全玻璃真空太阳集热管及其制造工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种新型的全玻璃真空太阳集热管及其制造工艺。该管包括两端环封并且同轴的内外玻璃管。其特征在于其两端中至少有一端为由内外管管身与回转形变径过渡段、短管连接而成的特形端，并且该特形端中至少有一个回转形变径过渡段带容易产生弹性变形的薄壁过渡部分。该管制造时是利用管子某一端内外管之间的环形孔进行真空排气与真空封接，其环状封接结最终被加工成该端的管口。因不设工艺性的排气管，封接后不存在圆锥状的封接结，总起来看结构简单，制造方便，并且管子被碰坏的可能性大为减少。既适用于能与建筑密切结合的分体式真空管太阳热水器，也适用于整体直插式真空管太阳热水器，且更便于排污与防冻，具有广阔的市场前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于真空管太阳集热器和真空管太阳热水器/系统的全玻璃真空太阳集热管、尤其是直通式全玻璃真空太阳集热管。本专利技术同时还涉及上述全玻璃真空太阳集热管、尤其是直通式全玻璃真空太阳集热管的制造工艺。
技术介绍
20世纪70年代中期，美国欧文斯-伊里诺斯(Owens Illinois)公司首先研制开发了全玻璃真空太阳集热管(该管一端开口；为便于区别，本文姑且称之为传统的全玻璃真空太阳集热管)。我国在引进美国真空集热管的基础上，从70年代末开始研制全玻璃真空太阳集热管。80年代，以清华大学为代表的科研单位与北京北方真空薄膜工业有限公司合作，对集热管选择性吸收膜进行了卓有成效的研究和生产，殷志强教授等又对成膜技术与工艺进行了重大改进，在有关方面的关注和支持下，该技术很快被用于批量生产并在全国众多生产厂家推广，从而使我国生产的全玻璃真空太阳集热管在很短时间内达到国际先进水平，并成为世界上产销量最大的国家。目前，市场上随太阳热水器一起大量销售的全玻璃真空太阳集热管(俗称“真空管”)，就是这种一端开口的传统的集热管。据说，在这种传统集热管诞生并逐步完善的初期，就有人曾试图制造两端开口的全玻璃真空太阳集热管(直通式全玻璃真空太阳集热管)；然而，由于这种集热管需要两端封接，受热后因内、外管膨胀不一致(内管膨胀量大，外管膨胀量小)，容易产生热应力而出现“炸管”现象，所以并未成功。鉴于已研制成功的全玻璃真空太阳集热管在当时已在很大程度上满足了人们的需要，所以直通式全玻璃真空太阳集热管的研制工作也被人们搁置下来。近年来，随着我国人民生活水平的不断提高和太阳热水器生产与应用技术的不断发展，越来越多的人已逐步认识到太阳热水器与建筑相结合是未来发展的必然趋势；传统的全玻璃真空太阳集热管显然已经不能满足人们的这种新的需要。于是，除对其进行改进，或采用其他类型的集热器之外，有人则想到了两端开口的直通式全玻璃真空太阳集热管，并将它作为自己的研究课题。譬如，中国专利说明书ZL01276216.4就提到了两端开口的真空管。尽管该管内管表面不带涂层(它是以管中的碳珠作为光热转换介质)，不是真正意义上的直通式全玻璃真空太阳集热管。但是，它在结构上已经实现对传统全玻璃真空太阳集热管的突破。又如，中国专利说明书ZL02208082.1公开的“一种可用于循环型热水器的太阳能集热器”就包括一种直通式全玻璃真空太阳集热管。该管由两支套装在一起的玻璃管组成，内管外表面附着有选择性吸收涂层，两端直接环封在一起，夹层呈真空状态。不过，设计者在刚进入试制不久就发现能否进一步提高其耐热冲击温度现已成为该管能否推向市场的关键(耐热冲击温度低，说明其适用地域狭窄，难于形成商品)。再如，中国专利申请说明书(申请号03250427.6)就提出了颇有研究价值的“一种直通式全玻璃真空太阳集热管”。该管的特征是其内管一端或两端具有波纹段。然而，尽管这种结构能够减缓热应力的产生，但因其单位变形量极小，要凑效势必要增加波纹段的长度；这样就会给该管的制造带来一定的困难一是难于成形，二是难于退火。同时，也会增加相应的工作量和生产成本。再者，如果采用传统的真空封接技术，该管还要专门设置工艺性的排气管，其熔封后还要留下一个圆锥状的封接结(真空排气管熔封后形成的玻璃实体)。这样就必然会带来四个问题一是封接结的存在容易引起应力集中；二是在运输和安装过程中容易碰坏；三是排气管的设置比较困难；四是增加了制造工序和生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种新型的全玻璃真空太阳集热管，即具有新结构的直通式全玻璃真空太阳集热管。该管不仅耐热冲击温度高，能够更有效地避免“炸管”，而且结构简单，易于制造。同时，本专利技术的目的还在于突破传统的真空封接技术，提供一种生产全玻璃真空太阳集热管、尤其是直通式全玻璃真空太阳集热管的新的制造工艺。