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1、(10)申请公布号 CN 102393093 A (43)申请公布日 2012.03.28 C N 1 0 2 3 9 3 0 9 3 A *CN102393093A* (21)申请号 201110371995.9 (22)申请日 2011.11.22 F24J 2/46(2006.01) (71)申请人张建城 地址 050051 河北省石家庄市桥西区友谊大 街精英路31号楼5单元501 (72)发明人张建城 (54) 发明名称 设置复合消气装置的线聚焦太阳能强化集热 管 (57) 摘要 本发明涉及一种设置复合消气装置的线聚焦 太阳能强化集热管，其结构充分兼顾了耐高温、气 密性、高效率和低成本。
2、的要求，在装置构造上采用 多种消气剂和安装结构，以适应中高温以及采用 熔盐和DSG传热模式下的太阳能热发电技术要 求。该集热管适用于高温太阳能热发电，属太阳能 热利用技术领域。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 CN 102393101 A 1/2页 2 1.设置复合消气装置的线聚焦太阳能强化集热管由玻璃外管、玻璃截管、金属内管、 金属端盖、铁镍可伐件、卸载波纹管、管接件、复合消气装置、排气管、扰流片、玻璃封接料组 成，其特征在于：由铁镍可发件、金属端盖、卸载波纹管、管接件组成的卸载装置设置在集。
3、热 管两端；卸载装置可以是外卸载或内卸载两种卸载模式；铁镍可伐件与玻璃外管或玻璃截 管一端直接热熔封接；铁镍可伐件与玻璃外管或玻璃截管一端的玻璃内法兰或外法兰实施 铅热压封接；或铁镍可伐件上设置一凹形槽，玻璃截管插入凹形槽内通过玻璃封接料间接 热熔封接；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；复合消气装置焊接固定在金属内管、或卸载装置、或金属端盖上，位置选择在排气管一 侧； 1)所述玻璃外管选择线膨胀系数为3310 -7 /的高硼硅玻璃管；其物理性能很适合 太阳能热发电，特别适合铅热压封接技术；或选择线膨胀系数为(40-65)10 -7 /的中性 5.0硼硅玻。
4、璃； 2)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 更好地实施玻璃和铁镍可伐件封接；采用热熔直接封接工艺时应注重退火去应力；采用铅 热压封接时在玻璃外管或玻璃截管一端制作外法兰或内法兰，法兰端面平整； 3)所述铁镍可伐件一端向内或向外翻边与卸载波纹管焊接；优选铁镍钴玻封合金 4J29、4J44，线膨胀系数在20-450时为(46-55)10 -7 /，与中性5.0玻璃外管的线膨胀 曲线一致；或选择4J42、4J45，线膨胀系数在20-450时为(40-75)10 -7 /的铁镍可伐合 金；壁厚以0.3-2mm为宜；铁镍可伐件的预氧化处理是保证封接气密性的关键工艺。
5、，必须慎 重对待；铅热压封接应注重对铁镍可伐件和玻璃法兰的清洗，经合理确定封接温度、压力、 时间、封接气氛后，确保获得足够的封接强度和气密性； 4)所述玻璃封接料的线膨胀系数为(40-65)10 -7 /，介于玻璃截管和铁镍可伐件之 间，软化和流散温度为300-800；选择的低熔玻璃粉氧化铅含量介于30-60；如玻璃外管 为中性5.0玻璃则可选择无铅低熔玻璃粉； 5)所述卸载波纹管波节数在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32-100mm；抗疲劳寿命应大于3万次；优选SUS304、321或SUS316、 316L不锈钢材料；泄漏率。
6、控制在工况120时为1.3310 -10 Pa.m 3 /sec； 6)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SUS304、321或SUS316、316L不锈钢，壁厚 为0.3-2mm；采用内卸载结构时管接件为一端缩口，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； 7)所述金属内管公称通径在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无缝不锈钢管或耐高温、耐晶间腐蚀的超 超临界锅炉用XA704、TP3。
