專利名稱：太陽集能器傳熱芯條的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬太陽能利用技術(shù)。
發(fā)明背景太陽能利用的關(guān)鍵部件是集能器，由起集能作用的光熱、光電轉(zhuǎn)換工作面及傳輸部件與板箱或玻璃(真空)管等組成，如光熱轉(zhuǎn)換中的集熱器；光電轉(zhuