CN103765122A - 制造真空太阳能集热板的方法及相关的真空太阳能集热板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造用于真空太阳能集热板的真空密闭外壳的可靠的且不昂贵的方法,所述真空密闭外壳由对太阳辐射透明的玻璃前板(1)、金属底板(2)、连接至金属底板(2)的周界框架(3)以及将所述周界框架(3)连接至玻璃前板(1)的周界带(4)限定;所述方法包括以下步骤:将第一金属条边对边连接至第二金属条以便形成双金属条,然后将所述双金属条的相对端连接在一起,以便形成封闭环;在所述连接步骤之后,形成进入周界框架(3)的第一金属条并形成进入周界带(4)的第二金属条;在所述连接和形成步骤之后,将周界带(4)的自由边缘密封至玻璃前板(1);在所述连接和形成步骤之后,将金属底板(2)连接至周界框架(3)。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造真空太阳能集热板的改进的方法,并且涉及一种适合采用所述方法制造的真空太阳能集热板。
背景技术
众所周知,真空太阳能集热板包括真空密闭外壳,其中通常由玻璃制成的至少前板对太阳辐射是透明的。面板包括设置在真空外壳内的热吸收器以及输送传热流体的管。
太阳辐射通过玻璃前板进入真空外壳,由热吸收器收集并被转换成热。然后将热转移至流入管中的传热流体。
如在美国专利第4,493,940中所公开的,真空密闭外壳可以是容器,其中底板与周界框架一体形成,否则例如,如同一申请人的在公开号为WO2010/003653的PCT申请中所描述的,通过焊接两个部件而获得真空密闭外壳。
对于后者,在周界框架和玻璃前板之间有利地插入弹性周界带。这样的周界带焊接在金属框架的一侧,同时另一侧通过已知类型的真空密闭的玻璃金属密封附接至玻璃前板。周界带由金属合金制造而成,金属合金的热膨胀系数与玻璃前板的热膨胀系数精密匹配,周界带限制在玻璃金属密封中诱发的机械应力。
因此,在真空太阳能面板的制造过程中,周界带被密封至玻璃前板,然后进行在金属周界带自身和金属周界框架之间的焊接。然而,为了避免对预先实现的玻璃金属密封的任何损坏,这最后的制造步骤必须极其谨慎地实施。的确,热应力和机械应力均对密封的紧密性是潜在地不利的,热应力和机械应力可能源于焊接步骤。热应力是由于对周界带的加热,而机械应力取决于周界框架对周界带的周界挤压,这是必需的,以便实现部件之间良好的机械接触,从而确保焊缝的均匀性和真空密闭性。
为了防止至少以上提及的机械应力,周界框架和周界带之间需要十分良好的尺寸匹配:通过这样的方式,无须施加高压就可实现不间断的焊缝,以便保持两个部件在焊接时接触。然而,这种十分良好的尺寸匹配需要对两个部件进行高精度加工或者模制成型。此外,在通过热处理得到玻璃金属密封的过程中应当通过具有高精度烧成夹具(firing jip)和对这种热处理极其精确的温度控制来将周界带的变形限制至最小程度。
增加待焊接在一起的两个部件的制造精度并利用高精度烧成夹具和极其精确的温度控制过程极大地增加了真空集热板生产的成本以及复杂度。
因此,本发明暗含的技术问题是提供用于真空太阳能集热板的可选择的制造方法,其无须采取昂贵的高精度制造技术即可防止玻璃金属密封的损坏。
发明内容
通过制造用于真空太阳能集热板的真空密闭外壳的方法而提供了对上述技术问题的解决方案,所述真空密闭外壳由对太阳辐射透明的玻璃前板、金属底板、连接至金属底板的周界框架以及将所述周界框架连接至玻璃前板的周界带来限定,所述方法包括以下步骤:
-将第一金属条边对边连接至第二金属条以便形成双金属条,然后将所述双金属条的相对端连接在一起,以便形成封闭环。
-在所述连接步骤之后,形成进入周界框架的第一金属条和进入周界带的第二金属条。
-在所述连接和形成步骤之后,将周界带的自由边缘密封至玻璃前板。
-在所述连接和形成步骤之后,将金属底板连接至周界框架。
以上方法中确定的金属-金属连接步骤可能是焊接、铜焊或者锡焊步骤。
本领域技术人员将立即意识到:题述方法极大地降低了作用在玻璃金属密封上的热应力和机械应力。
