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CN104508396A - 太阳热集热管 - Google Patents

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CN104508396A
CN104508396A CN201380040165.5A CN201380040165A CN104508396A CN 104508396 A CN104508396 A CN 104508396A CN 201380040165 A CN201380040165 A CN 201380040165A CN 104508396 A CN104508396 A CN 104508396A
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岩俊昭
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Toyota Industries Corp
Eagle Industry Co Ltd
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Abstract

一种太阳热集热管，具备：中心金属管，其能够供载热体流通；玻璃管，其覆盖所述中心金属管的外周以使得在该玻璃管与所述中心金属管之间形成环状空间；以及吸收装置，其构成为吸收所述中心金属管和所述玻璃管的热膨胀差。所述吸收装置具有连接筒和由该连接筒串联连接的多个金属制的波纹管，所述波纹管配置成隔着所述连接筒在径向上重叠。

Description

太阳热集热管
技术领域
本发明涉及太阳热集热管，详细而言，涉及中心金属管和玻璃管经由吸收中心金属管和玻璃管的热膨胀差的吸收装置而连接的太阳热集热管，所述中心金属管供载热体流通，所述玻璃管包围该中心金属管而在该玻璃管与中心金属管之间形成环状空间。
背景技术
在利用太阳热来加热供载热体流通的金属管、从而加热载热体并利用该热的情况下，在金属管与大气接触的状态下，加热后的金属管的热会传递到大气，所以载热体不会高效地被加热。因此，利用玻璃管围住金属管而在该玻璃管与金属管之间形成环状空间，来防止由太阳热加热后的金属管的热向大气热传递。但是，由于金属管和玻璃管的热膨胀率差大，所以需要设置吸收金属管和玻璃管的热膨胀差的吸收装置。由于金属管的温度会达到数百度，所以吸收装置由金属形成。作为吸收装置，通常使用波纹管，但若将金属制的波纹管和玻璃管直接连接，则在波纹管伸缩时，玻璃管与波纹管的连接部容易损伤。
以往，如图6所示，有人提出了使用波纹管3和玻璃金属转移元件34来连接中心金属管31和玻璃管32的结构(参照专利文献1)。波纹管33的内侧端部33a使用连结元件35与中心金属管31连结，外侧端部33b通过玻璃金属转移元件34与玻璃管32连接。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2004-251612号公报
发明内容
发明要解决的问题
太阳热集热管的全长中，太阳光能够入射到中心金属管31的范围是除了由波纹管33和玻璃金属转移元件34覆盖的范围以外的范围。在专利文献1中，由于玻璃金属转移元件34设置在波纹管33的外侧，所以太阳光能够入射到中心金属管31的范围是除了由波纹管33覆盖的范围以外的范围。波纹管33具有能够吸收中心金属管31和玻璃管32的热膨胀差的最大量的长度。
然而，在波纹管的伸缩前的长度为L的情况下，能够通过伸缩而变化的长度是0.3L左右，若进一步使其伸缩，则波纹管会塑性变形而不能恢复到原来的状态。在现有技术中，由于设置有1个波纹管，所以例如在中心金属管31和玻璃管32的热膨胀差的最大量为0.6L时，波纹管33的长度需要2L，有效区域率变小。在此，有效区域率是太阳光能够入射到中心金属管31的区域的长度相对于太阳热集热管的全长的比例。
本公开的目的在于提供一种能够减小太阳热的入射被吸收热膨胀差的波纹管遮挡的区域而增大有效区域率的太阳热集热管。
用于解决问题的手段