7、47H、SUPER304H、TP310HCbN合金无缝钢管；金属内管为金属直管， 或波节管，或内螺旋管，或外螺旋管，或在金属直管表面有规则起苞的苞体波节管； 8)所述扰流片为不锈钢片，冲压成尾翼状，一端翻边点焊在金属内管端口内壁上，另一 端适当弯曲以扰动工质流体，每个集热管焊接一至三个扰流片；或扰流片设计成宽度与金 属内管直径相同的长方形或正方形，中间成梯形冲压开口分别向两边翻边，扰流片两端焊 接在金属内管一端的内壁上，起双向扰动流体作用；扰流片有益于破坏稳流层，进而提高换 权 利 要 求 书CN 102393093 A CN 102393101 A 2/2页 3 热效率，降低热辐射量和热损失。
8、；9)所述排气管为3310 -7 /的高硼硅玻璃管或中性5.0 硼硅玻璃管，内径8-20mm，熔接在玻璃外管或玻璃截管上。 2.根据权利要求1所述的设置复合消气装置的线聚焦太阳能强化集热管，其特征在 于：所述复合消气装置是指含有蒸散型消气剂(EG)和非蒸散型消气剂(NEG)的金属合金消 气装置，可以是带不锈钢焊接支架的消气环、消气棒、消气片； 1)所述蒸散型消气剂(EG)为钡铝镍消气剂，主要吸附玻璃和金属在高温状态下释放 的微量气体；支架焊点尽可能贴近玻璃外管，并位于排气管一侧的金属内管上，以减少金属 内管高温烘烤；或消气环的不锈钢支架焊接在卸载装置一端，支架长度最少50-100mm，尽 可能。
9、远离卸载波纹管并贴近玻璃外管，高频激活后钡铝膜应清晰明亮； 2)非蒸散型消气剂(NEG)选择锆铝合金型或锆石墨合金型，安装在集热管的另一端， 或金属内管上，或卸载装置上；支架长度和注意事项与蒸散型消气剂(EG)完全相同；由于 非蒸散型消气剂(NEG)吸气量大，特别是对氢气吸附的能力要较蒸散型消气剂(EG)强。 3.根据权利要求1所述的设置复合消气装置的线聚焦太阳能强化集热管，其特征在 于：选择内置非蒸散消气剂的微型复合离子泵(Mini-Combination IonPumps with NEG)或 消气剂复合泵(Ion/Getter Combination Pumps)作为集热管消气装置，安装。
10、位置选择卸载 装置为外卸载结构的金属端盖上。 权 利 要 求 书CN 102393093 A CN 102393101 A 1/4页 4 设置复合消气装置的线聚焦太阳能强化集热管 技术领域 0001 本发明涉及一种设置复合消气装置的线聚焦太阳能强化集热管，其结构充分兼顾 了耐高温、气密性、高效率和低成本的要求，在装置构造上采用多种消气剂和安装结构，以 适应中高温以及采用熔盐和DSG传热模式下的太阳能热发电技术要求。该集热管适用于高 温太阳能热发电，属太阳能热利用技术领域。 背景技术 0002 目前，国内外在槽式太阳能热发电集热管上使用的消气剂及其结构主要根据使用 目的有所差别，Solel公司使。
11、用的应该是非蒸散性的消气剂，采用平面板状设计结构以增 大吸气量，安装消气剂的金属板紧贴金属管外壁固定，消气剂的作用如其在中国授权专利 03825785.8所述的“吸氢剂”。德国SCHOTT公司的中国公开专利200610080312.3中显示使 用的也应该是“非蒸散型消气剂(non-evaporable getter NEG)”，做成圆形带环安装在卸 载波纹管与端盖之间，同时还专门设置了采用钯金属的“氢窗口”。但该公司在实际生产中 却选择的是蒸散型消气剂，其结构类似于全玻璃太阳能集热管中使用的环状结构，通过一 个卡子将消气环直接固定在金属管上。由于各企业采用的封接材料和封接工艺上的区别， 致使集。
12、热管的气密性和使用寿命有很大差别。除此之外，由于影响集热管气密性的因素还 有很多，诸如金属材料的除气状况、膜层中的气体含量、高温条件下的气体释放以及目前最 为突出的，则是传热工质导热油在高温条件下裂解并通过金属管溢氢问题，这些问题如得 不到解决都将直接影响集热管使用寿命。为此，SCHOTT公司在200610162523.1专利中增 加了含有气体氪或氙的容器，通过高频加热方式释放稀有气体，以期达到和氢气混合降低 热传导率。但从实际使用情况看，上述两个企业都还没有很好地解决慢漏气和氢渗透问题。 总之，合理使用消气剂是保证集热管使用寿命的关键技术环节。 0003 中国专利01224848.7最先在玻。
13、璃金属太阳能集热管上使用了非蒸散型消气剂， 发明人在得到唯一授权后对此进行了再开发，在专利200610076672.6和200710090246.2 中除延续使用非蒸散消气剂(NEG)外，也同时使用了蒸散型消气剂(EG)。但从实例制作中 发现，采用的钡铝镍蒸散型消气剂虽然有较好的吸附微量气体的作用，但其最高使用温度 限于350度，因此在高温环境中严重影响消气剂的寿命和吸气效果，而非蒸散消气剂(NEG) 对氢气还存在可逆现象，如果安装不当或遇到聚光焦斑烘烤不仅不能保持气密性，很可能 加剧氢气释放。为进一步提高稳定性和可靠性，不断缩小与国外同类产品的差距，应该在上 述专利基础上对线聚焦太阳能强化集。
