CN1573255A - 太阳集能器传热芯条 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳集能器传热芯条，由导热管和翅片等组成，其特征在于，导热管与翅片的连接平面之间是通过一连接传热条带而连接的，其中，连接传热条带的两条外翻连接撑边分别与翅片的连接平面进行连接，使得超声焊的焊接等连接操作转移到连接传热条带的两个外翻撑边表面进行，保全了翅片的涂层工作面不受破损；导热管与翅片的集合紧密；不但可以实现导热与二维翅片板的连接，而且可以实现导热与三维翅片的连接。

Description

太阳集能器传热芯条

技术领域

本发明属太阳能利用技术。

技术背景

太阳能利用的关键部件是集能器，由起集能作用的光热、光电转换工作面及传输部件与板箱或玻璃(真空)管等组成，如光热转换中的集热器；光电转换中的电池板(带液体冷却循环系统的电池板)，这类结构中传输部件的一个重要组成部分便是传热芯条。传热芯条通常由导热管与翅片所构成，对于集热器，芯条的作用是将经吸热面选择吸收性涂层转换而来的热量输出；对于液体循环调温式电池板，芯条的作用是将未转换成电能的有害热量输出或在低温下对电池板进行加温，是防止硅晶类电池片因累积升温造成输出电源效率降低或非晶类电池片因环境温度过低而造成输出电源效率降低等采用的一项辅助措施。由此可见，传热芯条的结构、热传导性能和制造成本对于太阳能利用技术的提高关系重大。

传热芯条中导热管与翅片连接制造可以采用压合或焊合方法，各种不同方法之间的技术优劣区别关键在于所用方法的加工工艺性能、传热性能与使用可靠性以及是否能适合与建筑一体化要求的全球性发展趋势。在压合方法中，现有的铜管、铝翅管板压合方式主要有铜铝复合与穿管式两种，前者因对材质、材料状态及工艺条件要求较严，易出现机械缺陷，再加之其每一管板条要先用软钎焊方法焊上两个过度短管再以硬钎焊焊到集管上去，增加了一倍的软钎焊焊口，影响了吸热管板的承压能力，实际使用中，特别是强制循环和直流式系统中易发生漏水而使可靠性降低；后者在穿管过程中因扩胀原因使管板结合难以紧密。另一种压合方式采用在预先成型的翅片与背条间设置铜管后经在翅片与背条上同时铆接方式进行固定和传热，如CN2389327Y《压合式太阳集热器吸热板》所公布的，其采用在铜管外壁设有与铜管相同弧度为179°～180°的翅片与背条，将铜管外壁抱合后在翅片和背条上同时冲孔，并将冲孔后的翻边固定在背条上，并在翅片、背条与铜管间的结合处涂以导热胶，以此达到管板间结合紧密。由于通常翅片材料较薄，因此仅靠铆合产生的翅片及背条对铜管的夹紧力较差，因此其传热条件也较差。

此外，在焊合方法中，为了降低成本等，通常采用较薄的翅片材料，用普通焊接方法加热温度高难以实施焊接，因此，适于采用精细焊接的方法，如采用包括超声焊、热压焊(包括热压钎焊，焊料还包括热熔性的高分子材料)、激光焊、电阻焊、等离子焊、高频焊、X射线焊等方法对工件局部进行较小面积内的焊接操作，通过对局部的高能快速加热焊接减少升温与焊接热影响对传热芯条集能功能性材料部分的不利影响，其中，较典型的是超声波焊接，超声波焊接是目前在传热芯条导热管与翅片连接制造中应用较多的一项较先进的技术，其特点是焊接速度快；能耗低；且可适用于不同种类导热金属材料间的相互焊接如：铜、铝、钢、镍、银、金等金属材料，有利于增加连接材料的选择范围，降低材料成本。然而，超声波焊接也存在一些应用上的局限如：只适于将厚度较薄的工件叠焊到另一个工件上去；被焊接接触表面不可避免的带有超声波焊接辗压破损条痕；超声波焊接对于工件表面层的清洁性要求远比大多数其它焊接方法要求高；特别值得一提是对于焊接中保持焊头与材料的接触恒压力与间隙要求极高，为了求得焊接能量的集中，降低能耗，焊头的焊接宽度尺寸都做得较小，因而焊缝比较单薄，这也是精细焊接方法上的一个共同的特点，然而由于各种产生随机振动的因素，就会直接或间接影响接触压力与焊接质量造成局部虚焊，因此，超声波焊应用中焊接结构设计不当，就会产生上述弊端。

