CN102721214B

CN102721214B - 一种平板太阳能集热器板芯流道结构加工方法

Info

Publication number: CN102721214B
Application number: CN 201210226028
Authority: CN
Inventors: 白明军; 张琰
Original assignee: HUBEI CHANGYAOMING SOLAR ENERGY CO Ltd
Current assignee: HUBEI CHANGYAOMING SOLAR ENERGY CO Ltd
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-07-03
Also published as: CN102721214A

Abstract

本发明公开了一种平板太阳能集热器板芯流道结构及加工方法，该流道结构包括表面上具有太阳能选择性吸收涂层的吸热板、设置在吸热板下部的传热介质流道即排管与集管，还包括将所述排管包覆的各个导热板；该集热器板芯的流道全部采用优质不锈钢材料（或其他耐腐材料），集管与排管采用了五种不同的连接结构，并采取真空钎焊（或其他钎焊）的工艺方法将其连接处进行焊接，该焊件密封效果好，安全牢靠，防锈，耐腐蚀，寿命长。

Description

一种平板太阳能集热器板芯流道结构加工方法

技术领域

本发明属于集热器制造领域，涉及太阳能集热器的制造和设计，具体涉及一种平板太阳能集热器板芯流道结构加工方法。更进一步地，涉及一种集热器板芯集管与排管的连接结构与焊接工艺，以及流道与吸热板之间的连接结构与焊接工艺。

背景技术

平板太阳能集热器主要是由吸热板芯，涂覆在吸热板芯上表面的太阳能选择性吸收涂层，与吸热板芯焊接的排管，透明盖板，隔热保温层和外壳构成，排管两端各焊接有一集管，热传导介质是在安装完成后再充入集管、排管中，热传导介质从排管一端的一集管进行一次分配后流入各排管内与吸热板芯进行换热后再从设置在排管另一端的另一集管流出，热传导介质在集管、排管中流动进行吸热。由于现有流道生产均采用铜质管道，焊接处年久后易产生铜绿，不仅影响水质，更重要的是影响到焊接处的寿命及密封性。而在流道与吸热层的焊接中，现有的超声波焊接及激光焊接都是直接对吸热板与排管焊接加工，易造成焊破、焊裂现象，从而使产品报废。

因此，需要对现有平板太阳能集热器进行改造，进而克服现有技术缺陷。

发明内容

本发明针对现有技术的平板太阳能集热器的缺陷，组织力量进行攻关，提出了一种平板太阳能集热器板芯流道结构加工方法，该技术不仅仅克服了现有技术缺陷，还具有热效率更高、使用寿命更长的效果。

依据本发明的技术方案，提供一种制造平板太阳能集热器板芯流道结构的加工方法，其中所述平板太阳能集热器板芯流道结构包括吸热板804、多个排管802、集管801和多个导热板805，在吸热板804表面上涂覆有太阳能选择性吸收涂层803，排管802和集管801为设置在吸热板804下部的传热介质流道，导热板805与排管802一一对应并且各个导热板805分别包覆每个排管802；多个排管802和集管801均为不锈钢材料制造，在排管802与集管801之间的连接处放置真空焊料且全部应用真空钎焊工艺进行焊接；

其包括下述步骤：

a、对集管801进行冲孔和翻孔，对排管802进行缩孔、扩孔或滚筋，将集管801与排管802在连接前均进行清洗，以确保焊接处的清洁度；

b、将洗完后的集管801的翻孔周围采用镍基镀膜技术镀上一层镍，同时排管802前端10-15mm与集管801的连接部位也采用镍基镀膜技术镀上一层相同的镍，镀镍后清洗烘干后再进行拼装；

c、集管801与排管802拼装时，采用辅助支架将集管801与排管802予以固定，在各连接处必须放置真空焊料；

d、拼装后的集管801与排管802组件进入真空焊接设备中；

e、在真空焊接设备的炉温升至200℃前，真空焊接设备的炉内真空度必须达到5x10^-3Pa；在真空焊接设备的炉内真空度达到5x10^-3Pa之后，将真空焊接设备的炉温升温到真空焊料的熔点温度800℃以上，让焊料在真空状态下自行熔焊，利用真空焊料的熔焊特性将整个连接外的间隙全部密封；

f、对拼装后的集管与排管组件形成的真空焊件保温10-20分钟后逐步降温，并在真空状态下冷却至200℃以下，让流道整个表面不被氧化，同时也让连接处间隙里的焊料凝固，形成密封后即可出炉。