14、热管的消气剂装置进行优化。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是采用多种消气剂和结构组合提高线聚焦太阳能强 化集热管的稳定性和可靠性。 0005 本发明所称问题是由以下技术方案解决的： 0006 设置复合消气装置的线聚焦太阳能强化集热管由玻璃外管、玻璃截管、金属内管、 说 明 书CN 102393093 A CN 102393101 A 2/4页 5 金属端盖、铁镍可伐件、卸载波纹管、管接件、复合消气装置、排气管、扰流片、玻璃封接料组 成，其特征在于：由铁镍可发件、金属端盖、卸载波纹管、管接件组成的卸载装置设置在集热 管两端；卸载装置可以是外卸载或内卸载两种卸载模式；铁镍可伐件与玻璃。
15、外管或玻璃截 管一端直接热熔封接；铁镍可伐件与玻璃外管或玻璃截管一端的玻璃内法兰或外法兰实施 铅热压封接；或铁镍可伐件上设置一凹形槽，玻璃截管插入凹形槽内通过玻璃封接料间接 热熔封接；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；复合消气装置焊接固定在金属内管、或卸载装置、或金属端盖上，位置选择在排气管一 侧。 0007 所述玻璃外管选择线膨胀系数为3310 -7 /的高硼硅玻璃管；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3310 -7 /，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，特别。
16、 适合铅热压封接技术；或选择线膨胀系数为(40-65)10 -7 /的中性5.0硼硅玻璃。 0008 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 了更好地实施玻璃和铁镍可伐件封接；采用热熔直接封接工艺时应注重退火去应力；采用 铅热压封接时在玻璃外管或玻璃截管一端制作外法兰或内法兰，法兰端面平整。 0009 所述铁镍可伐件一端向内或向外翻边与卸载波纹管焊接；优选铁镍钴玻封合金 4J29、4J44，线膨胀系数在20-450时为(46-55)10 -7 /，与中性玻璃外管的线膨胀曲线 一致；或选择4J42、4J45，线膨胀系数在20-450时为(40-75)10 -7 /。
17、的铁镍可伐合金； 壁厚以0.3-2mm为宜；铁镍可伐件的预氧化处理是保证封接气密性的关键工艺，必须慎重 对待；铅热压封接应注重对铁镍可伐件和玻璃法兰的清洗，经合理确定封接温度、压力、时 间、封接气氛后，确保获得足够的封接强度和气密性。 0010 所述玻璃封接料的线膨胀系数为(40-65)10 -7 /，介于玻璃截管和铁镍可伐件 之间，软化和流散温度为300-800；选择的低熔玻璃粉氧化铅含量介于30-60；如玻璃外 管为中性5.0玻璃则可选择无铅低熔玻璃粉。 0011 所述卸载波纹管波节数在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-。
18、100mm；抗疲劳寿命应大于3万次；优选SUS304、321或SUS316、 316L不锈钢材料；泄漏率控制在工况120时为1.3310 -10 Pa.m 3 /sec。 0012 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SUS304、321或SUS316、316L不锈钢，壁 厚为0.3-2mm；采用内卸载结构时管接件为一端缩口，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。 0013 所述金属内管公称通径在25-80mm之间，壁厚在0.3-13mm之间，公称压力在 0.6-25MPa之间，。
19、优选SUS304、321或SUS316、316L无缝不锈钢管或耐高温、耐晶间腐蚀的超 超临界锅炉用XA704、TP347H、SUPER304H、TP310HCbN合金无缝钢管；金属内管为金属直管， 或波节管，或内螺旋管，或外螺旋管，或在金属直管表面有规则起苞的苞体波节管。 0014 所述扰流片为不锈钢片，冲压成尾翼状，一端翻边点焊在金属内管端口内壁上，另 一端适当弯曲以扰动工质流体，每个集热管焊接一至三个扰流片；或扰流片设计成宽度与 金属内管直径相同的长方形或正方形，中间成梯形冲压开口分别向两边翻边，扰流片两端 焊接在金属内管一端的内壁上，起双向扰动流体作用；扰流片有益于破坏稳流层，进而提高 。
