CN103090570B - 热管式真空集热管的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种热管式真空集热管的制造方法，其步骤：A、提供热管的管壳，在管壳上焊接金属封盖；B、将吸热板焊接在热管蒸发段上，并在吸热板上分别安装支架和消气剂，形成吸热板组件；C、形成玻璃管；D、将吸热板组件装入玻璃管内，并将金属封盖与玻璃管的开口一端封接，形成集热管；E、加热玻璃管，同时对集热管排气嘴和热管排气嘴抽真空，对集热管进行真空排气，对管壳进行真空除气，待集热管内的真空度达到规定要求时，同时停止对管壳的真空除气和对集热管的真空排气，并封堵集热管排气嘴；F、烤消气剂；G、对热管的管壳内抽真空，使管壳处于真空环境下，接着将热管工质注入管壳内，并将管壳的管口封堵，从而形成热管式真空集热管。

Description

热管式真空集热管的制造方法

技术领域

本发明是有关于一种热管式真空集热管的制造方法。

背景技术

热管式真空太阳能集热管(简称热管式真空管或热管真空管或集热管)，是金属吸热体太阳能真空集热管的一种，热管真空管同时具备了全玻璃真空管良好的集热和保温性能，以及平板式集热器金属的良好导热性能和机械强度，并且它以热管作为核心传热元件，具有其它类型的太阳能集热产品不可替代的优势。热管真空管产品在太阳能光热领域的应用已经有20多年的历史，因其生产技术要求较高，生产工艺复杂，并且以铜和铝为主要材料，成本高于全玻璃真空管产品，一直以来市场应用相对较少。目前，太阳能光热领域应用范围不断扩大，市场对高品质太阳能集热产品的需求越来越大，热管真空管太阳能产品已被广大用户认可和广泛使用。

如图1所示，热管式真空集热管主要由包括热管1、表面镀有选择性吸收涂层的金属吸热板2、玻璃管3以及消气剂4、弹簧支架5等附件组成。所述热管1包括冷凝段1a和蒸发段1b。

其中，热管内部充注有热管工质，经排气处理后封闭为真空状态。热管1以焊接在其上的金属封盖1c为界分为冷凝段1a和蒸发段1b两部分，金属封盖1c和玻璃管3封接经排气处理后形成集热管，热管蒸发段1b和焊接其上的金属吸热板2封装在真空管内。热管蒸发段1b用来吸收金属吸热板2采集到的太阳能热量并传递到冷凝段1a，冷凝段1a再将太阳能热量传递给被加热的工质。

相关的真空集热管的加工工艺包括下述步骤：

A、形成热管：形成热管1的管壳，将金属封盖1c焊接在热管的管壳上，金属封盖1c上具有集热管排气嘴，金属封盖1c将热管1分为冷凝段1a和蒸发段1b两部分，将热管1的管壳整体进行真空除气，接着采用沸腾排气法制成热管；

所述沸腾排气法的具体步骤有，将液体工质灌入热管1的管壳内，对灌入液体工质加热至沸腾，产生的蒸汽逐步驱赶并携带热管内的空气一起排出热管外，直至将热管内的空气全部赶出，待留存热管内的工质量达到所需值后，在热状态下迅速用冷焊方法将热管灌液管的管口封住，然后再采用氩弧焊将管口熔封牢固，就此完成热管的制作。

B、形成吸热板总成：采用焊接的方式将金属吸热板2焊接在热管1的蒸发段1b上，在金属吸热板2上分别安装弹簧支架5和消气剂4。

C、形成玻璃管3，所述玻璃管的一端封闭，另一端开口；

D、形成热管式真空集热管：将热管1的蒸发段1b及金属吸热板2装入玻璃管3内，并采用热压封接的方式将金属封盖1c与玻璃管3封接在一起；接着加热集热管，并从金属封盖1c的集热管排气嘴抽真空，待集热管内的真空度达到所需要求时，停止排气并迅速地封堵排气嘴；烤消气剂4，以激活消气剂，从而保持集热管内的真空度。

上述加工工艺中，是先制作出完整的热管1，再进行后续的真空集热管的制作，即热管的管壳真空除气和集热管的真空排气分别在制作的不同阶段分别单独进行。而由于热管1的管壳预先真空除气，由于经过高温处理，会使得热管变软，不利于热管与金属吸热板的焊接。此外，由于热管1先制作完成，待后续制作真空集热管时在进行集热管排气工序时，热管1再次受到加热，热管1的内压过大，容易损坏。

