太陽(yáng)熱集熱管的制作方法
【專利摘要】一種太陽(yáng)熱集熱管，具備：中心金屬管，其能夠供載熱體流通；玻璃管，其覆蓋所述中心金屬管的外周以使得在該玻璃管與所述中心金屬管之間形成環(huán)狀空間；以及吸收裝置，其構(gòu)成為吸收所述中心金屬管和所述玻璃管的熱膨脹差。所述吸收裝置具有連接筒和由該連接筒串聯(lián)連接的多個(gè)金屬制的波紋管，所述波紋管配置成隔著所述連接筒在徑向上重疊。
【專利說(shuō)明】太陽(yáng)熱集熱管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)熱集熱管，詳細(xì)而言，涉及中心金屬管和玻璃管經(jīng)由吸收中心金屬管和玻璃管的熱膨脹差的吸收裝置而連接的太陽(yáng)熱集熱管，所述中心金屬管供載熱體流通，所述玻璃管包圍該中心金屬管而在該玻璃管與中心金屬管之間形成環(huán)狀空間。

【背景技術(shù)】
[0002]在利用太陽(yáng)熱來(lái)加熱供載熱體流通的金屬管、從而加熱載熱體并利用該熱的情況下，在金屬管與大氣接觸的狀態(tài)下，加熱后的金屬管的熱會(huì)傳遞到大氣，所以載熱體不會(huì)高效地被加熱。因此，利用玻璃管圍住金屬管而在該玻璃管與金屬管之間形成環(huán)狀空間，來(lái)防止由太陽(yáng)熱加熱后的金屬管的熱向大氣熱傳遞。但是，由于金屬管和玻璃管的熱膨脹率差大，所以需要設(shè)置吸收金屬管和玻璃管的熱膨脹差的吸收裝置。由于金屬管的溫度會(huì)達(dá)到數(shù)百度，所以吸收裝置由金屬形成。作為吸收裝置，通常使用波紋管，但若將金屬制的波紋管和玻璃管直接連接，則在波紋管伸縮時(shí)，玻璃管與波紋管的連接部容易損傷。
[0003]以往，如圖6所示，有人提出了使用波紋管3和玻璃金屬轉(zhuǎn)移元件34來(lái)連接中心金屬管31和玻璃管32的結(jié)構(gòu)(參照專利文獻(xiàn)I)。波紋管33的內(nèi)側(cè)端部33a使用連結(jié)元件35與中心金屬管31連結(jié)，外側(cè)端部33b通過(guò)玻璃金屬轉(zhuǎn)移元件34與玻璃管32連接。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-251612號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0007]太陽(yáng)熱集熱管的全長(zhǎng)中，太陽(yáng)光能夠入射到中心金屬管31的范圍是除了由波紋管33和玻璃金屬轉(zhuǎn)移元件34覆蓋的范圍以外的范圍。在專利文獻(xiàn)I中，由于玻璃金屬轉(zhuǎn)移元件34設(shè)置在波紋管33的外側(cè)，所以太陽(yáng)光能夠入射到中心金屬管31的范圍是除了由波紋管33覆蓋的范圍以外的范圍。波紋管33具有能夠吸收中心金屬管31和玻璃管32的熱膨脹差的最大量的長(zhǎng)度。
[0008]然而，在波紋管的伸縮前的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的情況下，能夠通過(guò)伸縮而變化的長(zhǎng)度是0.3L左右，若進(jìn)一步使其伸縮，則波紋管會(huì)塑性變形而不能恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于設(shè)置有I個(gè)波紋管，所以例如在中心金屬管31和玻璃管32的熱膨脹差的最大量為0.6L時(shí)，波紋管33的長(zhǎng)度需要2L，有效區(qū)域率變小。在此，有效區(qū)域率是太陽(yáng)光能夠入射到中心金屬管31的區(qū)域的長(zhǎng)度相對(duì)于太陽(yáng)熱集熱管的全長(zhǎng)的比例。
[0009]本公開的目的在于提供一種能夠減小太陽(yáng)熱的入射被吸收熱膨脹差的波紋管遮擋的區(qū)域而增大有效區(qū)域率的太陽(yáng)熱集熱管。
[0010]用于解決問(wèn)題的手段
[0011]用于達(dá)成所述目的的太陽(yáng)熱集熱管具備:中心金屬管，其能夠供載熱體流通；玻璃管，其覆蓋所述中心金屬管的外周以使得在該玻璃管與所述中心金屬管之間形成環(huán)狀空間；吸收裝置，其構(gòu)成為吸收所述中心金屬管和所述玻璃管的熱膨脹差。所述吸收裝置具有連接筒和由該連接筒串聯(lián)連接的多個(gè)金屬制的波紋管，所述波紋管配置成隔著所述連接筒在徑向上重疊。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是一實(shí)施方式的太陽(yáng)熱集熱管的局部剖視圖。
[0013]圖2A是示出圖1的太陽(yáng)熱集熱管的吸收裝置的作用的示意圖。
[0014]圖2B是示出圖1的太陽(yáng)熱集熱管的吸收裝置的作用的示意圖。
[0015]圖3是其他實(shí)施方式的太陽(yáng)熱集熱管的局部剖視圖。
[0016]圖4是其他實(shí)施方式的太陽(yáng)熱集熱管的局部剖視圖。
[0017]圖5是其他實(shí)施方式的太陽(yáng)熱集熱管的局部剖視圖。
[0018]圖6是現(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)熱集熱管的局部剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下，按照?qǐng)D1和圖2，對(duì)一實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0020]如圖1所示，太陽(yáng)熱集熱管11具備:中心金屬管12，其能夠供載熱體流通；玻璃管14，其以在該玻璃管14與中心金屬管12之間形成作為環(huán)狀空間的環(huán)狀真空空間13的狀態(tài)覆蓋中心金屬管12的外周；以及金屬制的吸收裝置15，其吸收中心金屬管12和玻璃管14的熱膨脹差。圖1示出太陽(yáng)熱集熱管11的一端側(cè)的部位，太陽(yáng)熱集熱管11的另一端側(cè)的部位也同樣(對(duì)稱)構(gòu)成。
[0021]玻璃管14比中心金屬管12短，在中心金屬管12的端部與玻璃管14的端部之間連接有吸收裝置15。中心金屬管12和吸收裝置15為不銹鋼制。吸收裝置15具有由連接筒17串聯(lián)連接的多個(gè)(在本實(shí)施方式中為2個(gè))波紋管16-1、16-2，即第I及第2波紋管16-1、16-2。這些波紋管16-1、16-2配置成隔著連接筒17在徑向上重疊。在此，“波紋管串聯(lián)連接”意味著以如下方式連接:多個(gè)波紋管同時(shí)伸長(zhǎng)或收縮，并且其伸長(zhǎng)量或收縮量的合計(jì)成為吸收裝置整體的伸長(zhǎng)量或收縮量。連接筒17的長(zhǎng)度與兩波紋管16_1、16_2幾乎相同，連接筒17在一端具有向徑向外側(cè)突出的外側(cè)凸緣17a，在另一端具有向徑向內(nèi)側(cè)突出的內(nèi)側(cè)凸緣17b。
[0022]各波紋管16-1、16-2具有蛇腹部18和形成在蛇腹部18的兩端的第I圓筒部19a及第2圓筒部19b。兩波紋管16-1、16-2的蛇腹部18的長(zhǎng)度彼此相同。配置在徑向外側(cè)的第I波紋管16-1的第I及第2圓筒部19a、19b的直徑與玻璃管14的直徑相同。第I波紋管16-1在第I圓筒部19a處經(jīng)由可伐合金制環(huán)20與玻璃管14連接，第2圓筒部19b的端部與連接筒17的外側(cè)凸緣17a連接，優(yōu)選焊接。可伐合金是對(duì)鐵配合鎳和鈷而得到的合金，熱膨脹率在金屬中較低，接近硬質(zhì)玻璃。
[0023]配置在徑向內(nèi)側(cè)的第2波紋管16-2在第I圓筒部19a處與連接筒17的內(nèi)側(cè)凸緣17b連接，優(yōu)選焊接，第2圓筒部19b的端部與在中心金屬管12形成的凸緣部12a的外周部連接，優(yōu)選焊接。凸緣部12a通過(guò)在中心金屬管12的外周面利用焊接固定環(huán)狀的不銹鋼板而形成。即，在本實(shí)施方式的吸收裝置15中，相對(duì)于玻璃管14在徑向內(nèi)側(cè)配置有波紋管16-1、16-2。所謂“相對(duì)于玻璃管14在徑向內(nèi)側(cè)”，并非僅意味著配置在徑向最外側(cè)的波紋管(在本實(shí)施方式中為第I波紋管16-1)完全不配置在玻璃管14的徑向外側(cè)。即，“相對(duì)于玻璃管14在徑向內(nèi)側(cè)”包括配置在徑向最外側(cè)的波紋管(在本實(shí)施方式中為第I波紋管16-1)以配置在與玻璃管14實(shí)質(zhì)上相同的徑向位置的方式與玻璃管14連接的情況，更具體而言，包括配置在徑向最外側(cè)的波紋管的第I及第2圓筒部19a、19b的直徑與玻璃管14的直徑實(shí)質(zhì)上相同(因此，蛇腹部18的一部分配置在玻璃管14的徑向外側(cè))的情況。
[0024]接著，對(duì)如前所述構(gòu)成的太陽(yáng)熱集熱管11的作用進(jìn)行說(shuō)明。
[0025]太陽(yáng)熱集熱管11中，從一端側(cè)導(dǎo)入到中心金屬管12的載熱體，在直到從中心金屬管12的另一端側(cè)排出為止的期間，通過(guò)來(lái)自中心金屬管12的熱傳導(dǎo)而加熱，加熱后的載熱體被利用于制暖裝置、溫水器、發(fā)電等。
[0026]例如，太陽(yáng)熱集熱管11配設(shè)成中心金屬管12位于反射面為凹面的反射鏡的焦點(diǎn)。雖然根據(jù)反射鏡的性能、環(huán)境溫度、載熱體在中心金屬管12內(nèi)的移動(dòng)速度等而不同，但中心金屬管12的溫度上升至400°C左右，玻璃管14的溫度成為100°C左右。中心金屬管12隔著環(huán)狀真空空間13由玻璃管14覆蓋，因此，由通過(guò)玻璃管14而入射的太陽(yáng)光加熱后的中心金屬管12的熱高效地對(duì)在中心金屬管12中流通的載熱體進(jìn)行加熱。
[0027]雖然不銹鋼制的第I波紋管16-1的熱膨脹率與玻璃管14的熱膨脹率大不相同，但由于第I波紋管16-1經(jīng)由可伐合金制環(huán)20與玻璃管14連接，所以伴隨第I波紋管16-1的伸長(zhǎng)及收縮而產(chǎn)生的力不直接傳遞到玻璃管14，可抑制玻璃管14因第I波紋管16-1的伸長(zhǎng)及收縮而損傷。
[0028]接著，詳細(xì)敘述吸收裝置15的作用。通過(guò)由太陽(yáng)光加熱后的中心金屬管12和玻璃管14的熱膨脹差，會(huì)對(duì)吸收裝置15施加使吸收裝置15伸長(zhǎng)的力。將熱膨脹前和最大熱膨脹后的中心金屬管12的端部與玻璃管14的端部的位置關(guān)系示于圖2A和圖2B。若如圖2A所示，將熱膨脹前的中心金屬管12的端部與玻璃管14的端部的間隔設(shè)為S0，如圖2B所示，將最大熱膨脹后的中心金屬管12的端部與玻璃管14的端部的間隔設(shè)為SI，則需要利用吸收裝置15來(lái)吸收SI與SO之差即“S1-S0”。將伸長(zhǎng)前的波紋管16-1、16-2的長(zhǎng)度分別設(shè)為L(zhǎng)，則各波紋管16-1、16-2最大伸長(zhǎng)時(shí)的各波紋管16-1、16-2的長(zhǎng)度成為1.3L。以玻璃管14的端部為基準(zhǔn)，將這些波紋管16-1、16-2和連接筒17的位置關(guān)系示意性地示于圖2B。由于第I波紋管16-1的長(zhǎng)度成為1.3L，所以連接筒17的位置從第I波紋管16_1的伸長(zhǎng)前的位置向凸緣部12a側(cè)移動(dòng)0.3L。此外，在圖2B中以雙點(diǎn)劃線示出連接筒17移動(dòng)前的內(nèi)側(cè)凸緣17b的位置。第2波紋管16-2的長(zhǎng)度成為1.3L。其結(jié)果，吸收裝置15的長(zhǎng)度從中心金屬管12和玻璃管14的熱膨脹前的狀態(tài)伸長(zhǎng)第I及第2波紋管16-1、16-2各自的伸長(zhǎng)量0.3L之和即0.6L。因此，若設(shè)定波紋管16-1、16-2的伸長(zhǎng)前的長(zhǎng)度L以使得0.6L成為“S1-S0”以上，則吸收裝置15能夠吸收伴隨中心金屬管12和玻璃管14的熱膨脹的兩者的熱膨脹差。該長(zhǎng)度L成為以往使用I個(gè)波紋管的情況下的1/2。此外，忽視連接筒17的伸長(zhǎng)。
[0029]根據(jù)該實(shí)施方式，能夠得到以下所示的效果。
[0030](I)太陽(yáng)熱集熱管11具備:中心金屬管12，其能夠供載熱體流通；玻璃管14，其覆蓋中心金屬管12的外周以使得在該玻璃管14與中心金屬管12之間形成環(huán)狀真空空間13 ；吸收裝置15，其吸收中心金屬管12和玻璃管14的熱膨脹差。并且，在吸收裝置15中，2個(gè)金屬制的波紋管16-1、16-2由連接筒17串聯(lián)連接。另外，波紋管16-1、16-2配置成隔著連接筒17在徑向上重疊。因而，在熱膨脹后的狀態(tài)下，吸收裝置15的伸長(zhǎng)量成為這些波紋管16-1、16-2各自的伸長(zhǎng)量之和。另外，由于使用相同長(zhǎng)度的波紋管作為2個(gè)波紋管16-1、16-2，2個(gè)波紋管配置成在徑向上重疊的狀態(tài)，所以吸收裝置15中的波紋管部分的長(zhǎng)度成為I個(gè)波紋管的長(zhǎng)度。因此，能夠減小太陽(yáng)熱的入射被吸收裝置15的波紋管16-1、16-2遮擋的區(qū)域，能夠增大有效區(qū)域率。
[0031](2)波紋管16-1、16-2是2個(gè)。因此，與波紋管的數(shù)為3個(gè)以上的情況相比，制造變得容易。
[0032](3)相對(duì)于玻璃管14在徑向內(nèi)側(cè)配置有波紋管16-1、16_2。由于配置在徑向最內(nèi)偵_第2波紋管16-2與中心金屬管12連接，所以在波紋管16-1、16-2伸長(zhǎng)的情況下，在連接筒17伴隨波紋管16-1、16-2的伸長(zhǎng)而移動(dòng)時(shí)，連接筒17不與將第2波紋管16_2和中心金屬管12連接的部分即凸緣部12a干涉而容易移動(dòng)。另外，在與玻璃管14的直徑相同的太陽(yáng)熱集熱管11進(jìn)行比較的情況下，與相對(duì)于玻璃管14在徑向外側(cè)配置波紋管16-1、16-2的結(jié)構(gòu)相比，能夠減小太陽(yáng)熱集熱管11的配置空間。
[0033](4)中心金屬管12為不銹鋼制，能夠通過(guò)焊接進(jìn)行連接，所以容易確保連接部的氣密狀態(tài)，可確保環(huán)狀真空空間13的真空度。另外。不銹鋼管在耐蝕性和/或強(qiáng)度上優(yōu)異，在各種領(lǐng)域被使用，容易入手且在成本上也是有利的。
[0034](5)金屬制的第2波紋管16-2焊接于在中心金屬管12形成的凸緣部12a。第2波紋管16-2的蛇腹部18的直徑比中心金屬管12的直徑大，因此，要想將兩者焊接，需要在第2波紋管16-2或中心金屬管12的某一方設(shè)置凸緣部。在本實(shí)施方式中，由于在中心金屬管12形成有凸緣部12a，所以與在第2波紋管16-2設(shè)置凸緣部12a的情況相比，能夠容易形成。
[0035](6)在第I波紋管16-1與第2波紋管16_2之間配置有連接筒17。因此，彼此的蛇腹部18能夠不干涉地伸縮。
[0036]實(shí)施方式不限定于所述內(nèi)容，例如，也可以如下具體化。
[0037]吸收裝置15也可以是相對(duì)于玻璃管14在徑向外側(cè)配置有波紋管16-1、16-2的結(jié)構(gòu)。所謂“相對(duì)于玻璃管14在徑向外側(cè)”，并非僅意味著配置在徑向最內(nèi)側(cè)的波紋管(在本結(jié)構(gòu)中為第I波紋管16-1)完全不配置在玻璃管14的徑向內(nèi)側(cè)。即，“相對(duì)于玻璃管14在徑向外側(cè)”包括配置在徑向最內(nèi)側(cè)的波紋管(在本結(jié)構(gòu)中為第I波紋管16-1)以配置在與玻璃管14實(shí)質(zhì)上相同的徑向位置的方式與玻璃管14連接的情況，更具體而言，包括配置在徑向最內(nèi)側(cè)的波紋管的第I及第2圓筒部19a、19b的直徑與玻璃管14的直徑實(shí)質(zhì)上相同(因此，蛇腹部18的一部分配置在玻璃管14的徑向內(nèi)側(cè))的情況。具體而言，如圖3所示，經(jīng)由可伐合金制環(huán)20與玻璃管14連接的第I波紋管16-1配置在徑向內(nèi)側(cè)，與中心金屬管12連接的第2波紋管16-2配置在徑向外側(cè)。在該結(jié)構(gòu)中，即使在波紋管的數(shù)量多的情況下，也能夠不增大玻璃管14和中心金屬管12的直徑差而容易地設(shè)置所期望的數(shù)量的波紋管。
[0038]也可以使用長(zhǎng)度不同的波紋管作為構(gòu)成吸收裝置15的波紋管16-1、16_2。例如，如圖4所示，也可以使徑向外側(cè)的波紋管16-1的長(zhǎng)度比徑向內(nèi)側(cè)的波紋管16-2的長(zhǎng)度長(zhǎng)。在將多個(gè)波紋管在徑向上重疊配置的情況下，能夠?qū)⑴渲迷趶较蛲鈧?cè)的波紋管、即直徑較大的波紋管的強(qiáng)度設(shè)定得高，所以能夠增大伸縮量。因此，通過(guò)使徑向外側(cè)的波紋管16-1的長(zhǎng)度比徑向內(nèi)側(cè)的波紋管16-2的長(zhǎng)度長(zhǎng)，能夠在相同長(zhǎng)度的吸收裝置15中提高熱膨脹差吸收能力。
[0039]構(gòu)成吸收裝置15的波紋管的數(shù)量不限于2個(gè)，也可以是3個(gè)以上。例如，在使用3個(gè)波紋管16-1、16-2、16-3的情況下，如圖5所示，將3個(gè)波紋管16_1、16_2、16_3和2個(gè)連接筒17在交替重疊的狀態(tài)下配置。在該結(jié)構(gòu)中，吸收裝置15的伸縮量也是波紋管16-1、16-2、16-3各自的伸縮量的合計(jì)，具有I個(gè)波紋管的長(zhǎng)度的吸收裝置15實(shí)現(xiàn)I個(gè)波紋管的伸縮量的3倍的伸縮量。
[0040]在各波紋管16-1、16-2、16-3中，第I及第2圓筒部19a、19b的直徑也可以不與蛇腹部18的山部和谷部的中間的直徑相同，也可以比其大或者比其小。
[0041]在各波紋管16-1、16-2、16-3中，第I及第2圓筒部19a、19b的直徑也可以不同，第I圓筒部19a的直徑也可以比第2圓筒部19b的直徑大或者比其小。
[0042]在各波紋管16-1、16-2、16-3中，蛇腹部18的褶皺壁(壁)不限于V形，也可以是U形。
[0043]波紋管16-1、16_2與中心金屬管12的連接也可以設(shè)為:不在中心金屬管12形成凸緣部12a，而在波紋管16-1、16-2的第2圓筒部19b形成凸緣部，將該凸緣部與中心金屬管12的端部連接(優(yōu)選，焊接)。
[0044]也可以利用不銹鋼以外的金屬來(lái)形成中心金屬管12和/或波紋管16-1、16_2、16-3或者連接筒17。
[0045]環(huán)狀空間不限于環(huán)狀真空空間13。例如，也可以使熱傳導(dǎo)率比空氣小的氣體以通常的大氣壓以上的壓力充滿環(huán)狀空間，使熱傳導(dǎo)率與真空空間為相同程度。此外，“真空空間”不僅包括完全的真空空間，還包括由壓力比通常的大氣壓低的氣體充滿的空間。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽(yáng)熱集熱管，具備: 中心金屬管，其能夠供載熱體流通； 玻璃管，其覆蓋所述中心金屬管的外周以使得在該玻璃管與所述中心金屬管之間形成環(huán)狀空間；以及 吸收裝置，其構(gòu)成為吸收所述中心金屬管和所述玻璃管的熱膨脹差， 所述吸收裝置具有連接筒和由該連接筒串聯(lián)連接的多個(gè)金屬制的波紋管， 所述波紋管配置成隔著所述連接筒在徑向上重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)熱集熱管， 所述波紋管是2個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽(yáng)熱集熱管， 相對(duì)于所述玻璃管在徑向內(nèi)側(cè)配置有所述波紋管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽(yáng)熱集熱管， 相對(duì)于所述玻璃管在徑向外側(cè)配置有所述波紋管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)熱集熱管， 所述波紋管中，配置在徑向外側(cè)的波紋管具有比配置在徑向內(nèi)側(cè)的波紋管長(zhǎng)的長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】F24J2/24GK104508396SQ201380040165
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月1日
【發(fā)明者】竹內(nèi)范仁, 巖俊昭, 小川義博 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī), 伊格爾工業(yè)股份有限公司