[发明专利]一种集热管封接装置及采用该装置的真空集热管

说明书

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，涉及一种供热技术中的集热装置，尤其是一种真空集热管。

背景技术

能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础，随着经济的持续高速增长，化石能源的资源有限性和开发利用带来的环境问题越来越成为经济和社会的可持续发展的制约因素。加快可再生能源的开发利用是解决能源和环境问题的重要途径和措施。太阳能是清洁无污染且永不枯竭的能源，其越来越受到全社会的重视，是发展最快的可再生能源之一，也是各国竞相发展的重点。

目前，公知的有效吸收太阳热能的装置是太阳能真空集热管，因此太阳能真空集热管是太阳能热利用的核心元器件。随着科研人员的持续努力，现在已经开发出多种太阳能真空集热管，其应用范围涵盖了供应家用热水、工业过程加热、海水淡化及太阳能热发电等多个方面。

一种太阳能真空集热管，包括玻璃外管和金属集热管，玻璃外管和金属集热管之间的空间为真空层，金属集热管上具有翅片，且金属集热管及其翅片的表面涂有太阳能吸收涂层，玻璃外管的两端具有金属保护盖帽，金属集热管的两翼端口穿过金属保护盖帽，金属集热管的两翼端口为介质进、出口，金属集热管的两端套装有稀土合金封接装置，且稀土合金封接装置的外圈与玻璃外管的内壁紧密配合。其中，玻璃外管和金属集热管之间抽成真空，通过封接装置与玻璃外管之间的焊接面进行密封，金属集热管及其翅片表面的涂层吸收太阳能，由于金属集热管能承受较大压力，所以金属集热管内水等液体介质可承压流动，金属集热管与水等介质的传热过程是对流换热加传导换热，而且真空保温最大限度地降低了热损失，因而对于全玻璃真空管而言，集热效率大大提高。同时由于介质在管内流动，不易产生水垢和存积杂质，使用寿命大为提高。这种真空集热管两端的稀土合金封接装置与玻璃外管配合紧密，以维持真空，但是，封结装置与玻璃外管之间的焊接面抗剪强度不高，在集热管温差的反复作用下，金属管和玻璃管的热膨胀系数存在固有差别，两管之间形成相对位移差，在较高的温度条件下或者伸缩次数过多之后，金属和玻璃管由于变形差引起的应力将超过这个连接面的抗剪强度，稀土合金封接装置容易发生破裂，造成密封不严，导致真空失效，集热效率显著降低。而且，带有这种稀土合金封接装置的玻璃金属真空管，造价极为昂贵，不利于太阳能与传统化石能源开展竞争。

为了克服现有的太阳能真空管集热管的不足，本发明的目的是提供一种不同于现有稀土合金封接装置的太阳能真空集热管封接方法，该方法可以显著提高真空集热管的工作温度、扩大真空集热管的工作温度范围同时还能显著降低真空管的造价，使太阳能能够具有更低的使用成本。

发明内容

技术问题：本发明针对现有的太阳能真空集热管可耐受的最高工作温度较低、工作温度范围较窄、使用寿命短、造价昂贵等不足之处，提出了一种工作温度高、使用寿命长、造价低，可提高太阳能集热系统适应性的集热管封接装置，还提供了一种采用该封接装置的玻璃金属真空集热管。

技术方案：本发明的集热管封接装置，包括用于连接集热管内管的连接环和封头、用于同时连接集热管内管和外管的封头固定盘，连接环、封头和封头固定盘均设置有内环，三者的内环尺寸相同且内环中轴位于同一轴线，连接环、封头和封头固定盘沿内环中轴依次连接，封头固定盘包括与封头连接的内盘和位于内盘外周侧的外盘，外盘上设置有用以与外部的预应力施加机构连接安装的安装孔，封头为螺纹状波纹管。

本发明的集热管封接装置中，外盘的临近封头一面设置有用于连接集热管外管端部的环形槽，环形槽内设置有耐高温垫圈，安装孔位于环形槽的外侧。

本发明的采用上述封接装置的玻璃金属真空集热管，包括玻璃外管、设置在玻璃外管内侧的金属内管、设置于玻璃外管两端的封接装置和设置于玻璃外管外部的预应力施加机构，金属内管的两端延伸超出玻璃外管的端部，封接装置与金属内管的外壁连接，玻璃外管的端部与封接装置连接；封接装置中，连接环、封头和封头固定盘依次设置在金属内管外壁上，连接环与封头之间，以及封头与封头固定盘之间均固定密封连接，玻璃外管的端部与封头固定盘固定密封连接，玻璃外管与金属内管之间形成的一个密闭空间抽真空；预应力施加机构包括预应力丝和锚固装置，预应力丝与金属内管的中轴线平行，预应力丝至少为两根，并以金属内管的中轴线为中心对称设置，预应力丝的两端分别通过锚固装置固定连接在封头固定盘上，每根预应力丝至少分为两段，两段之间用弹簧固定连接。

本发明的玻璃金属真空集热管以一种预应力装置，限制封头固定盘与玻璃外管产生相对滑移的趋势，维持玻璃管与封头固定盘的紧密接触，达到保持密封的目的。