发明内容

本发明的目的是，提供一种热管式真空集热管的制造方法，其有利于金属吸热板与热管的焊接。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种热管式真空集热管的制造方法，所述制造方法包括步骤：A、提供热管的管壳，在热管的管壳上焊接金属封盖，所述金属封盖将管壳分为冷凝段和蒸发段两部分，以形成未灌液的热管半成品，所述热管半成品上设有热管排气嘴，所述热管排气嘴设置在所述管壳的冷凝段上；B、将金属吸热板焊接在所述管壳的蒸发段上，并在金属吸热板上分别安装支架和消气剂，以形成吸热板组件；C、形成玻璃管，所述玻璃管的一端封闭，另一端开口，所述金属封盖或所述玻璃管上设置有集热管排气嘴；D、将所述吸热板组件具有金属吸热板的一端装入所述玻璃管内，并将所述金属封盖与玻璃管的开口的一端封接在一起，形成集热管半成品；E、加热所述玻璃管，同时对集热管排气嘴和热管排气嘴抽真空，通过集热管排气嘴对所述集热管进行真空排气，通过热管排气嘴对所述热管的管壳内表面进行真空除气，待集热管内的真空度达到规定要求时，同时停止对热管管壳的真空除气和对集热管的真空排气，并封堵集热管排气嘴；F、烤所述消气剂，以激活消气剂；G、对所述热管的管壳内抽真空，使管壳处于真空环境下，接着将热管工质注入所述管壳内，并将管壳的管口封堵，从而形成热管式真空集热管。

如上所述的热管式真空集热管的制造方法，在所述步骤A中，通过所述热管排气嘴对所述热管的管壳的冷凝段进行预先真空除气。

如上所述的热管式真空集热管的制造方法，所述步骤E中，将所述玻璃管加热至300500℃，通过所述集热管排气嘴对所述集热管进行真空排气，并同时通过所述热管排气嘴对所述热管的管壳进行真空除气。

如上所述的热管式真空集热管的制造方法，所述步骤E中，对所述热管的管壳进行真空除气的步骤为：在真空状态下，对所述热管的管壳抽真空，用于减少管壳表面吸附的气体和管壳内部吸收的气体，抽真空的时间持续至少1-2小时。

如上所述的热管式真空集热管的制造方法，所述步骤E中，通过所述集热管排气嘴对所述集热管进行真空排气的步骤为：在真空条件下，从所述集热管排气嘴抽气，以除去所述集热管内部吸收的气体和表面吸附的气体，在300500℃温度下，抽气的时间至少保持1小时。

如上所述的热管式真空集热管的制造方法，所述步骤D中，所述金属封盖与玻璃管的开口端封接是采用热压封接的工艺形成。

如上所述的热管式真空集热管的制造方法，所述步骤D中，所述金属封盖与玻璃管的开口端封接是采用火封方法。

本发明的特点和优点是：

相关技术中由于热管的管壳整体先真空除气，由于经过高温处理，使得热管变软，特别不利于金属吸热板与热管的焊接；

本发明实施例将热管的管壳真空除气和集热管的真空排气同时进行，之后再采用真空排气灌液法制作热管，如此有利于金属吸热板与热管的焊接，并避免了集热管真空排气时热管高温内压过大，破坏热管。此外，由于热管管壳真空除气和集热管的真空排气同时进行，可进行一次加热(例如均加热至400℃)，即可以合并高温工序，有利于节能，且热管的管壳的真空除气和集热管的真空排气均是在加热时进行的，从而提高了热管和集热管的排气温度，进而可提高真空性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是热管式真空集热管的结构示意图；

图2是热管的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

配合图1所示，本发明提出的热管式真空集热管的制造方法，包括步骤：

A、提供热管1的管壳，在热管1的管壳上焊接金属封盖1c，所述金属封盖1c将管壳分为冷凝段1a和蒸发段1b两部分，以形成未灌液的热管半成品，所述热管半成品上设有热管排气嘴1d，所述热管排气嘴1d设置在所述管壳的冷凝段1a上；

B、将金属吸热板2焊接在所述管壳的蒸发段1b上，并在金属吸热板2上分别安装支架5和消气剂4，以形成吸热板组件；

C、形成玻璃管3，所述玻璃管3的一端封闭，另一端开口，所述金属封盖1c或所述玻璃管3上设置有集热管排气嘴1e；

D、将所述吸热板组件具有金属吸热板2的一端装入所述玻璃管3内，并将所述金属封盖1c与玻璃管3的开口的一端封接在一起，形成集热管半成品；

E、加热所述玻璃管3，同时对集热管排气嘴1e和热管排气嘴1d抽真空，通过集热管排气嘴1e对所述集热管进行真空排气，同时通过热管排气嘴1d对所述热管1的管壳进行真空除气，待集热管内的真空度达到规定要求时，同时停止对管壳的真空除气和对集热管的真空排气，并封堵集热管排气嘴；