已公布的中国专利CN2472146Y《铜铝超声波焊太阳集热器芯条》采用了在铜导管外壁通过超声波焊接一个带半圆弧槽的平板集热器铝集热翅片，以取得管板(翅片)结合紧密，结合热阻小，生产率高的效果。这种现有超声波焊接的芯条，还存在着以下缺陷和不足：由于超声波焊的特点，只能将带半圆弧槽的集热翅片叠焊到导热管的外壁上去，而集热翅片的吸热涂层工作面也只能向外，这样集热翅片涂层工作面上也就带有超声波焊接辗压破损条痕，损失了有效吸热工作面积，并使受损面积上的热发射率大幅提高，降低了集热面的效率，也影响了芯条外观质量；此外，由于超声波焊接中速度较高达到每分钟10米，并且导热管与集热翅片间仅靠通过集热翅片与导热管圆弧(顶端处)窄段接触宽度下形成的超声波焊单缝焊接连接，因此，稍有不慎就会出现局部虚焊，且这种埋在构件内部的虚焊缺陷检查时极为困难，所以，实际上并不能可靠地保障焊接质量和管板在圆弧段上的紧密结合、取得热阻小的效果。

除了超声波焊接外，其他精细焊采用其他精细焊的管板直接焊接方法也或多或少存在类似的问题或加工成本较高的缺陷，因此，仅靠选择精细焊接的不同方法难以解决这种以传热为主、同时又要求具备一定焊接强度的连接应用问题，需要同时结合导热管与翅片的连接结构及焊接工艺特性进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接等连接可靠、结构简单、加工工效高、连接结合紧密且连接工艺缺陷易于检查、导热管与翅片间传热性能优良而稳定的太阳集能器传热芯条，使得采用焊接连接时，传热芯条的翅片工作面涂层等功能性材料一般不易发生过热影响与破损，长期使用下无隐患，且翅片可以是二维板或是三维体结构，符合与建筑一体化结合要求，适用于包括平板式集热器的板芯或真空管式集热器中玻璃(真空)管内的管芯等传热连接的太阳集能器。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明采用一种太阳集能器传热芯条，由导热管和翅片等组成，其特征在于，导热管(1)与翅片(2)的连接平面之间的传热主要是通过翅片(2)与连接传热条带(3)之间的焊接连接及导热管(1)与连接传热条带(3)之间的焊接连接或粘接连接传递的，翅片的连接平面(2)与连接传热条带(3)的外翻连接撑边相互焊接连接，导热管(1)介于翅片(2)和连接传热条带(3)之间，经连接传热条带(3)的拉夹与翅片(2)相连。所述的导热管、翅片和连接传热条带三者可以采用相同的导热金属材料、或不相同的导热金属材料如铜、铝、钢、镍、银等以及焊接表面包含这些金属材料的复合材料。所述的翅片的连接平面(2)与连接传热条带(3)的外翻连接撑边相互连接是以传热和连接强度为功能的连接。所述的焊接连接是精细焊接方法的连接如通过采用包括超声焊、热压焊(包括金属钎料的电阻钎焊，)、激光焊、电阻焊、高频焊、等离子焊、X射线焊等方法的连接；所述的粘接连接是通过采用如导热胶方法或热压焊(焊料包括热熔性的高分子导热材料)等方法的连接。所述的翅片可以是二维翅片板形态、或是三维翅片体形态。所述的集能器传热芯条包括平板式集能器的板芯或真空管式集能器中玻璃(真空)管内的管芯。所述的连接传热条带(3)可与导热管(1)之间经焊接或粘接进行功能性加固。所述的导热管与翅片的连接可以是一个或一个以上的导热管与翅片相连接，各导热管之间可以相互连通成一体构成U型管或蛇型管。所述的导热管可以是液流导热管或是热管。

