CN102878711A

CN102878711A - 一种热管式太阳能真空集热管的制作方法

Info

Publication number: CN102878711A
Application number: CN2012104028613A
Authority: CN
Inventors: 史继富; 徐刚; 侯乃升; 王雷雷
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明属于太阳能热利用领域，提供一种热管式太阳能真空集热管的制作方法，包括如下步骤：（1）将金属管和金属片通过机械力进行压合，金属管被压扁并和金属片压合在一起，得到复合片材；（2）在压合好的复合片材表面制作选择性吸收涂层得到具有选择性吸收功能的复合片材；（3）向压扁的金属管中通高压气体，使金属管复圆；（4）将金属管的一端缩口密封，另一端抽真空并灌工质后密封，得到带有选择性吸收翅片的复合热管，即吸热板芯；（5）将吸热板芯通过热压封的方法封接在玻璃管中。本发明通过简化板芯的制作工艺，提高了热管式真空集热管板芯的生产效率并降低了系统的成本。

Description

一种热管式太阳能真空集热管的制作方法

技术领域

本发明涉及太阳能热利用领域，尤其涉及一种太阳能集热器用的热管。

背景技术

热管是实现热量快速传递及交换的理想选择。热管通过相变来实现高效热传导、交换，利用密闭腔体内部工质的蒸发、冷凝相变进行热量传递，其传热能力是传统金属材料的几十到上百倍。将热管技术应用在太阳能集热技术上，得到热管式太阳能集热管。这种集热管一般是以焊接有选择性吸收涂层翅片的热管作为吸热板芯，这种选择性吸收涂层可以最大限度的吸收太阳光，然后转化为热能，并能尽可能小的减少热辐射损失，因此集热效率非常高。同时，这种集热管热冲击小，减少了无日照时系统的反向热损，且无上下循环管路的热损失。目前这种集热管不但可以提供生活热水，同时还用于汽轮机发电和蓄能等领域。因此热管式太阳能真空集热管代表了集热器新的发展方向。

这种集热管一般经过如下步骤制备：1）先制作出铜热管；2）将铜热管和带选择性吸收涂层的翅片焊接在一起得到吸热板芯；3）将吸热板芯和玻璃管组装在一起。目前热管式太阳能真空集热管的吸热板芯方面存在两个问题，一是热管和翅片的焊接主要以人工操作超声焊机的方法焊接，上料下料的过程浪费很多时间，制约了生产效率的提高；二是所用的热管一般为铜热管，成本比较高。这两个因素共同导致了目前热管式太阳能真空集热管还没有大规模的应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种应用新的吸热板芯制作方法的热管式太阳能真空集热管的制作方法，有效地降低制作成本。

为达到上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种热管式太阳能真空集热管的制作方法，包括如下步骤：

（1）将金属管和金属片通过机械力进行压合，金属管被压扁并和金属片压合在一起，得到复合片材；

（2）在压合好的复合片材表面制作选择性吸收涂层得到具有选择性吸收功能的复合片材；

（3）向压扁的金属管中通高压气体，使金属管复圆；

（4）将金属管的一端缩口密封，另一端抽真空并灌工质后密封，得到带有选择性吸收翅片的复合热管，即吸热板芯；

（5）将吸热板芯通过热压封的方法封接在玻璃管中。

上述制作方法本提供了一种新的制作吸热板芯的方法，即采用机械压合的方法将金属管和金属片压合在一起，得到复合片材，这种压合的办法可以连续生产，提高了生产效率，而压合得到的复合片材可以卷绕，为后续连续沉积选择性吸收涂层创造了条件。另外当采用的金属管为铜管或钛管时，由于铜管或钛管被金属片包夹在一起，因此可以将铜管或钛管做的很薄，降低了成本；而当金属管为铝管、铁管和不锈钢管时，成本优势更为明显。采用这种方法制作的板芯通过热压封的方法和玻璃管压封在一起便得到了热管式太阳能真空集热管。

步骤（1）中金属管和金属片通过压合机进行压合，金属管的位置位于金属片的中心，压合后，金属管被压扁，并和金属片结合的非常牢固，接触面积也比激光焊接大得多，这有利于热量的传递。金属管可以是铝管、铜管、铁管、不锈钢管、钛管中的任何一种，金属片可以是铝片、铜片、不锈钢片中的任何一种。金属片可以是一层，也可以是两层将金属管包夹在金属片的中间。当压合的压力在500KN-10000KN的范围时，可以保证将上述的任何一种管和金属片进行良好的压合。压合好的复合片材可以进行卷绕，便于搬运和后续沉积选择性吸收涂层，也可以不经过卷绕直接沉积选择性吸收涂层。

步骤（2）通过步骤（1）中得到的复合片材上沉积选择性吸收涂层，这种选择性吸收涂层可以通过简单的喷涂得到，如果金属片为铝材，还可以直接通过阳极氧化的方法得到，另外还可以通过金属表面镀黑铬、黑镍的方法得到选择性吸收涂层。如果想进一步提高选择性吸收涂层的性能，最好用物理气相沉积的方法制作，一般采用磁控溅射的方法溅射蓝膜。

步骤（3）在步骤（2）的基础上，通过向压扁的金属管中通入高压气体，可以将金属管吹圆，为后续加工成热管做准备。

步骤（4）根据需要将步骤（3）得到的产品裁剪成合适的长度，然后一端进行缩口焊接密封，此端作为热管的蒸发段，在另一端，选取合适的长度作为冷凝段，先将冷凝段的翅片剪掉，然后缩口抽真空、灌液、封装，得到完整的板芯。需要进一步说明的是，这种方法制作板芯不但生产效率高，而且价格便宜，以带材为铝，金属管为铜时的情况为例，这种方法制作的板芯，由于采用了铜铝复合，铜管的厚度可以做到普通铜热管壁厚的1/10-1/2左右就可以满足抽真空的要求，因此可以极大地节约成本。