F、烤所述消气剂4，以激活消气剂，保持集热管内的真空度；

G、对所述热管1的管壳内抽真空，使管壳处于真空环境下，接着将热管工质注入所述管壳内，并将管壳的管口封堵，从而形成热管式真空集热管。

本实施例的热管式真空集热管的工作原理是，太阳辐射经过玻璃管3透射，被金属吸热板2接收，金属吸热板2将太阳辐射能转化成热能，再传递给热管1，使热管1的蒸发段1b内的工质迅速气化，工质蒸汽上升到热管的冷凝段1a，在较冷的内表面上凝结，释放出蒸发潜热，冷凝后的液态工质依靠自身重力回流到热管的蒸发段1b，继而再重复上述过程。

本实施例将热管1的管壳真空除气和集热管的真空排气同时进行，之后再采用真空排气灌液法制作热管1，如此有利于金属吸热板2与热管1的焊接，并避免了热管1在集热管真空排气时高温内压过大，破坏热管1。此外，由于热管管壳真空除气和集热管的真空排气同时进行，可进行一次加热(例如均加热至400℃)，即可以合并高温工序，有利于节能，且热管的管壳的真空除气和集热管的真空排气均是在加热时进行的，从而提高了热管1和集热管的排气温度，进而可提高集热管真空性能。

根据本发明的一个实施方式，在所述步骤A中，通过所述热管排气嘴1d对所述热管1的管壳的冷凝段1a进行预先真空除气。

根据本发明的一个实施方式，所述步骤E中，将所述玻璃管3加热至300500℃，通过集热管排气嘴1e对所述集热管进行真空排气，同时通过所述热管排气嘴1d对所述热管1的管壳进行真空除气。

本实施例采用在真空状态下加热所述玻璃管3的方法来加速气体的排放，边烘烤边抽真空。

进一步而言，所述步骤E中，对所述热管1的管壳进行真空除气的步骤为：在真空状态下，对所述热管1的管壳抽真空，用于减少管壳表面吸附的气体和管壳内部吸收的气体，抽真空的时间持续至少1-2小时。

所述步骤E中，通过集热管排气嘴1e对所述集热管进行真空排气的步骤为：在真空条件下，从所述集热管排气嘴1e抽气，以除去所述集热管内部吸收的气体和表面吸附的气体，抽气的时间至少保持1小时。

本实施例中，对集热管通过边加热边抽真空的方式进行排气，可除去集热管的空间内所有表面吸附的气体和集热管内部的气体。其中，所有表面包括有玻璃管3内壁，金属吸热板2的表面，热管的管壳的外表面，金属封盖1c的内表面和支架5。

进一步而言，通过集热管排气嘴对所述集热管进行真空排气的步骤为：在真空条件下，加热所述集热管至300500℃，并保持1小时。

根据本发明的一个实施方式，所述步骤D中，所述金属封盖1c与玻璃管3的开口端封接是可采用热压封接的工艺形成。

将膨胀系数差别很大的金属封盖1c和玻璃管3封接在一起是热管式真空集热管的一个关键技术。本实施例的热压封接，也称为固态封接，它是利用一种塑性较好的金属作为焊料，在加热加压的条件下将金属封盖1c和玻璃管3封接在一起。热压封接技术具有封接温度低、封接速度快、封接材料匹配要求低等优点，热压封接使用的焊料可有铅、铝等。

此外，所述金属封盖1c与玻璃管3的开口端封接亦可采用火封方法。火封，也称为熔封，它是将一种热膨胀系数与金属相近的玻璃，利用火焰将玻璃熔化后封接在一起。

根据本发明的一个实施方式，所述热管1是一种利用气化潜热高效传递热能的强化传热原件。由于它具有超强的热传导能力，其导热系数为铜的数千倍，而且几于没有热损耗，因此它被称作为传热超导体。热管1构造简单，无运动部件，十分经济可靠。

所述热管1可为重力热管，也称为热虹吸管，例如为紫铜重力热管。重力热管的蒸发段1b在热管的下部，冷凝段1a在上部，内部没有吸液芯，工作液依靠凝结液的自身重力从冷凝段1a回流到蒸发段1b。它通过工作液的不断蒸发、凝结，把热管下半部热源的能量传递到热管上半部的冷源中去。