其中，在排管802前端1-5mm处进行扩孔，扩孔后的排管802内径与集管801翻孔后的外径相同，翻孔高度为1mm-2.8mm且让排管802前端直接将集管801翻孔后高出部分全部包住。

其次，先将排管802前端1mm-5mm处进行缩孔，缩孔后的排管802外径比排管802原有外径小0.8mm-1.1mm；然后将集管801进行冲孔和翻孔，集管801翻孔后的尺寸与排管802缩孔的尺寸相同，最后将缩孔好的排管802直接插入到翻好孔的集管801中，连接配合间隙处使用真空焊料填充。

此外，对集管801冲孔后翻孔，集管801翻孔后的直径同排管802外径，集管801翻孔高度为3mm，将排管802前端直接插入到集管801的孔中，集管801翻孔内放置定位件，确保排管802插入深度不超过集管801内壁深处2mm。

另外地，对排管802前端4-7mm处由内向外进行滚筋，滚筋直径比排管802原有外径大2mm，滚筋的宽度在2-5mm，后将集管801进行冲孔、翻孔，翻孔后尺寸与排管802外径尺寸相同，翻孔高度为1-3mm，最后将排管802直接插入到翻好孔的集管801中。

优选地，集管801外径尺寸在φ22—φ25mm，而排管802外径尺寸则是φ10mm—φ14mm；集管801和排管802的单壁厚度均在0.3mm—0.7mm之间，连接配合间隙不超过0.15mm，集管801和排管802以垂直90度进行拼接安装；集管801翻孔尺寸在φ10mm—φ15mm，翻孔高度不大于3mm。

优选地，平板太阳能集热器板芯流道结构中的集管801与排管802与吸热板804之间的连接是通过Ω形状铝质导热板805与镀有吸热涂层的铝质吸热板804贴合，贴合后在导热板805两侧采用超声波焊接工艺或激光焊接工艺，实现与吸热板804牢固结合。

本发明所述的平板集热器板芯及其不锈钢流道的连接结构与焊接工艺方法的有益效果是：通过上面所述的连接结构及焊接工艺，将集管与排管更好的连接在一起，加以实施真空钎焊工艺技术，以及流道与吸热层的连接结构和超声波焊接工艺及相关焊接工艺，使得流道的耐腐蚀性强，寿命更长，安全性、密封性更高，成本更经济。

附图说明

图1是本发明所述的流道结构图。

图2是本发明所述的流道第一种集管与排管连接结构图。

图3是本发明所述的流道第二种集管与排管连接结构图。

图4是本发明所述的流道第三种集管与排管连接结构图。

图5是本发明所述的流道第四种集管与排管连接结构图。

图6是本发明所述的流道第五种集管与排管连接结构图。

图7是本发明所述的包覆件与吸热板的焊接示意图。

图8是本发明所述的集热器板芯结构的整体示意图。

图9是本发明所述的集热器板芯结构的局部放大图。

具体实施方式

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：提供平板太阳能集热器板芯流道结构及加工方法，其中流道可以为不锈钢或其他耐腐材料。该工艺能够让板芯集管与排管在焊接前的安装更方便、快捷、实用，真空钎焊工艺使焊处综合性能更优，避免虚焊、焊裂、焊漏现象，更能做到防腐抗冻；同时，能减少其他焊接工艺带来的辅助加工工序。包覆件与吸热板直接接触焊接更能增加吸热面积，确保得热效果，避免与排管直接焊接而造成的因焊破焊裂而泄漏液体的现象。

