[实用新型]一种集热管的玻璃-金属封接结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及玻璃-金属封接结构，该结构具有封接强度好，气密性高，特别适用高温、高压的真空绝缘和绝热领域，比如槽式光热发电高温集热管的玻璃-金属封接，大功率电子管、高压灭弧管、X射线管等电子器件的玻璃-金属封接。 

背景技术

太阳能光热发电是将太阳能进行光学聚焦，对介质进行加热，然后通过热交换产生高温高压蒸汽，驱动汽轮机发电。光热发电的集热系统是整个发电系统的关键核心部件。在过去的30多年时间里，美国和以色列等国家国分别探讨了塔式集热、蝶式集热、槽式集热等形式的集热方法，通过实践对比，槽式集热技术具有投资少、效率高、运行稳定、适合大规模电站、因此成为重要的集热方式。 

槽式集热技术是将高温集热管置于一个弧面反射镜的光学聚焦焦点位置上，光能通过弧面反射镜的全反射聚集在高温真空集热管上，使光能转化为热能，可将高温集热管内的介质加热到450℃以上，要比普通太阳能真空集热管的温度（≤100℃以下）高出350℃以上，对于集热管按使用温度要求可分为三类：低温集热管≤100℃；中温集热管100-450℃；高温集热管≥450℃，因此槽式光热发电集热属于高温集热技术。 

高温集热管是由玻璃外管和镀膜不锈钢内管所组成，在端部使用膨胀节将玻璃管和金属连接在一起，排除玻璃管与不锈钢管之间的气体将玻璃管与不锈钢管之间的气体抽出，使其两者之间形成真空，这样既能实现热量最大限度程度地收集到镀膜金属内管里，又可以通过真空来抑制防止热量散失。玻璃与金属之间的连接技术称为封接技术，所用的玻璃材料一般为硼硅酸盐玻璃体系。槽试光热发电就是通过高温集热管的阵列排布，将高温集热管串并联起来，构成一个庞大的太阳能集热场。 

从光热电站运行和测试情况来看，槽式集热方式具有成本低、投资少、效率高，运行可靠性好、便于大面积集热，可以并且通过蓄能方式来可实现24 小时不间断的发电的优势，槽式集热系统逐步成为全球重点开发和应用的光热发电主导技术。 

槽式集热是典型的光学聚焦型集热方式，其高温状态和使用环境对玻璃-金属封接提出了极为苛刻的要求，其核心要求在于：1）抗热震冲击能力，以保证封接端头在热冲击作用下（高低温冲击、气候变化的热冲击）玻璃管或封接部位不能破损破坏和不漏气；2）机械强度高，以保证在热冲击、装置变形、重力等作用下不破损和不漏气。 

玻璃-金属结构、材料与封接形式是保持高温集热管真空气密性的关键所在，是槽式光热电站稳定运行的保障，由此决定了玻璃-金属结构成为光热发电系统的可靠性，目前，其成为槽式光热发电系统的发展瓶颈。只有攻克这项技术，才能实现整个槽式集热系统稳定运行。 

目前，在槽式光热发电系统的高温集热管的玻璃-金属封接，普遍采用非匹配封接技术（两者的膨胀系数相差较大，一般差大于10%以上，甚至300%），在封接部位应力较大，比如不锈钢304-硼硅3.3玻璃（在50-300℃范围，不锈钢304的膨胀系数为17-18×10^-6/℃，硼硅3.3玻璃的膨胀系数为3.3*10^-6/℃，化学稳定性极好的硼硅酸盐玻璃，全球著名产品包括PYREX/DURAN/BJTY等），可伐合金4J29-硼硅3.3玻璃，（在50-300℃范围，可伐合金4J29的膨胀系数为4.7-5.3×10^-6/℃），硼硅3.3玻璃确实在很多方面具有优良特性玻璃的确在很多方面具有优良特性，尤其在热学性能、化学稳定性方面，但是其封接润湿性是很差的，所以，在全球30年的应用时间里发现有20%以上出现漏气而导致集热管的真空失效和封接部位破损。另外为了避免非匹配封接的不利，高温集热管开始进行匹配封接，基本通过两种技术手段加以解决的，1）通过递次封接方式实现匹配封接，比如可伐合金4J29与硼硅3.3玻璃之间需要4种以上的玻璃来过渡才能实现与可伐和硼硅碰硅3.3玻璃的匹配封接，由于增加了封接部位的数量，漏气风险大幅增加，另外，工作量也出现成倍增加，严重地影响了生产效率，再者，对于期间的过渡玻璃生产和采购也带来巨大难度，现在全球很难在一家企业完成多种牌号玻璃制造和供应，为生产带来不确定性；2）通过可伐合金4J29与5.0医药玻璃或CN1657460A的玻璃进行直接匹配封接，即使5.0医药玻璃或CN1657460A的玻璃确实优于硼 硅3.3玻璃的封接特性性，但是其封接致密性和封接强度也还不是很好，另外该类玻璃应变点过高，高于可伐合金的居里点温度（约为430℃），导致封接部位在退火时仍有较大应力难于消除，在光热发电的热交变温度作用条件环境下，仍然不能依然未能获得最佳可靠的应用性效果。