确实,在实现密封之前将周界框架和周界带连接,因而所述连接步骤在任何情况下都不可能影响密封。
有利地,为了限定连接边缘,在形成步骤的过程中,得到的周界框架的自由边缘可能相对于周界平面倾斜,周界带和周界框架位于周界平面上,并且为了确定倾斜为与周界框架的连接边缘的倾斜相匹配的连接边缘,提供形成金属底板的步骤。在此情况中,在最后的连接步骤中,金属底板的连接边缘被连接至周界框架的连接边缘,并且这个步骤可能在密封步骤之后执行。
确实,由于周界框架的连接边缘和金属底板的连接边缘的倾斜,在最后的连接步骤中(该连接步骤可能通过例如焊接来执行),框架本身和金属底板可能一个压在另一个上,同时保持周界带与玻璃前板正交。这防止了待施加于玻璃金属密封上的正切应力,该正切应力不太可能由相同周界带中的肋部吸收。
为了实现上述提及的优点,连接边缘优选地相对于得到的真空密闭外壳向外倾斜。
特别地,优选地,相对于周界平面以包括在5度和45度之间的角度倾斜,优选地以30度的角度倾斜。
如现有技术描述中所承认的,周界框架可能是刚性的,同时周界带可能是可变形的。
优选地,第一金属条具有与玻璃前板的热膨胀系统匹配的热膨胀系统;这可以通过采用由例如镍铁48(NiFe48)的可控膨胀合金制造第一金属条来实现。
假设两个条需要不同属性,第一金属条优选地比第二金属条厚些。
有利地,为了制造具有光滑外表面的真空面板,在将第一金属条和第二金属条边对边的连接步骤中,第一金属条和第二金属条的与得到的真空密闭外壳的外侧相对应的侧面可是对齐的。
为了增加元件的机械刚度,以上提及的形成步骤可能包括在周界框架中成形第一纵向肋部的步骤。
形成步骤还可能包括在周界带中成形第二纵向肋部的步骤,所述第二纵向肋部确定周界带的弹性部分。
有利地,在将金属底板连接至周界框架之前,为了确定倾斜为与周界框架的连接边缘的倾斜匹配的连接边缘,可能形成所述金属底板的周边。术语“与连接边缘的倾斜匹配”是指由周界框架确定的平面和由底板确定的平面而形成的角度是大约90度。
有利地,密封步骤通过确定形成真空密闭密封的玻璃材料的融合和后续固化的热处理来执行。
还通过包括真空密闭外壳的真空太阳能集热板提供了对上述提及的技术问题的解决方案,所述真空密闭外壳由对太阳辐射透明的玻璃前板、金属底板、连接至金属底板的周界框架以及将所述周界框架连接至玻璃前板的周界带限定。周界框架包括相对于周界带和周界框架位于其上的周界平面倾斜的连接边缘。金属底板包括连接边缘,所述连接边缘相对于金属底板平面倾斜与周界框架的连接边缘的角度相匹配的角度,所述金属底板的连接边缘和周界框架的连接边缘连接在一起。
优选地,周界框架的所述连接边缘相对于真空密闭外壳向外倾斜一角度,所述角度可能相对于周界平面包括于5度和45度之间,优选地为30度。然而,金属底板的连接边缘倾斜以与周界框架的连接边缘的角度相匹配的角度。
周界框架有利地以第一纵向肋部为特征,然而,周界带有利地以第二纵向肋部为特征。
参照为了示例和非限制性目的而提供的附图,根据对本发现的优选的但是非唯一的实施例的详细描述及下述的概括,另外的特征和优点将更清晰。
附图说明
附图中:
图1示意性地示出了依据本发明的制造方法的第一步骤。
图2示意性地示出了依据本发明的方法制造的真空太阳能集热板的细节的立体图。
图3示意性地示出了图2中的细节的横截面。
图4示出了图3中的横截面的放大细节。
具体实施方式
依据本发明的真空太阳能集热板包括基本平坦的盒状真空密闭外壳,其限定密封容积并且当排空时能够承受大气压力。
真空密闭外壳包括热吸收装置、管、玻璃板支撑结构以及可能的其它功能元件,所述可能的其它功能元件不属于本发明,因此其也没有出现的附图中。
真空密闭外壳由形状基本上是矩形的前玻璃板1以及与前玻璃板平行且尺寸大致相同的金属底板2限定。所述的两个板1、2通过焊接至金属底板2的周界框架3以及通过将周界框架3连接至玻璃前板1的周界带4保持间隔关系。
周界框架3和周界带4限定周界平面x,优选地,周界平面x相对于前玻璃板1垂直。
周界框架3的厚度在0.5毫米和5毫米之间,优选地为1.5毫米,且表现出刚性性能,同时周界带4是较薄的(其厚度在0.1毫米和1毫米之间)并且表现出弹性性能。
