接結(jié)構(gòu);金屬內(nèi)管和玻璃外管之間通過連接結(jié)構(gòu)形成真 空夾層。
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本發(fā)明中,所述的支撐環(huán)的下端外徑略大于玻璃外管的內(nèi)徑,支撐環(huán)的下端向內(nèi) 折彎成下折彎端;支撐環(huán)的上端外徑小于玻璃外管的內(nèi)徑,且在支撐環(huán)的上邊沿向外延伸 成上折彎端,所述的上折彎端包括橫向折邊和豎向折邊。當(dāng)連接裝置為連接管時(shí),波紋管、 支撐環(huán)有如下兩種連接方式波紋管的下端管壁與所述的支撐環(huán)的下折彎端固定,上折彎 端的豎向折邊與連接裝置固定;波紋管上端與金屬內(nèi)管的外壁固定連接;波紋管的下端管 壁與金屬內(nèi)管的外壁固定連接;波紋管上端與所述的支撐環(huán)的下折彎端固定,上折彎端的 豎向折邊與連接裝置固定。本發(fā)明中,支撐環(huán)還有另一種結(jié)構(gòu)即支撐環(huán)的下端外徑略大于玻璃外管的內(nèi)徑, 支撐環(huán)的下端向內(nèi)折彎成下折彎端;支撐環(huán)的上端外徑小于玻璃外管的內(nèi)徑,且在支撐環(huán) 的上邊沿向外延伸成上折彎端,所述的上折彎端包括橫向折邊;與之適配的連接裝置為連 接環(huán),此時(shí)波紋管與支撐環(huán)、連接裝置有如下兩種連接方式所述的波紋管的下端固定在金 屬內(nèi)管上,波紋管的上端與支撐環(huán)的下折彎端固定連接;所述的玻璃外管的端部設(shè)有向內(nèi) 折彎的彎頭,所述的連接裝置為與彎頭寬度適配的連接環(huán),連接環(huán)固定在彎頭上,支撐環(huán)的 上折彎端的橫向折邊固定在連接環(huán)上;所述的波紋管的上端固定在金屬內(nèi)管上,波紋管的 下端與支撐環(huán)的下折彎端固定連接;所述的玻璃外管的端部設(shè)有向內(nèi)折彎的彎頭,所述的 連接裝置為與彎頭寬度適配的連接環(huán),連接環(huán)固定在彎頭上,支撐環(huán)的上折彎端的橫向折 邊固定在連接環(huán)上。本發(fā)明中,為防止使用過程中意外損壞連接裝置,在玻璃外管與金屬內(nèi)管兩端的 連接結(jié)構(gòu)外設(shè)有與之適配的保護(hù)罩。本發(fā)明中,所述的支撐環(huán)的下折彎端的邊沿間隔設(shè)有凹槽,使得支撐環(huán)的下折彎 端具備一定的形變能力,避免支撐環(huán)的下折彎端受熱膨脹或收縮而損壞玻璃外管。有益效果本發(fā)明解決了太陽能真空集熱管中玻璃和金屬的封接技術(shù)以及裝配結(jié) 構(gòu),提高了真空集熱管可靠性和高溫應(yīng)用性能,可以廣泛應(yīng)用于各種中高溫環(huán)境中;生產(chǎn)原 材料均為獲取容易的普通材料;生產(chǎn)工藝對(duì)操作人員依賴程度低,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),成品 率高,質(zhì)量穩(wěn)定;適用范圍廣,可廣泛適用于太陽能空調(diào)制冷、太陽能海水淡化、槽式太陽能 熱發(fā)電等太陽能中高溫集熱裝置。
圖1是本產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是連接裝置為連接管時(shí),支撐環(huán)的剖視圖。 圖3是連接裝置為連接管時(shí),支撐環(huán)的俯視圖。 圖4是連接管的剖視圖。 圖5是連接管的俯視圖。 圖6是圖1中A處的第一種實(shí)施例的示意圖。 圖7是圖1中A處的第二種實(shí)施例的示意圖。 圖8是圖1中A處的第三種實(shí)施例的示意圖。 圖9是連接裝置為連接環(huán)時(shí),支撐環(huán)的剖視圖。 圖10是連接裝置為連接環(huán)時(shí),支撐環(huán)的俯視圖。 圖11是連接環(huán)的剖視圖。