步骤（5）将制作好的吸热板芯和金属顶盖焊接，然后通过热压封的方法将金属顶盖和玻璃管压封在一起，压封所用的焊丝可以是铝丝和铅丝，压封完成后通过预留的抽气嘴对玻璃管进行抽真空，密封就得到了完整的热管式太阳能真空集热管。

本发明提供一种热管式太阳能真空集热管，通过简化其板芯的制作工艺，提高了热管式真空集热管板芯的生产效率并降低了系统的成本。

附图说明

图1是热管式太阳能真空集热管的结构示意图；

图2是热管的结构示意图；

图3是图2的剖面示意图；

附图标记说明：1-金属片；2-金属管；3-金属顶盖；4-玻璃管；5-抽气嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。

如图1所示，本实施例包括如下两个步骤：

（1）板芯的制作

当金属片1为铝片，金属管2为铜管所制成的板芯的制作过程如下：将宽度为10cm的铝片和铜管送入压合机，调整铜管的位置位于铝片的中心，所采用的压力为2000KN。压合好的复合片材卷绕后，放入磁控溅射卷绕镀膜机中进行选择性吸收涂层的制备；随后向镀有选择性吸收涂层复合片材的铜管中通入12个大气压的空气，将金属铜管吹圆；然后将其剪裁成2米长，选择任意一端作为蒸发段，用缩口机进行缩口，另一端则为冷凝段，在本实施例中，冷凝段定为15cm。将冷凝段对应的翅片剪掉，然后缩口，抽真空至10-4Pa，灌注工作液体，本实施例中的工质为水，体积为10mL。灌注完工质以后，进行密封，便得到完整的板芯。同时，本实施例也可以用两片10cm宽的铝片和铜管进行压合，此时铜管被包夹在两片铝带材的中间。需要说明的是：

1）当压合采用的压力为500KN，将金属铜管吹圆所采用的压力为2个大气压，灌液前抽真空到10-2Pa时，也可以得到完整的板芯；

2）当压合采用的压力为10000KN，将金属铜管吹圆所采用的压力为30个大气压，灌液前抽真空到10-6Pa时，也可以得到完整的板芯。

3）选择性吸收涂层可以是通过喷涂具有选择性吸收的涂料、铝阳极氧化法、化学镀黑铬黑镍法和物理气相沉积法的任何一种方法制备。

4）金属带材可以为铝片、铜片、不锈钢片的任意一种，金属管也可以为铝管、铜管、铁管、不锈钢管、钛管中的任何一种，所列举的带材和管可以任意两两组合，其制作方法和上述所列举的“铝片-铜管”结构的板芯制作方法相似。

5）灌装的工质可以是水、乙醇、甲醇、液氨、丙酮、己烷和甲苯中的任何一种或两种的混合

（2）热管式太阳能真空集热管的制作

在板芯的冷凝段和蒸发段交界处焊接金属顶盖3，在金属顶盖3上点焊金属铝丝，然后将板芯插入玻璃管4中，放入压封设备，加热至600℃，加压至6个大气压，将金属盖3和玻璃管4压封在一起。在玻璃管预留的抽气嘴5上抽真空到10-4Pa，熔封，得到完整的热管式太阳能真空集热管。

显然，本发明的上述具体实施方式仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定，对于本领域技术人员来说，在上述说明的基础上还可以容易地做出其它形式上的变化或者替代，而这些改变或者替代也将包含在本发明确定的保护范围之内。

Claims

1.一种热管式太阳能真空集热管的制作方法，其特征是：包括如下步骤，

（3）向压扁的金属管中通高压气体，使金属管复圆；

（5）将吸热板芯通过热压封的方法封接在玻璃管中。

2.如权利要求1所述的热管式太阳能真空集热管的制作方法，其特征是：所述步骤（1）中金属片是铝片、铜片或不锈钢片。

3.如权利要求1所述的热管式太阳能真空集热管的制作方法，其特征是：所述步骤（1）中金属片为一层或由金属管包夹在两层金属片中间。

4.如权利要求1所述的热管式太阳能真空集热管，其特征是：所述步骤（1）中金属管是铝管、铜管、铁管、不锈钢管或钛管。

5.如权利要求1所述的热管式太阳能真空集热管的制作方法，其特征是：所述步骤（1）中机械力的强度为500KN-10000KN。

6.如权利要求1所述的热管式太阳能真空集热管的制作方法，其特征是：所述步骤（2）中选择性吸收涂层可以是通过喷涂具有选择性吸收的涂料、铝阳极氧化法、化学镀黑铬黑镍法和物理气相沉积法的任何一种方法制备。

7.如权利要求1所述的热管式太阳能真空集热管的制作方法，其特征是：所述步骤（3）中的高压气体，其压力范围为2-30个大气压。

8.如权利要求1所述的热管式太阳能真空集热管的制作方法，其特征是：所述步骤（4）中抽真空的压力范围为10^-2Pa~10^-6Pa之间。

9.如权利要求1所述的热管式太阳能真空集热管的制作方法，其特征是：所述步骤（4）中工质是水、乙醇、甲醇、液氨、丙酮、己烷和甲苯中的任何一种或两种的混合。