沿着纵向焊缝L将指向前玻璃板1的周界框架3的上边缘33焊接至周界带4的对应的下边缘43。如在图4中所见,两个周界元件的外侧是对齐的,因此真空密闭外壳的外表面在纵向焊缝L处是光滑的。假定两个周界元件的厚度不同,在内部,外壳的表面的特征在于在纵向焊缝L处的台阶。
在下文中被命名为连接边缘32的周界框架3的相对边缘相对于预先限定的周界平面x略倾斜。特别地,连接边缘32相对于真空密闭外壳的内部向外倾斜以约30度的角度。
周界框架3的连接边缘32被焊接至金属底板2的对应连接边缘22。事实上,金属底板2是平的,所述周界连接边缘22相对于板的主要部分是倾斜的。金属底板2的连接边缘22的倾斜与周界框架3的连接边缘32的倾斜相匹配,即,连接边缘22相对于金属底板2的主要部分倾斜以约60度的角度。术语“与连接边缘的倾斜匹配”意味着由周界框架3确定的平面和由金属底板2确定的平面而形成的角度是近似直角。这解释了为什么连接边缘32的30度的角度对应金属底板2的连接边缘22的60度的匹配角。
周界框架3的特征在于第一纵向肋部31、半圆横截面、相对于周界平面x朝向真空封闭外壳的外侧突出。
周界带的特征在于第二纵向肋部41、半圆横截面、相对于周界平面x朝向真空密闭外壳的外侧突出。
真空密闭外壳是依据这里所描述的制造步骤而制造的。
初步地,提供第一金属条3'和第二金属条4'。第一金属条3'取材于厚度包括于0.5毫米至5毫米之间的较厚钢板,而第二条4'取材于可控膨胀合金(优先地镍铁合金48)的较厚的板(其厚度包括于0.1毫米至1毫米之间),所述可控膨胀合金的热膨胀系数与用于玻璃前板1的钠钙玻璃的热膨胀系数基本相同。
在制造方法的第一步骤中,为了形成预焊接双金属条,第一金属条3'与第二金属条4'边对边对齐进行焊接,也就是,周界框架3的上边缘33与周界带4的下边缘43对齐焊接。优选地,所述操作通过至少每分0.5米的速度的电弧焊或者以每分5米速度的激光和电子束焊接来执行。实现所述焊接步骤优选地考虑将第一金属条3'与第二金属条4'的外表面(也就是,最终面对所得到的真空密闭外壳的外侧)对齐。
然后,为了形成封闭环,将所得到的双金属条的两个相对端连接在一起并沿着横向焊缝z焊接。
在第二个步骤中,成圈的双金属条通过已知的金属形成技术形成为所期望的矩形。在此步骤中,第一金属条3'以上述的周界框架3的形式成形,同时,第二金属条4'采取周界带4的形状。特别地,周界框架3的连接边缘32弯曲进入其终点位置,进而得到第一纵向肋部31和第二纵向肋部41。
在焊接步骤之后,将获得的周界带4在距板的外周边短距离处附接至玻璃前板1的内侧。在此步骤中,以已知方法获得真空密闭玻璃金属密封11。特别地,通过确定玻璃材料的融合以及后续固化的局部加热形成真空密闭密封11;熔化的玻璃材料可能是玻璃前板1自身的一部分或是其它玻璃材料的一部分。
然而,为了获得具有倾斜连接边缘22的金属底板2,矩形钢板的周边通过金属形成被弯曲。
然后类似于热吸收装置的所有其它面板部件,管、玻璃板支撑结构以及不属于本发明的所有其它功能元件都被连接至金属底板2。
在最后的步骤中,为了完成真空密闭外壳的结构,将金属底板2和周界框架3的连接边缘22、32一个压在另一个上并且进行焊接。
显然地,前面描述的发现可能由本领域技术人员本着满足可能的和具体的需求的目的作出多种变型和改变,这些变型和改变均落入下述权利要求所限定的发明的保护范围中。
Claims (15)
1.一种制造用于真空太阳能集热板的真空密闭外壳的方法,所述真空密闭外壳由对太阳辐射透明的玻璃前板(1)、金属底板(2)、连接至金属底板(2)的周界框架(3)以及将所述周界框架(3)连接至所述玻璃前板(1)的周界带(4)来限定,所述方法包括以下步骤:
将第一金属条(3')边对边连接至第二金属条(4'),以便形成双金属条,然后将所述双金属条的相对端连接在一起,以便形成封闭环;
在所述连接步骤之后,形成进入周界框架(3)的第一金属条(3')和进入周界带(4)的第二金属条(4');
在所述连接和形成步骤之后,将所述周界带(4)的自由边缘密封至所述玻璃前板(1);