重力热管的工作原理是，配合图2所示，在密闭的热管内先抽成真空，在此状态下充入适量的工质液体，在热管1的下端加热，工质液体吸收热量(如箭头A所示)汽化为蒸汽Z，在微小的压差下上升到热管1的上端，并向外界放出热量(如箭头B所示)凝结成液体Y，冷凝液在重力的作用下沿热管内壁返回到受热段并再次受热汽化，如此循环往复连续不断地将热量由一端传向另一端。

进一步而言，所述热管1可为铜-水热管，水与铜管壳有很好的相容性、饱和蒸汽压低、提纯容易并且水的气化潜热值较大。

根据本发明的一个实施方式，所述金属吸热板2可为平面翼片吸热板，所述金属吸热板2与热管1的蒸发段1a紧密相连，金属吸热板2的表面镀有选择性吸收涂层，可充分吸收太阳辐射转化成热能。

进一步而言，所述金属吸热板2可为无氧铜吸热板或纯铝吸热板，金属吸热板2表面采用磁控溅射工艺形成高吸收率、低发射率的选择性吸收涂层。金属吸热板2与热管1通过超声焊接或激光焊接结合在一起，或通过压合嵌套在一起，确保热量快速传导。

有工质的热管式真空集热管的集热过程为，太阳光线透过真空管外层玻璃，进入真空层，照射到内玻璃管表面的涂层上，然后光线再通过工质将太阳辐射能转化为热能传递给热管的蒸发段。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明实施例进行各种改动，变型或组合而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种热管式真空集热管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

A、提供热管的管壳，在热管的管壳上焊接金属封盖，所述金属封盖将管壳分为冷凝段和蒸发段两部分，以形成未灌液的热管半成品，所述热管半成品上设有热管排气嘴，所述热管排气嘴设置在所述管壳的冷凝段上；

B、将金属吸热板焊接在所述管壳的蒸发段上，并在金属吸热板上分别安装支架和消气剂，以形成吸热板组件；

C、形成玻璃管，所述玻璃管的一端封闭，另一端开口，所述金属封盖或所述玻璃管上设置有集热管排气嘴；

D、将所述吸热板组件具有金属吸热板的一端装入所述玻璃管内，并将所述金属封盖与玻璃管的开口的一端封接在一起，形成集热管半成品；

E、加热所述玻璃管，同时对集热管排气嘴和热管排气嘴抽真空，通过集热管排气嘴对所述集热管进行真空排气，通过热管排气嘴对所述热管的管壳内表面进行真空除气，待集热管内的真空度达到规定要求时，同时停止对热管管壳的真空除气和对集热管的真空排气，并封堵集热管排气嘴；

F、烤所述消气剂，以激活消气剂；

G、对所述热管的管壳内抽真空，使管壳处于真空环境下，接着将热管工质注入所述管壳内，并将管壳的管口封堵，从而形成热管式真空集热管。

2.根据权利要求1所述的热管式真空集热管的制造方法，其特征在于，在所述步骤A中，通过所述热管排气嘴对所述热管的管壳的冷凝段进行预先真空除气。

3.根据权利要求1或2所述的热管式真空集热管的制造方法，其特征在于，所述步骤E中，将所述玻璃管加热至300-500℃，通过所述集热管排气嘴对所述集热管进行真空排气，并同时通过所述热管排气嘴对所述热管的管壳进行真空除气。

4.根据权利要求3所述的热管式真空集热管的制造方法，其特征在于，所述步骤E中，对所述热管的管壳进行真空除气的步骤为：在真空状态下，对所述热管的管壳抽真空，用于减少管壳表面吸附的气体和管壳内部吸收的气体，抽真空的时间持续至少1-2小时。

5.根据权利要求3所述的热管式真空集热管的制造方法，其特征在于，所述步骤E中，通过所述集热管排气嘴对所述集热管进行真空排气的步骤为：在真空条件下，从所述集热管排气嘴抽气，以除去所述集热管内部吸收的气体和表面吸附的气体，在300-500℃温度下，抽气的时间至少保持1小时。

6.根据权利要求1或2所述的热管式真空集热管的制造方法，其特征在于，所述步骤D中，所述金属封盖与玻璃管的开口端封接是采用热压封接的工艺形成。

7.根据权利要求1或2所述的热管式真空集热管的制造方法，其特征在于，所述步骤D中，所述金属封盖与玻璃管的开口端封接是采用火封方法。