本发明的优点：由于采用了一个连接传热条带可使得焊接或粘接连接的操作转移到连接传热条带的外翻撑边表面进行，且工效快，保全了翅片的涂层等功能性工作面不受过热影响或机械破损；使得精细焊等连接在两个平直面上进行，大大改善了焊接等连接操作的工况条件，更易于检查连接缺陷；同时由于连接传热条带两个撑边整体连接固定后对导热管产生的拉夹压力，使得两者间接触段的结合保持紧密；即使如焊接连接中出现焊缝的局面虚焊，对应接触段的结合力也不会松弛，因此，传热速度与可靠性大大增强，通过连接传热条带的两条连接接缝与连接导热管顶端的一个紧密包络接触段为主、加上导热管底部与翅片间的一条压力接触带共同传热，使芯条整体传热性能得到提升，芯条的性能价格比得到提高，不但可以实现导热管与二维翅片板的精细焊或粘接连接，而且可以实现导热管与三维翅片体的精细焊或粘接连接，更适合与建筑一体化的结合要求。

附图说明

图1是本发明的太阳集能器传热芯条实施例的结构示意图。

图2、图3、图4是本发明连接传热条带对导热管的几种不同拉夹方式实施例的截面结构示意图。

图5-图9是本发明导热管与不同形态翅片间焊接或粘接连接的结构示意图，图10是图9的剖视图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的太阳集能器传热芯条作进一步的说明：按图1所示，本发明的太阳集能器传热芯条实施例包括：导热管1、翅片2和连接传热条带3。

导热管1与翅片2的连接平面之间的传热主要是通过翅片2与连接传热条带3之间的焊接连接及导热管1与连接传热条带3之间的焊接连接或粘接连接传递的，连接传热条带3带有两条外翻的连接撑边，撑边的中部夹有导热管1(参见图2-图4)，翅片的连接平面2与连接传热条带3的外翻连接撑边相互焊接连接，通过精细焊方法的连接可采用包括超声焊、热压焊(包括热压钎焊，焊料还包括热熔性的高分子导热材料)、激光焊、电阻焊、高频焊、等离子焊、X射线焊等方法的连接。

导热管1介于翅片2和连接传热条带3之间，经连接传热条带3的拉夹与翅片2相连，焊接或粘接时连接传热条带3的连接撑边设置在翅片2的连接平面上，如采用超声波焊接法，超声焊头(滚轮)接触连接撑边并保持一定的接触压力，使连接撑边与翅片的连接平面相互叠焊连接，焊接时焊头相对工件移动或相反，因而可以根据需要选择进行连续滚焊即缝焊或是非连续焊接即点焊；如采用电阻钎焊法则可在连接传热条带3的两个连接撑边上分别对两个叠板间的缝焊通过平行焊或阶梯焊方法作焊接连接，此外，还可以根据焊接材料电阻值间的差异(可焊性)选择电阻焊或电阻钎焊等焊接连接。由于连接传热条带连接后对导热管产生的拉夹压力，使导热管的底部与翅片紧密接触，这样就形成了翅片与导热管之间有三个热传导点，其中，连接传热条带3上的两个热传导段又汇集成一个与导热管外管面紧密包络的接触段，更加有利于通过连接传热条带3为主进行传热，除此之外，导热管与翅片的接触端可以是点接触、或是如图1所示的面接触。如采用粘接连接则在连接传热条带的两个连接撑边与翅片的连接平面间设置导热胶材料，除了常温型的导热胶外，无论采用热熔性或热固性导热胶，都可以采用热压焊的方式从连接传热条带的两个连接撑边上沿接缝进行加热处理，这样，使得传热芯条的整体传热条件与性能即传热和连接强度功能远比现有技术为好。

连接传热条带3系用薄带制成，其对导热管1的拉夹方式还可以是如图2所示的外倾式拉夹、或是如图3所示的内缩外管面包络式拉夹、或是如图3所示的直垂式拉夹，其中导热管可以是圆管、或是矩形管、或是异形管。

由于采用了一个连接传热条带可使得焊接的操作转移到连接传热条带的外翻撑边表面进行，保全了翅片的涂层等功能性工作面不受过热影响或机械破损；且使得精细焊或粘接连接在两个平直面上进行，大大改善了连接操作的工况条件，更易于检查连接缺陷；同时由于连接传热条带两个撑边整体连接固定后对导热管产生的拉夹压力，使得两者间接触段的结合保持紧密。

导热管1、翅片2、连接传热条带3三者，可以采用相同的导热金属材料、也可以采用不相同的导热金属材料，这些导热金属材料是：铜、铝、钢(包括不锈钢等特种钢)、镍、银等的管材、板材及带材等以及焊接表面包含这些金属材料的复合材料。