用于达成所述目的的太阳热集热管具备：中心金属管，其能够供载热体流通；玻璃管，其覆盖所述中心金属管的外周以使得在该玻璃管与所述中心金属管之间形成环状空间；吸收装置，其构成为吸收所述中心金属管和所述玻璃管的热膨胀差。所述吸收装置具有连接筒和由该连接筒串联连接的多个金属制的波纹管，所述波纹管配置成隔着所述连接筒在径向上重叠。
附图说明
图1是一实施方式的太阳热集热管的局部剖视图。
图2A是示出图1的太阳热集热管的吸收装置的作用的示意图。
图2B是示出图1的太阳热集热管的吸收装置的作用的示意图。
图3是其他实施方式的太阳热集热管的局部剖视图。
图4是其他实施方式的太阳热集热管的局部剖视图。
图5是其他实施方式的太阳热集热管的局部剖视图。
图6是现有技术的太阳热集热管的局部剖视图。
具体实施方式
以下，按照图1和图2，对一实施方式进行说明。
如图1所示，太阳热集热管11具备：中心金属管12，其能够供载热体流通；玻璃管14，其以在该玻璃管14与中心金属管12之间形成作为环状空间的环状真空空间13的状态覆盖中心金属管12的外周；以及金属制的吸收装置15，其吸收中心金属管12和玻璃管14的热膨胀差。图1示出太阳热集热管11的一端侧的部位，太阳热集热管11的另一端侧的部位也同样(对称)构成。
玻璃管14比中心金属管12短，在中心金属管12的端部与玻璃管14的端部之间连接有吸收装置15。中心金属管12和吸收装置15为不锈钢制。吸收装置15具有由连接筒17串联连接的多个(在本实施方式中为2个)波纹管16-1、16-2，即第1及第2波纹管16-1、16-2。这些波纹管16-1、16-2配置成隔着连接筒17在径向上重叠。在此，“波纹管串联连接”意味着以如下方式连接：多个波纹管同时伸长或收缩，并且其伸长量或收缩量的合计成为吸收装置整体的伸长量或收缩量。连接筒17的长度与两波纹管16-1、16-2几乎相同，连接筒17在一端具有向径向外侧突出的外侧凸缘17a，在另一端具有向径向内侧突出的内侧凸缘17b。
各波纹管16-1、16-2具有蛇腹部18和形成在蛇腹部18的两端的第1圆筒部19a及第2圆筒部19b。两波纹管16-1、16-2的蛇腹部18的长度彼此相同。配置在径向外侧的第1波纹管16-1的第1及第2圆筒部19a、19b的直径与玻璃管14的直径相同。第1波纹管16-1在第1圆筒部19a处经由可伐合金制环20与玻璃管14连接，第2圆筒部19b的端部与连接筒17的外侧凸缘17a连接，优选焊接。可伐合金是对铁配合镍和钴而得到的合金，热膨胀率在金属中较低，接近硬质玻璃。
配置在径向内侧的第2波纹管16-2在第1圆筒部19a处与连接筒17的内侧凸缘17b连接，优选焊接，第2圆筒部19b的端部与在中心金属管12形成的凸缘部12a的外周部连接，优选焊接。凸缘部12a通过在中心金属管12的外周面利用焊接固定环状的不锈钢板而形成。即，在本实施方式的吸收装置15中，相对于玻璃管14在径向内侧配置有波纹管16-1、16-2。所谓“相对于玻璃管14在径向内侧”，并非仅意味着配置在径向最外侧的波纹管(在本实施方式中为第1波纹管16-1)完全不配置在玻璃管14的径向外侧。即，“相对于玻璃管14在径向内侧”包括配置在径向最外侧的波纹管(在本实施方式中为第1波纹管16-1)以配置在与玻璃管14实质上相同的径向位置的方式与玻璃管14连接的情况，更具体而言，包括配置在径向最外侧的波纹管的第1及第2圆筒部19a、19b的直径与玻璃管14的直径实质上相同(因此，蛇腹部18的一部分配置在玻璃管14的径向外侧)的情况。
接着，对如前所述构成的太阳热集热管11的作用进行说明。
太阳热集热管11中，从一端侧导入到中心金属管12的载热体，在直到从中心金属管12的另一端侧排出为止的期间，通过来自中心金属管12的热传导而加热，加热后的载热体被利用于制暖装置、温水器、发电等。
例如，太阳热集热管11配设成中心金属管12位于反射面为凹面的反射镜的焦点。虽然根据反射镜的性能、环境温度、载热体在中心金属管12内的移动速度等而不同，但中心金属管12的温度上升至400℃左右，玻璃管14的温度成为100℃左右。中心金属管12隔着环状真空空间13由玻璃管14覆盖，因此，由通过玻璃管14而入射的太阳光加热后的中心金属管12的热高效地对在中心金属管12中流通的载热体进行加热。
虽然不锈钢制的第1波纹管16-1的热膨胀率与玻璃管14的热膨胀率大不相同，但由于第1波纹管16-1经由可伐合金制环20与玻璃管14连接，所以伴随第1波纹管16-1的伸长及收缩而产生的力不直接传递到玻璃管14，可抑制玻璃管14因第1波纹管16-1的伸长及收缩而损伤。