为达到上述目的，本专利技术对现有直通式全玻璃真空太阳集热管作了两项明显改进一是不设置专门用于进行真空排气的工艺性排气管；二是至少将其一端改为具有如下结构的特形端对于内、外管来说，其特形端均由构成其主体的管身与一段回转形变径过渡段、一段短管依次连接而成； 构成内、外管特形端的回转形变径过渡段，两者之中至少有一个带具有环形平面结构或/和环形非穹拱形曲面结构的薄壁过渡部分；构成内管特形端的短管插入构成外管特形端的短管之中，两短管管口保持大致平齐，并且构成内、外管特形端的各对应部分(管身、回转形变径过渡段、短管)之间均保持有均匀间距；为更好地保持上述各对应部分的径向间距，构成外管特形端的短管可带横断面大致为封闭波纹形的支承段。具备以上属性的内管特形端和外管特形端，在两短管管口封接后成为一个整体。此处需要说明的是，集热管两端中凡不具备以上特形端全部属性的，均为非特形端。作为本专利技术的进一步改进与完善，构成内、外管主体的管身与回转形变径过渡段、短管的连接为圆滑过渡连接。因为这样可以减少应力集中。为将上述两项改进中的第一项改进变成现实，本专利技术的制造工艺也有其显著特点一是在真空排气工序中，不是以专门设置的工艺性排气管，而是采取措施，以集热管某一端内、外管之间的环形孔(包括特形端两短管之间的环形孔和非特形端内、外管之间的环形孔)，兼作排气管进行真空排气。二是在真空封接工序中，不是以工艺性的排气管作为封接的直接对象，而是以上述内、外管之间的环形孔作为封接的直接对象；其封接后形成的封接结为环状，该环状实体最终被加工成集热管特形端或非特形端的管口一一在集热管上根本不存留因工艺需要而形成的圆锥状的封接结。由于本专利技术的直通式全玻璃真空太阳集热管两端中至少有一个特形端，并且该端至少有一个回转形变径过渡段带具有环形平面结构或/和环形非穹拱形曲面结构的薄壁过渡部分(与上面提到的内管所带的波纹段相比，这种结构更容易产生弹性变形)；只要对其形状进行适当优选，并且厚度适当薄一些，尺寸适当大一些，就会产生足以抵消引发集热管“炸管”的弹性变形量(该变形量越大，就越不容易“炸管”)，从而从结构上比较彻底地解决这种集热管的“炸管”问题。更为突出的是，由于本专利技术的直通式全玻璃真空太阳集热管不设工艺性的排气管，所以从整体上来看结构大为简化，制造工序也相应减少，因而可以节省投资，降低成本；再者，由于这种集热管不存在圆锥状的封接结，所以被碰坏的可能性大为减少，这就为运输、安装与维修提供了有利条件。附图说明本专利技术说明书附图共计14幅。图1～3为本专利技术的直通式全玻璃真空太阳集热管的整体结构示意图，其中图2为优选实施例。在图1中，集热管两端均为特形端；在图2和图3中，集热管右端为特形端，左端为非特形端。图4～7为本专利技术局部结构——几种不同特形端的结构示意图。由于特形端的结构型式不同、被组合的数量不同，所以可以组合成许多种不同型式的集热管。图8和图9为图3中的H-H剖视图，示出的是特形端两短管之间的环形孔的形状。图8中所剖切的外管特形端的短管(图3中的虚线)带支承段；图9中所剖切的外管特形端的短管(图3中的实线)不带支承段。图10为图3中的H′-H′剖视图，示出的是非特形端内、外管之间的环形孔的形状。图11～14为本专利技术生产如图1～10所示直通式全玻璃真空太阳集热管进行真空排气与真空封接的操作方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全玻璃真空太阳集热管，其组成包括套装在一起并且同轴的内、外玻璃管；外玻璃管（１）为透明玻璃管，内玻璃管（２）外表面附着有选择性太阳吸收涂层，或者整支管子用吸热玻璃直接制成；内、外管两端沿管口环封在一起，形成两端开口的管腔；两管之间的夹层，经排气呈真空状态；其夹层中可安装带消气剂的支承件（３）；其特征在于：上述集热管两端中至少有一端为具有如下结构的特形端：对于外玻璃管（１）来说，其特形端由构成外玻璃管（１）主体的管身（Ｓ）与回转形变径过渡段（Ｇ）、短管（Ｄ） 依次连接而成；短管（Ｄ）与管身（Ｓ）同轴；当短管（Ｄ）与管身（Ｓ）的外径相等时，则作为特例－－特形端可不带回转形变径过渡段（Ｇ）、短管（Ｄ），而以管身（Ｓ）直接代替；对于内玻璃管（２）来说，其特形端由构成内玻璃管（２）主体的管身（Ｓ ′）与回转形变径过渡段（Ｇ′）、短管（Ｄ′）依次连接而成；短管（Ｄ′）与管身（Ｓ′）同轴；当短管（Ｄ′）与管身（Ｓ′）的外径相等时，则作为特例－－特形端可不带回转形变径过渡段（Ｇ′）、短管（Ｄ′），而以管身（Ｓ′）直接代替；构成内、外管特形端的回转形变径过渡段（Ｇ、Ｇ′），两者之中至少有一个带具有环形平面结构或／和环形非穹拱形曲面结构的薄壁过渡部分；构成内管特形端的短管（Ｄ′）插入构成外管特形端的短管（Ｄ）中，两短管管口保持大致平齐，并且构成内、外管特形端的各对应部分 之间，即管身（Ｓ、Ｓ′）之间，回转形变径过渡段（Ｇ、Ｇ′）之间，短管（Ｄ、Ｄ′）之间，均分别保持有均匀间距；短管（Ｄ）可带横断面大致为封闭波纹形的支承段（Ｚ）；　具备以上属性的内、外管特形端，在短管（Ｄ、Ｄ′）的管口封接后实现环封， 从而构成一个完整的特形端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宝善，赵龙，赵鹏，
申请(专利权)人：赵宝善，赵龙，赵鹏，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]