圖12是連接環(huán)的俯視圖。圖13是圖1中A處的第四種實(shí)施例的示意圖。圖14是圖1中A處的第五種實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。如圖1所示,本發(fā)明的一種直通式太陽能真空集熱器,它包括金屬內(nèi)管1和玻璃外 管2,在金屬內(nèi)管1的外表面鍍有吸收膜。金屬內(nèi)管1與玻璃外管2兩端的連接處設(shè)有相 同的連接結(jié)構(gòu);金屬內(nèi)管1和玻璃外管2通過連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封,金屬內(nèi)管1和玻璃外管2 之間通過兩端的連接結(jié)構(gòu)形成真空夾層8。真空夾層8內(nèi)放置吸氣劑,以長時(shí)間維持真空夾 層8內(nèi)的真空。所述的連接結(jié)構(gòu)包括波紋管3、支撐環(huán)4和連接裝置5。波紋管3由不銹鋼制成,波紋管3的作用是在溫度變化時(shí)卸載金屬內(nèi)管1和玻璃 外管2由于材質(zhì)膨脹差異所產(chǎn)生的軸向應(yīng)力。波紋管3的一端與金屬內(nèi)管1的外壁固定連 接,波紋管3的另一端與支撐環(huán)4固定連接。支撐環(huán)4為不銹鋼制成,支撐環(huán)4的下端是依靠自身彈力卡在玻璃外管2內(nèi),同時(shí) 也嵌入玻璃外管2內(nèi),使支撐環(huán)4和玻璃外管2兩者相對(duì)位置固定,同時(shí)支撐環(huán)4支撐玻璃 外管2的重量,該連接無需保證氣密性。支撐環(huán)4可采用模具一次成型方法加工,也可以分 段加工后焊接在一起。所述的支撐環(huán)4有兩種實(shí)施例,第一種實(shí)施例如圖2和3所示,支撐 環(huán)4的下端外徑略大于玻璃外管2的內(nèi)徑,支撐環(huán)4的下端向內(nèi)折彎成下折彎端9,支撐環(huán) 4的上端外徑小于玻璃外管2的內(nèi)徑,且在支撐環(huán)4的上邊沿向外延伸成上折彎端10,上折 彎端10包括橫向折邊和豎向折邊。支撐環(huán)4的下折彎端9的邊沿間隔設(shè)有凹槽11,凹槽 11使得支撐環(huán)4的下折彎端9具備一定的形變能力,避免支撐環(huán)4的下折彎端9受熱膨脹 或收縮而損壞玻璃外管2,也使支撐環(huán)4、玻璃外管2、連接裝置5三者之間的空間與真空夾 層8連通。連接裝置5有兩種實(shí)施例,第一種實(shí)施例如圖4和5所示,所示的連接裝置5為連 接管,即為薄壁的管狀體。根據(jù)連接管、波紋管3和支撐環(huán)4的不同連接方式,太陽能真空 集熱器有三種結(jié)構(gòu),如圖6、7和8所示。如圖6所示,波紋管3的下端管壁與所述的支撐環(huán)4的下折彎端9固定,上折彎端 10的豎向折邊與連接管固定;連接管與玻璃外管2固定連接。波紋管3上端與金屬內(nèi)管1 的外壁固定連接,連接處需保證氣密性。為防止使用過程中意外損壞連接裝置5,在玻璃外 管2外設(shè)有保護(hù)罩7,保護(hù)罩7的下端與玻璃外管2的外管壁固定。此種連接方式的波紋管 3位于玻璃外管2內(nèi)部,結(jié)構(gòu)緊湊。如圖7所示,波紋管3也位于玻璃外管2內(nèi)部,波紋管3的下端管壁與金屬內(nèi)管1 的外壁固定連接;波紋管3上端與所述的支撐環(huán)4的下折彎端9固定,上折彎端10的豎向 折邊與連接管固定,連接管與玻璃外管2固定連接。為防止使用過程中意外損壞連接裝置 5,在玻璃外管2外設(shè)有保護(hù)罩7,保護(hù)罩7的下端與玻璃外管2的外管壁固定。如果由于玻璃外管2管徑偏小,不能內(nèi)置波紋管3,也可以采用圖8所示的連接方 式。波紋管3的下端管壁與所述的支撐環(huán)4的下折彎端9焊接固定,上折彎端10的豎向折
5邊與連接管固定;連接管與玻璃外管2固定連接。波紋管3上端與金屬內(nèi)管1的外壁固定 連接。為防止使用過程中意外損壞連接裝置5,在玻璃外管2外設(shè)有保護(hù)罩7,保護(hù)罩7的 下端與玻璃外管2的外管壁固定。支撐環(huán)4的第二種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖如圖9、10所示,支撐環(huán)4的下端外徑略大 于玻璃外管2的內(nèi)徑,支撐環(huán)4的下端向內(nèi)折彎成下折彎端13 ;支撐環(huán)4的上端外徑小于 玻璃外管2的內(nèi)徑,且在支撐環(huán)4的上邊沿向外延伸成上折彎端14,所述的上折彎端14包 括橫向折邊;所述的支撐環(huán)4的下折彎端13的邊沿間隔設(shè)有凹槽11,凹槽11使得支撐環(huán)4 的下折彎端13具備一定的形變能力,避免支撐環(huán)4的下折彎端13受熱膨脹或收縮而損壞 玻璃外管2,也使支撐環(huán)4、玻璃外管2、連接環(huán)三者之間的空間與真空夾層8連通。