接着，详细叙述吸收装置15的作用。通过由太阳光加热后的中心金属管12和玻璃管14的热膨胀差，会对吸收装置15施加使吸收装置15伸长的力。将热膨胀前和最大热膨胀后的中心金属管12的端部与玻璃管14的端部的位置关系示于图2A和图2B。若如图2A所示，将热膨胀前的中心金属管12的端部与玻璃管14的端部的间隔设为S0，如图2B所示，将最大热膨胀后的中心金属管12的端部与玻璃管14的端部的间隔设为S1，则需要利用吸收装置15来吸收S1与S0之差即“S1-S0”。将伸长前的波纹管16-1、16-2的长度分别设为L，则各波纹管16-1、16-2最大伸长时的各波纹管16-1、16-2的长度成为1.3L。以玻璃管14的端部为基准，将这些波纹管16-1、16-2和连接筒17的位置关系示意性地示于图2B。由于第1波纹管16-1的长度成为1.3L，所以连接筒17的位置从第1波纹管16-1的伸长前的位置向凸缘部12a侧移动0.3L。此外，在图2B中以双点划线示出连接筒17移动前的内侧凸缘17b的位置。第2波纹管16-2的长度成为1.3L。其结果，吸收装置15的长度从中心金属管12和玻璃管14的热膨胀前的状态伸长第1及第2波纹管16-1、16-2各自的伸长量0.3L之和即0.6L。因此，若设定波纹管16-1、16-2的伸长前的长度L以使得0.6L成为“S1-S0”以上，则吸收装置15能够吸收伴随中心金属管12和玻璃管14的热膨胀的两者的热膨胀差。该长度L成为以往使用1个波纹管的情况下的1/2。此外，忽视连接筒17的伸长。
根据该实施方式，能够得到以下所示的效果。
(1)太阳热集热管11具备：中心金属管12，其能够供载热体流通；玻璃管14，其覆盖中心金属管12的外周以使得在该玻璃管14与中心金属管12之间形成环状真空空间13；吸收装置15，其吸收中心金属管12和玻璃管14的热膨胀差。并且，在吸收装置15中，2个金属制的波纹管16-1、16-2由连接筒17串联连接。另外，波纹管16-1、16-2配置成隔着连接筒17在径向上重叠。因而，在热膨胀后的状态下，吸收装置15的伸长量成为这些波纹管16-1、16-2各自的伸长量之和。另外，由于使用相同长度的波纹管作为2个波纹管16-1、16-2，2个波纹管配置成在径向上重叠的状态，所以吸收装置15中的波纹管部分的长度成为1个波纹管的长度。因此，能够减小太阳热的入射被吸收装置15的波纹管16-1、16-2遮挡的区域，能够增大有效区域率。
(2)波纹管16-1、16-2是2个。因此，与波纹管的数为3个以上的情况相比，制造变得容易。
(3)相对于玻璃管14在径向内侧配置有波纹管16-1、16-2。由于配置在径向最内侧的第2波纹管16-2与中心金属管12连接，所以在波纹管16-1、16-2伸长的情况下，在连接筒17伴随波纹管16-1、16-2的伸长而移动时，连接筒17不与将第2波纹管16-2和中心金属管12连接的部分即凸缘部12a干涉而容易移动。另外，在与玻璃管14的直径相同的太阳热集热管11进行比较的情况下，与相对于玻璃管14在径向外侧配置波纹管16-1、16-2的结构相比，能够减小太阳热集热管11的配置空间。
(4)中心金属管12为不锈钢制，能够通过焊接进行连接，所以容易确保连接部的气密状态，可确保环状真空空间13的真空度。另外。不锈钢管在耐蚀性和/或强度上优异，在各种领域被使用，容易入手且在成本上也是有利的。
(5)金属制的第2波纹管16-2焊接于在中心金属管12形成的凸缘部12a。第2波纹管16-2的蛇腹部18的直径比中心金属管12的直径大，因此，要想将两者焊接，需要在第2波纹管16-2或中心金属管12的某一方设置凸缘部。在本实施方式中，由于在中心金属管12形成有凸缘部12a，所以与在第2波纹管16-2设置凸缘部12a的情况相比，能够容易形成。
(6)在第1波纹管16-1与第2波纹管16-2之间配置有连接筒17。因此，彼此的蛇腹部18能够不干涉地伸缩。
实施方式不限定于所述内容，例如，也可以如下具体化。