在所述连接和形成步骤之后,将所述金属底板(2)连接至所述周界框架(3)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,为了限定连接边缘(32),在形成步骤的过程中,得到的所述周界框架(3)的自由边缘相对于周界平面(x)倾斜,所述周界带(4)和所述周界框架(3)位于所述周界平面(x)上;为了确定倾斜为与周界框架(3)的连接边缘(32)的倾斜匹配的连接边缘(22),所述方法包括形成所述金属底板(2)的步骤;在密封步骤之后,执行将所述金属底板(2)连接连接至所述周界框架(3)的步骤,在所述连接步骤的过程中,将所述金属底板(2)的所述连接边缘(22)连接至所述周界框架(3)的所述连接边缘(32)。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述连接边缘(32)相对于所述得到的真空密闭外壳向外倾斜。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述连接边缘(32)相对于所述周界平面(x)以包括于5度至45度之间的角度倾斜。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述周界框架(3)是刚性的并且所述周界带(4)是可变形的。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述第一金属条(3')具有与玻璃前板(1)的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述第一金属条(3')由可控膨胀合金制造而成。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述第一金属条(3')比所述第二金属条(4')更厚,在所述第一和第二金属条(3'、4')的边对边的连接步骤中,所述第一和第二金属条(3'、4')的与所述得到的真空密闭外壳的外侧对应的侧面对齐。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述形成步骤包括在所述周界框架(3)中成形第一纵向肋部(31)的步骤。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述形成步骤包括在所述周界带(4)中成形第二纵向肋部(41)的步骤。
11.根据前述权利要求中的任一项的方法,其中,所述密封步骤通过确定形成真空密闭密封(11)的玻璃材料的融合以及后续固化的热处理来执行。
12.一种真空太阳能集热板,其包括真空密闭外壳,所述真空密闭外壳由对太阳能辐射透明的玻璃前板(1)、金属底板(2)、连接至所述金属底板(2)的周界框架(3)以及将所述周界框架(3)连接至所述玻璃前板(1)的周界带(4)限定,其特征在于,所述周界框架(3)由第一金属条(3')制成,并且所述周界带(4)是由第二金属条(4')制成,为了形成双金属条,将所述第一金属条(3')和所述第二金属条(4')边对边连接;并且特征在于,所述周界框架(3)包括相对于所述周界带(4)和周界框架(3)位于其上的周界平面(x)倾斜的连接边缘(32),并且金属底板(2)包括连接边缘(22),所述连接边缘(22)相对于金属底板平面倾斜与所述周界框架(3)的所述连接边缘(32)的角度相匹配的角度,所述金属底板(2)和所述周界框架(3)的所述连接边缘(22、32)被连接在一起。
13.根据权利要求12所述的真空太阳能集热板,其特征在于,所述连接边缘(32)相对于真空密封外壳向外倾斜一角度,所述角度相对于周界平面(x)包括于5度至45度之间。
14.根据前述权利要求12-13中的任一项所述的真空太阳能集热板,其中,所述周界框架(3)以第一纵向肋部(31)为特征。
15.根据前述权利要求12-14中的任一项所述的真空太阳能集热板,其中,所述周界带(4)以第二纵向肋部(41)为特征。
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