本发明的平板太阳能集热器板芯流道结构克服了现有技术中的上述缺陷，具有耐高温、低温，抗磨、抗腐蚀，可塑性好、耐氧化等显著优点，虽说在以往的平板集热器的设计中曾很多地部分考虑过平板太阳能集热器板芯流道结构，但是现有技术中的平板太阳能集热器没有使用本发明的流道结构；并且现有技术的在太阳能集热器之外使用的流道结构与本发明的平板太阳能集热器板芯流道结构具有很大区别。此外，现有技术中的太阳能集热器没有使用本发明的焊接工艺确保连接处的焊接牢靠及密封质量，焊接过程也会损害到周边材质的表面效果及特质特性，加上不锈钢材料的导热性相对铜质偏低，因此在该行业中目前没有哪家能够真正得以实施，而本发明中正是借鉴公司前身在不锈钢领域强厚的技术底蕴，结合近年来对平板太阳能行业技术的认真摸索，将不锈钢表面采用镍基镀膜技术，镀上一层过渡性材料-镍，从而使得不锈钢集管与排管连接处安装的真空焊料AgCu28很好的熔化在两管的接合间隙当中，待其冷却、凝固后，连接处的牢固性、密封性、耐腐蚀性均得到很好的保证。同时也采取增加铝质包覆件的方法解决了不锈钢导热性相对差一点的问题，通过不断的试验与研发，终于克服了不锈钢材料在平板太阳能集热器芯流道不能使用不锈钢材料，以及使用不锈钢材料但却不能实现连接处的焊接处理，尤其是无损害焊接等工艺方法，取得了意想不到的技术效果；有效避免虚焊、漏焊带来的产品质量问题，安全可靠，寿命长，耐腐蚀性好，同规格情况下，不锈钢材质流道所制作的集热器比现有铜制流道的集热器要轻1-2公斤，从两种材料的市场行情来看，不锈钢更趋经济。

下面参照附图，对本发明做出详细说明。

参照图8，本发明的平板太阳能集热器板芯流道结构包括表面上具有太阳能选择性吸收涂层803的吸热板804、设置在吸热板804下部的传热介质流道即排管802与集管801，还包括将所述排管包覆的各个导热板805；其特征在于材料为不锈钢构成流道，该流道的排管802与集管801之间采用五种新型连接结构，并在各连接处放置真空焊料，全部应用真空钎焊工艺进行焊接。其中，排管802与集管801之间，采取五种不同的连接结构：

参照图2，如图所示的排管与集管之间连接的第一种结构形状，集管801冲孔后翻孔，翻孔后内径同排管802外径相同，高度为1-3mm，将排管802前端直接插入到集管801的孔中，集管内放置定位件，确保排管802插入深度不超过集管801内壁2mm；

参照图3，如图所示的排管与集管之间连接的第二种结构形状，集管801冲孔后翻孔，翻孔后外径同排管802内径相同，翻孔高度约为1mm-3mm且让排管802前端直接将集管801翻孔后高出部分全部包住。

参照图4，如图所示的排管与集管之间连接的第三种结构形状，排管802前端3-5mm处进行扩孔，扩孔后的排管802内径与集管801翻孔后的外径相同，翻孔高度约为1-3mm让排管802前端直接将集管801翻孔后高出部分全部包住。

参照图5，如图所示的排管与集管之间连接的第四种结构形状，先将排管802前端1mm-5mm处进行缩孔，缩孔后的排管802外径比排管802原有外径小0.8mm-1.1mm；然后将集管801进行冲孔和翻孔，集管801翻孔后的尺寸与排管802缩孔的尺寸相同，最后就可将缩孔好的排管802直接插入到翻好孔的集管801中，连接间隙处使用焊料填充。

参照图6，如图所示的排管与集管之间连接的第五种结构形状，先将排管802前端4-7mm处由内向外进行滚筋，滚筋直径比排管802原有外径大2mm即可，筋的宽度在2-5mm，后将集管801进行冲孔、翻孔，翻孔后尺寸与排管802外径尺寸相同，翻孔高度约为1-3mm，最后就可将排管802直接插入到翻好孔的集管801中。