吸收装置15也可以是相对于玻璃管14在径向外侧配置有波纹管16-1、16-2的结构。所谓“相对于玻璃管14在径向外侧”，并非仅意味着配置在径向最内侧的波纹管(在本结构中为第1波纹管16-1)完全不配置在玻璃管14的径向内侧。即，“相对于玻璃管14在径向外侧”包括配置在径向最内侧的波纹管(在本结构中为第1波纹管16-1)以配置在与玻璃管14实质上相同的径向位置的方式与玻璃管14连接的情况，更具体而言，包括配置在径向最内侧的波纹管的第1及第2圆筒部19a、19b的直径与玻璃管14的直径实质上相同(因此，蛇腹部18的一部分配置在玻璃管14的径向内侧)的情况。具体而言，如图3所示，经由可伐合金制环20与玻璃管14连接的第1波纹管16-1配置在径向内侧，与中心金属管12连接的第2波纹管16-2配置在径向外侧。在该结构中，即使在波纹管的数量多的情况下，也能够不增大玻璃管14和中心金属管12的直径差而容易地设置所期望的数量的波纹管。
也可以使用长度不同的波纹管作为构成吸收装置15的波纹管16-1、16-2。例如，如图4所示，也可以使径向外侧的波纹管16-1的长度比径向内侧的波纹管16-2的长度长。在将多个波纹管在径向上重叠配置的情况下，能够将配置在径向外侧的波纹管、即直径较大的波纹管的强度设定得高，所以能够增大伸缩量。因此，通过使径向外侧的波纹管16-1的长度比径向内侧的波纹管16-2的长度长，能够在相同长度的吸收装置15中提高热膨胀差吸收能力。
构成吸收装置15的波纹管的数量不限于2个，也可以是3个以上。例如，在使用3个波纹管16-1、16-2、16-3的情况下，如图5所示，将3个波纹管16-1、16-2、16-3和2个连接筒17在交替重叠的状态下配置。在该结构中，吸收装置15的伸缩量也是波纹管16-1、16-2、16-3各自的伸缩量的合计，具有1个波纹管的长度的吸收装置15实现1个波纹管的伸缩量的3倍的伸缩量。
在各波纹管16-1、16-2、16-3中，第1及第2圆筒部19a、19b的直径也可以不与蛇腹部18的山部和谷部的中间的直径相同，也可以比其大或者比其小。
在各波纹管16-1、16-2、16-3中，第1及第2圆筒部19a、19b的直径也可以不同，第1圆筒部19a的直径也可以比第2圆筒部19b的直径大或者比其小。
在各波纹管16-1、16-2、16-3中，蛇腹部18的褶皱壁(ひだ壁)不限于V形，也可以是U形。
波纹管16-1、16-2与中心金属管12的连接也可以设为：不在中心金属管12形成凸缘部12a，而在波纹管16-1、16-2的第2圆筒部19b形成凸缘部，将该凸缘部与中心金属管12的端部连接(优选，焊接)。
也可以利用不锈钢以外的金属来形成中心金属管12和/或波纹管16-1、16-2、16-3或者连接筒17。
环状空间不限于环状真空空间13。例如，也可以使热传导率比空气小的气体以通常的大气压以上的压力充满环状空间，使热传导率与真空空间为相同程度。此外，“真空空间”不仅包括完全的真空空间，还包括由压力比通常的大气压低的气体充满的空间。

Claims (5)

1.一种太阳热集热管，具备：
中心金属管，其能够供载热体流通；
玻璃管，其覆盖所述中心金属管的外周以使得在该玻璃管与所述中心金属管之间形成环状空间；以及
吸收装置，其构成为吸收所述中心金属管和所述玻璃管的热膨胀差，
所述吸收装置具有连接筒和由该连接筒串联连接的多个金属制的波纹管，
所述波纹管配置成隔着所述连接筒在径向上重叠。
2.根据权利要求1所述的太阳热集热管，
所述波纹管是2个。
3.根据权利要求1或2所述的太阳热集热管，
相对于所述玻璃管在径向内侧配置有所述波纹管。
4.根据权利要求1或2所述的太阳热集热管，
相对于所述玻璃管在径向外侧配置有所述波纹管。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的太阳热集热管，
所述波纹管中，配置在径向外侧的波纹管具有比配置在径向内侧的波纹管长的长度。
CN201380040165.5A 2012-08-01 2013-07-22 太阳热集热管 Active CN104508396B (zh)

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EP (1) EP2881681B1 (zh)
JP (1) JP6043535B2 (zh)
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