連接裝 置5第二種實(shí)施例如圖11和12所示,所示的連接裝置5為連接環(huán)。根據(jù)連接環(huán)、波紋管3 和支撐環(huán)4的不同連接方式,太陽能真空集熱器有二種結(jié)構(gòu),如圖13和14所示。如圖13所示,所述的波紋管3的下端固定在金屬內(nèi)管1的外壁上,波紋管3的上 端與支撐環(huán)4的下折彎端13固定連接;所述的玻璃外管2的端部設(shè)有向內(nèi)折彎的彎頭,連 接環(huán)與彎頭寬度適配,連接環(huán)固定在彎頭上,支撐環(huán)4的上折彎端14的橫向折邊固定在連 接環(huán)上。為防止使用過程中意外損壞連接裝置5,在玻璃外管2外設(shè)有保護(hù)罩7,保護(hù)罩7 的下端固定在玻璃外管2的外管壁上。圖14所示,波紋管3的上端固定在金屬內(nèi)管1的外壁上,波紋管3的下端與支撐 環(huán)4的下折彎端13固定連接;所述的玻璃外管2的端部設(shè)有向內(nèi)折彎的彎頭,連接環(huán)與彎 頭寬度適配,連接環(huán)固定在彎頭上,支撐環(huán)4的上折彎端14的橫向折邊固定在連接環(huán)上。為 防止使用過程中意外損壞連接裝置5,在玻璃外管2外設(shè)有保護(hù)罩7,保護(hù)罩7的下端固定 在玻璃外管2的外管壁上。 玻璃外管2燒結(jié)在連接裝置5上,連接裝置5與支撐環(huán)4焊接,此兩處連接需保證 氣密性。由于支撐環(huán)4的下端已和玻璃外管2相對(duì)位置固定,則連接裝置5僅需承受真空 夾層8所產(chǎn)生的一個(gè)大氣壓力,所以連接裝置5選用很薄的金屬環(huán)或管就可以保證不易損 壞,如連接環(huán)、連接管可選用銅、鐵鎳鈷合金、鉬等金屬材料,與玻璃外管2的連接部位加工 成很薄的刀刃狀,雖然這些金屬材料與玻璃兩者膨脹系數(shù)存在差異,但是由于這些金屬材 料具備延展性,加上金屬片很薄,使得連接裝置5的形變能力較大,在溫度變化時(shí)連接裝置 5的形變可以消除或減少玻璃外管2與連接裝置5的連接處玻璃外管2的應(yīng)力,所以能夠在 很廣的溫度范圍內(nèi)保證氣密性能和壽命,從而也使得直通式太陽能真空集熱器產(chǎn)品可以達(dá) 到較高的使用溫度,理論上其使用溫度只受限于玻璃的軟化溫度(目前廣泛使用的高硼硅 玻璃的軟化溫度為810±10°C)。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種直通式太陽能真空集熱器,它包括金屬內(nèi)管(1)和玻璃外管(2),其特征在于在金屬內(nèi)管(1)與玻璃外管(2)之間設(shè)有連接結(jié)構(gòu);所述的連接結(jié)構(gòu)包括波紋管(3)、支撐環(huán)(4)和連接裝置(5);波紋管(3)的一端與金屬內(nèi)管(1)外壁固定連接,波紋管(3)的另一端與支撐環(huán)(4)固定連接;支撐環(huán)(4)通過連接裝置(5)與玻璃外管(2)固定連接;金屬內(nèi)管(1)另外一端與玻璃外管(2)的連接處設(shè)有相同的連接結(jié)構(gòu);金屬內(nèi)管(1)和玻璃外管(2)之間通過連接結(jié)構(gòu)形成真空夾層(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直通式太陽能真空集熱器,其特征在于所述的支撐環(huán)(4)的下端外徑略大于玻璃外管(2)的內(nèi)徑,支撐環(huán)(4)的下端向內(nèi)折彎成下折彎端(9); 支撐環(huán)(4)的上端外徑小于玻璃外管(2)的內(nèi)徑,且在支撐環(huán)(4)的上邊沿向外延伸成上 折彎端(10),所述的上折彎端(10)包括橫向折邊和豎向折邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種直通式太陽能真空集熱器,其特征在于波紋管(3)的 