20、说 明 书CN 102393093 A CN 102393101 A 3/4页 6 换热效率，降低热辐射量和热损失。 0015 所述排气管为3310 -7 /的高硼硅玻璃管或中性5.0硼硅玻璃管，内径8-20mm， 熔接在玻璃外管或玻璃截管上。 0016 所述复合消气装置是指含有蒸散型消气剂(EG)或非蒸散型消气剂(NEG)的金 属合金消气装置，可以是带不锈钢焊接支架的消气环、消气棒、消气片；所述蒸散型消气剂 (EG)为钡铝镍消气剂，主要吸附玻璃和金属在高温状态下释放的微量气体；支架焊点尽可 能贴近玻璃外管，并位于排气管一侧的金属内管上，以减少金属内管高温烘烤；或消气环的 不锈钢支架焊接在卸载。
21、装置一端，支架长度最少50-100mm，尽可能远离卸载波纹管并贴近 玻璃外管，高频激活后钡铝膜应清晰明亮；非蒸散型消气剂(NEG)选择锆铝合金型或锆石 墨合金型，安装在集热管的另一端，或金属内管上，或卸载装置上；支架长度和注意事项与 蒸散型消气剂(EG)完全相同；由于非蒸散型消气剂(NEG)吸气量大，特别是对氢气吸附的 能力要较蒸散型消气剂(EG)强，因此在集热管两端安装不同的消气剂组成复合消气装置 对保持集热管真空度具有重要作用； 0017 为进一步提高集热管真空度，也可以选择内置了非蒸散消气剂的微型复合离子 泵(Mini-Combination IonPumps with NEG)或消气剂。
22、复合泵(Ion/Getter Combination Pumps)作为集热管消气装置，由于受体积限制，安装位置选择卸载装置为外卸载结构的金 属端盖上，采用消气离子泵的关键是防止高温激活消气剂是可能对磁钢的影响。 0018 本发明同时使用蒸散型消气剂(EG)和非蒸散型消气剂(NEG)来制作复合消气装 置，因零部件少，工艺简单，并且根据材料选择三种不同的熔封结构和工艺，可以确保线聚 焦太阳能强化集热管的真空度和使用寿命。 附图说明 0019 图1是本发明外卸载间接熔封接复合消气装置示意图 0020 图2是本发明内卸载热压封接复合消气装置示意图 0021 图3是本发明熔封接内卸载复合消气装置示意图 。
23、0022 图4是本发明内置非蒸散消气剂的微型复合离子泵示意图 0023 其中：1玻璃外管、2金属内管、3铁镍可伐件、4卸载波纹管、5金属端盖、6管接件、 7蒸散型消气装置、8排气管、9玻璃截管、10扰流片、11非蒸散型消气装置 具体实施方式 0024 1、选择蒸散型消气剂(EG)或非蒸散型消气剂(NEG)作为复合消气装置的吸气材 料，可以是带不锈钢焊接支架的消气环、消气棒、消气片。 0025 2、蒸散型消气剂为钡铝镍消气剂，主要吸附玻璃和金属在高温状态下释放的微量 气体；支架焊点尽可能贴近玻璃外管，并位于排气管一侧的金属内管上，以减少金属内管高 温烘烤。 0026 3、带不锈钢支架的蒸散型消气。
24、环焊接在卸载装置一端，支架长度距卸载装置最少 50-100mm，尽可能远离卸载波纹管并贴近玻璃外管，高频激活后钡铝膜应在排气管一侧；特 别防止高频激活对卸载波纹管的影响。 0027 4、非蒸散型消气剂(NEG)安装在集热管的另一端，或金属内管上，或卸载装置上； 说 明 书CN 102393093 A CN 102393101 A 4/4页 7 支架长度和注意事项与蒸散型消气剂(EG)完全相同；由于非蒸散型消气剂(NEG)吸气量 大，特别是对氢气吸附的能力要较蒸散型消气剂(EG)强，因此在集热管两端分别安装不同 的消气剂装置对保持集热管真空度具有重要作用； 0028 5、为进一步提高集热管真空度。
25、，也可以选择内置了非蒸散消气剂的微型复合离子 泵(Mini-Combination IonPumps with NEG)的消气装置，由于受离子泵体积限制，安装位 置只能选择卸载装置为外卸载结构的金属端盖上。由于非蒸散型消气剂需要在真空条件下 高温激活，因此在激活过程中要防止高温激活对磁钢的影响。 0029 6、消气剂的活力除了自身的性能以外，主要在于集热管本身的封接技术和对材料 的高温除气处理上。因为消气剂的吸附量毕竟是有限的，如果发生慢漏气则会加快消气剂 失效，所以上述有关封接结构、工艺、材料、安装位置等都会对集热管真空度和消气剂的寿 命起到重要影响。 说 明 书CN 102393093 A CN 102393101 A 1/2页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102393093 A CN 102393101 A 2/2页 9 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102393093 A 。