上述五种结构的共性特点是在集管与排管均采用不锈钢材料加工，集管翻孔高度均为1-3mm左右，配合间隙均不超过0.15mm，两管连接处均须镀上一层镍，以利于真空焊料AgCu28的熔合吸附，焊接均采用真空钎焊工艺。

优选地，集管801外径尺寸一般在φ22—φ25mm，而排管802外径尺寸则是φ10—φ14mm；集管801和排管802的单壁厚度均在0.5mm-0.6mm之间，连接配合间隙不超过0.15mm，集管801和排管802以垂直90度进行拼接安装。集管801翻孔尺寸在φ10—φ15mm，翻孔高度不大于3mm，否则容易造成材料破裂。

在本发明中，可以采用压紧式、卡压式集管与排管结构。

压紧式：利用金属排管与集管内的O型圈压紧密封，该结构寿命短，连接不牢固，强度不够。

卡压式：以带有特种密封圈的承口管件连接管道，用专用工具压紧管口而起到密封和紧固的作用。同样该结构寿命短，连接不牢固，强度不够。

进一步地，本发明的连接结构很好的为真空钎焊工艺的高合格率提供了保障，同时连接处过渡自然，无明显凸出部位，保证了介质的最佳流动效果，焊接后的流道连接牢固、密封性强、寿命长、抗温耐磨。

优化地，本发明的流道连接结构采用集管与排管的之间的连接处放置真空焊料，采取真空钎焊，其工艺流程为：

a、将五种结构的集管801与排管802在连接前均需进行清洗，以确保焊接处的清洁度；

b、将洗完后的集管孔周围镀上一层镍，同时排管前端10-15mm与集管的连接部位也需镀上一层相同的镍，清洗烘干后就可进行拼装；

c、集管与排管拼装时，在各连接处必须放置真空焊料，拼装过程中不得弄脏零件，并采用辅助支架将集管与排管予以固定，防止松散、脱开；

d、拼装后的组件即可进入专用真空设备，在炉温升至200℃前，炉内真空度必须达到5x10^-3Pa，然后可直接升温到真空焊料的熔点温度850℃，让焊料在真空状态下自行熔焊，利用其特有的熔焊特性将整个连接外的间隙全部密封，在保温10-20分钟后逐步降温，并在真空状态下冷却至200℃以下，让流道整个表面不被氧化，同时也让连接处间隙里的焊料凝固，形成密封后即可出炉。

更详细地，提供一种制造平板太阳能集热器板芯流道结构的加工方法，其中集管801与排管802的之间的各连接处放置真空焊料，采取真空钎焊工艺进行焊接，其包括下述步骤：

a、对集管801与排管802进行冲孔或翻孔，将集管801与排管802在连接前均需进行清洗，以确保焊接处的清洁度；

b、将洗完后的集管801孔周围采用镍基镀膜技术镀上一层镍，同时排管802前端10-15mm与集管801的连接部位也采用镍基镀膜技术镀上一层相同的镍，镀镍后清洗烘干后再进行拼装；

d、拼装后的集管801与排管802组件即可进入真空焊接设备中；

f、在对真空焊件（拼装后的集管801与排管802组件）保温10-20分钟后逐步降温，并在真空状态下冷却至200℃以下，让流道整个表面不被氧化，同时也让连接处间隙里的焊料凝固，形成密封后即可出炉。

如图7所示，平板太阳能集热器板芯流道结构中的集管801与排管802与吸热板804之间的连接通过Ω形状铝质导热板805与镀有吸热涂层的铝质吸热板804贴合，贴合后在导热板805两侧采用超声波焊接工艺或激光焊接工艺，实现与吸热板804牢固结合。在排管外表采用Ω形状铝质包覆件，在与排管紧密贴合的情况下中间加一过渡传热物质，在两侧采用超声波焊接工艺或激光焊接与铝质的吸热板焊接，很好的解决了现有吸热板与排管直接焊接造成的流道焊破焊裂而漏液体现象，同时也增加导热面积，进一步提高热传导效率。