下端管壁與所述的支撐環(huán)(4)的下折彎端(9)固定,上折彎端(10)的豎向折邊與連接裝置(5)固定;波紋管(3)上端與金屬內(nèi)管(1)的外壁固定連接;所述的連接裝置(5)為連接管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種直通式太陽能真空集熱器,其特征在于波紋管(3)的 下端管壁與金屬內(nèi)管(1)的外壁固定連接;波紋管(3)上端與所述的支撐環(huán)(4)的下折彎 端(9)固定,上折彎端(10)的豎向折邊與連接裝置(5)固定;與所述的連接裝置(5)為連 接管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種直通式太陽能真空集熱器,其特征在于在玻璃外 管(2)外設(shè)有保護(hù)罩(7),保護(hù)罩(7)的下端與玻璃外管(2)的外管壁固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種直通式太陽能真空集熱器,其特征在于所述的支撐環(huán) (4)的下折彎端(9)的邊沿間隔設(shè)有凹槽(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直通式太陽能真空集熱器,其特征在于所述的支撐環(huán) ⑷的下端外徑略大于玻璃外管⑵的內(nèi)徑,支撐環(huán)⑷的下端向內(nèi)折彎成下折彎端(13); 支撐環(huán)(4)的上端外徑小于玻璃外管(2)的內(nèi)徑,且在支撐環(huán)(4)的上邊沿向外延伸成上 折彎端(14),所述的上折彎端(14)包括橫向折邊。
8.根據(jù)權(quán)利要7所述的一種直通式太陽能真空集熱器,其特征在于所述的波紋管(3) 的下端固定在金屬內(nèi)管(1)上,波紋管(3)的上端與支撐環(huán)(4)的下折彎端(13)固定連接; 所述的玻璃外管(2)的端部設(shè)有向內(nèi)折彎的彎頭,所述的連接裝置(5)為與彎頭寬度適配 的連接環(huán),連接環(huán)固定在彎頭上,支撐環(huán)(4)的上折彎端(14)的橫向折邊固定在連接環(huán)上。
9.根據(jù)權(quán)利要7所述的一種直通式太陽能真空集熱器,其特征在于所述的波紋管(3) 的上端固定在金屬內(nèi)管(1)上,波紋管(3)的下端與支撐環(huán)(4)的下折彎端(13)固定連接; 所述的玻璃外管(2)的端部設(shè)有向內(nèi)折彎的彎頭,所述的連接裝置(5)為與彎頭寬度適配 的連接環(huán),連接環(huán)固定在彎頭上,支撐環(huán)(4)的上折彎端(14)的橫向折邊固定在連接環(huán)上。
10.根據(jù)權(quán)利要8或9所述的一種直通式太陽能真空集熱器,其特征在于在玻璃外管 (2)外設(shè)有保護(hù)罩(7),保護(hù)罩(7)的下端固定在玻璃外管(2)的外管壁上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種直通式太陽能真空集熱器,其特征在于所述的支撐 環(huán)⑷的下折彎端(13)的邊沿間隔設(shè)有凹槽(11)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直通式太陽能真空集熱器,它包括金屬內(nèi)管和玻璃外管,在金屬內(nèi)管與玻璃外管之間設(shè)有連接結(jié)構(gòu);所述的連接結(jié)構(gòu)包括波紋管、支撐環(huán)和連接裝置;波紋管的一端與金屬內(nèi)管外壁固定連接,波紋管的另一端與支撐環(huán)固定連接;支撐環(huán)通過連接裝置與玻璃外管固定連接;金屬內(nèi)管另外一端與玻璃外管的連接處設(shè)有相同的連接結(jié)構(gòu);金屬內(nèi)管和玻璃外管之間通過連接結(jié)構(gòu)形成真空夾層。本發(fā)明生產(chǎn)工藝對(duì)操作人員依賴程度低,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),成品率高,質(zhì)量穩(wěn)定;適用范圍廣,可廣泛適用于太陽能空調(diào)制冷、太陽能海水淡化、槽式太陽能熱發(fā)電等太陽能中高溫集熱裝置。
文檔編號(hào)F24J2/48GK101968282SQ20101052835
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者吳建華 申請(qǐng)人:吳建華