翅片2可以采用二维翅片形态如常见的板条翅片薄片，其款式可以是平板条、或是其非焊接表面部分带加强刚性及其它功能处理如滚压条纹或凸面条纹的板条(如图5、图6、图7所示)等，除此之外，翅片2也可采用三维翅片体，包括：经翅化表面处理的三维翅片体和平行翅条板式的三维翅片体(如图8、图9、图10所示)等。

导热管1、翅片2与连接传热条带3经上述连接后，还可根据需要对导热管1进行进一步的加固以防止其受力后转动或轴向窜动，加固可以通过在导热管1顶端的连接传热条带3上沿轴向进行一次焊接如超声焊处理(包括连续焊或点焊)，此外也可在导热管1的上述部位及或底端与翅片2的接触部位涂敷导热胶进行加固。

导热管1与翅片2的连接可以是一个导热管与翅片2的连接如常见的排管形式或热管形式：其中一个集热器中设有多个导热排管与翅片，多个导热排管在芯条的两端分别与联汇管相连接，热管的放热端则设置在芯条的上端与联汇管或换热器相衔接；也可以是一个以上的导热管与翅片2的连接：各导热管之间可相互连通一体构成U形管形式或蛇形管形式，则此，U形管的两个管口分别与进液联汇管及出液联汇管相连；蛇形的两个管口分别与进液管及出液管相连，各导热管之间也可相互不连通，构成上述排管形式或热管形式的连接。对于抗冻要求较高的使用地区，导热管可采用热管型导热管，以防止管内的导热体在低温下冻结；对于抗冻要求较低的使用地区，导热管可采用液流导热管，以水等液体作为载热体。

根据不同应用场合的尺寸要求，用本发明的太阳集能器传热芯条可分别制作成平板式集能器板芯包括平板式的集热器板芯、或带液体调温系统光伏电池的安装板芯、或真空管式集能器中玻璃(真空)管内或玻璃(真空)集热管内的管芯及各种太阳能利用设施的的传热芯条。

Claims (9)

1、太阳集能器传热芯条，由导热管和翅片等组成，其特征在于，导热管(1)与翅片(2)的连接平面之间的传热主要是通过翅片(2)与连接传热条带(3)之间的焊接连接及导热管(1)与连接传热条带(3)之间的焊接连接或粘接连接传递的，翅片的连接平面(2)与连接传热条带(3)的外翻连接撑边相互焊接连接，导热管(1)介于翅片(2)和连接传热条带(3)之间，经连接传热条带(3)的拉夹与翅片(2)相连。

2、根据权利要求1所述的太阳集能器传热芯条，其特征在于所述的导热管、翅片和连接传热条带三者可以采用相同的导热金属材料、或不相同的导热金属材料如铜、铝、钢、镍、银等以及焊接表面包含这些金属材料的复合材料。

3、根据权利要求1至2所述的太阳集能器传热芯条，其特征在于所述的翅片的连接平面(2)与连接传热条带(3)的外翻连接撑边相互连接是以传热和连接强度为功能的连接。

4、根据权利要求1至2所述的太阳集能器传热芯条，其特征在于所述的焊接连接是精细焊接方法的连接如通过采用包括超声焊、热压焊(包括金属钎料的电阻钎焊，)、激光焊、电阻焊、高频焊、等离子焊、X射线焊等方法的连接；所述的粘接连接是通过采用如导热胶方法或热压焊(焊料包括热熔性的高分子导热材料)等方法的连接。

5、根据权利要求1至4所述的太阳集能器传热芯条，其特征在于所述的翅片可以是二维翅片板形态、或是三维翅片体形态。

6、根据权利要求1至5所述的太阳集能器传热芯条，其特征在于所述的集能器传热芯条包括平板式集能器的板芯或真空管式集能器中玻璃(真空)管内的管芯。

7、根据权利要求1至6所述的太阳集能器传热芯条，其特征在于所述的连接传热条带(3)可与导热管(1)之间经焊接或粘接进行功能性加固。

8、根据权利要求1至7所述的太阳集能器传热芯条，其特征在于所述的导热管与翅片的连接可以是一个或一个以上的导热管与翅片相连接，各导热管之间可以相互连通成一体构成U型管或蛇型管。

9、根据权利要求1至8所述的太阳集能器传热芯条，其特征在于所述的导热管可以是液流导热管或是热管。

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