使用本发明的平板集热器板芯及其不锈钢或其他耐腐材料流道的连接结构与焊接工艺，让板芯集管与排管在焊接前的安装更方便、快捷、实用，真空钎焊工艺使焊处综合性能更优，避免虚焊、焊裂、焊漏现象，更能做到防腐抗冻；同时，能减少其他焊接工艺带来的辅助加工工序。包覆件与吸热板直接接触焊接更能增加吸热面积，确保得热效果，避免与排管直接焊接而造成的因焊破焊裂而泄漏液体的现象。此外，通过上面所述的连接结构及焊接工艺，将集管与排管更好的连接在一起，加以实施真空钎焊工艺技术，以及流道与吸热层的连接结构和超声波焊接工艺及相关焊接工艺，使得流道的耐腐蚀性强，寿命更长，安全性、密封性更高，成本更经济。

工业实用性：

采用如图2-9所示的平板太阳能集热器板芯流道结构及其加工方法，该集热器板芯的流道全部采用优质不锈钢材料，集管与排管采用了五种不同的连接结构，并在各连接处放置真空焊料，采取真空钎焊的工艺方法将其连接处进行焊接处理，集管与排管组装方便，焊接处固定好高温焊料，利用真空钎焊自然吸附熔焊的特性，在真空状态下高温加热，真空焊料即可完成自熔并密封住连接处的间隙，这一焊接工艺使得焊接件质量的安全可靠性优良，后期密封效果好，不易出现虚焊，漏焊现象，安全牢靠，防锈，耐腐蚀，寿命长。另外，在排管外表采用Ω形状铝质包覆件，在与排管紧密贴合的情况下，在两侧采用超声波焊接工艺与铝质的吸热板焊接，很好解决了现有焊接中与排管直接焊接造成的流道因焊破焊裂而漏液体现象，同时也增加导热面积，进一步提高热传导效率，因流道采用全优质不锈钢材料，相对传统铜制流道来说，其经济成本更是明显降低。

对本发明的平板太阳能集热器板芯流道结构进行相关测试及与现有技术和国家标准进行对比，数据如下：

得热效率、密封性及寿命测试

使用本发明的平板太阳能集热器板芯流道结构的太阳能集热器的得热效率测试记录：

测试时间：2012-5-30上午9：30到下午14：30

测试地点：露天测试场

测试环境：27℃

测试类型：实验测试

测试设备：温度计、多功能温度巡检仪

测试数据：平板型太阳能集热器的瞬时效率η_0.a为0.76；

总热损系数U为2.5—3.5W/(m².℃)

η_0.a：集热器瞬时效率截距；

U：集热器总热损系数

对比情况分析：性能高于国家标准0.72

使用本发明的平板太阳能集热器板芯流道结构密封性的测试记录：

测试时间：2012-5-31下午14：00

测试地点：产品检测车间

测试环境：24℃

测试类型：实验测试

测试设备：气密检漏仪

测试数据：将流道中注入常温水，排尽空气，将管道内水压升至1Mpa，持续10分钟；样品无变形、无破裂、传热工质无泄漏。

对比情况分析：性能高于国家标准0.6Mpa

使用本发明的平板太阳能集热器板芯流道结构的寿命测试记录：

测试时间：2012-6-1上午10：00至6-4上午10：00

测试地点：测试室

测试环境：27℃

测试类型：实验测试

测试设备：盐雾测试箱

测试产品：外围尺寸长200mmX宽100mm的不锈钢材料与铜质材料各一件栅栏型的流道。测试数据：在35°+/-2°密闭环境中，湿度大于85％，PH值在6.5-7.2，用5％+/-1％氯化钠溶液连续72小时盐水喷雾测试，不锈钢表面无生锈，气泡，裂痕及变色等不良现象.而铜质流道出现外表颜色发黑现象。

对比情况分析：不锈钢流道在防腐性能上面优于铜质流道

如上述，已经清楚详细地描述了本发明提出的方法，及应用本发明的技术方案的技术效果。但是本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出多种修改。

Claims

1.一种制造平板太阳能集热器板芯流道结构的加工方法，其中所述平板太阳能集热器板芯流道结构包括吸热板（804）、多个排管（802）、集管（801）和多个导热板（805），在吸热板（804）表面上涂覆有太阳能选择性吸收涂层（803），排管（802）和集管（801）为设置在吸热板（804）下部的传热介质流道，导热板（805）与排管（802）一一对应并且各个导热板（805）分别包覆每个排管（802）；多个排管（802）和集管（801）均为不锈钢材料制造，在排管（802）与集管（801）之间的连接处放置真空焊料且全部应用真空钎焊工艺进行焊接；

其包括下述步骤：

a、对集管（801）进行冲孔和翻孔，对排管（802）进行缩孔、扩孔或滚筋，将集管（801）与排管（802）在连接前均进行清洗，以确保焊接处的清洁度；

b、将洗完后的集管（801）的翻孔周围采用镍基镀膜技术镀上一层镍，同时排管（802）前端10-15mm与集管（801）的连接部位也采用镍基镀膜技术镀上一层相同的镍，镀镍后清洗烘干后再进行拼装；

c、集管（801）与排管（802）拼装时，采用辅助支架将集管（801）与排管（802）予以固定，在各连接处必须放置真空焊料；

d、拼装后的集管（801）与排管（802）组件进入真空焊接设备中；

2.根据权利要求1所述的制造平板太阳能集热器板芯流道结构的加工方法，其特征在于，在排管（802）前端1-5mm处进行扩孔，扩孔后的排管（802）内径与集管（801）翻孔后的外径相同，翻孔高度为1mm-2.8mm且让排管（802）前端直接将集管（801）翻孔后高出部分全部包住。

3.根据权利要求1所述的制造平板太阳能集热器板芯流道结构的加工方法，其特征在于，先将排管（802）前端1mm-5mm处进行缩孔，缩孔后的排管（802）外径比排管（802）原有外径小0.8mm-1.1mm；然后将集管（801）进行冲孔和翻孔，集管（801）翻孔后的尺寸与排管（802）缩孔的尺寸相同，最后将缩孔好的排管（802）直接插入到翻好孔的集管（801）中，连接配合间隙处使用真空焊料填充。

4.根据权利要求1所述的制造平板太阳能集热器板芯流道结构的加工方法，其特征在于，对集管（801）冲孔后翻孔，集管（801）翻孔后的直径同排管（802）外径，集管（801）翻孔高度为3mm，将排管（802）前端直接插入到集管（801）的孔中，集管（801）翻孔内放置定位件，确保排管（802）插入深度不超过集管（801）内壁深处2mm。

5.根据权利要求1所述的制造平板太阳能集热器板芯流道结构的加工方法，其特征在于，对排管（802）前端4-7mm处由内向外进行滚筋，滚筋直径比排管（802）原有外径大2mm，滚筋的宽度在2-5mm，后将集管（801）进行冲孔、翻孔，翻孔后尺寸与排管（802）外径尺寸相同，翻孔高度为1-3mm，最后将排管（802）直接插入到翻好孔的集管（801）中。

6.根据权利要求2-5之任一所述的制造平板太阳能集热器板芯流道结构的加工方法，其特征在于，集管（801）外径尺寸在φ22—φ25mm，而排管（802）外径尺寸则是φ10mm-φ14mm；集管（801）和排管（802）的单壁厚度均在0.3mm—0.7mm之间，连接配合间隙不超过0.15mm，集管（801）和排管（802）以垂直90度进行拼接安装；集管（801）翻孔尺寸在φ10mm-φ15mm，翻孔高度不大于3mm。

7.根据权利要求2-5之任一所述的制造平板太阳能集热器板芯流道结构的加工方法，其特征在于，平板太阳能集热器板芯流道结构中的排管（802）与吸热板（804）之间的连接是通过Ω形状铝质导热板（805）与镀有吸热涂层的铝质吸热板（804）贴合，贴合后在导热板（805）两侧采用超声波焊接工艺或激光焊接工艺，实现与吸热板（804）牢固结合。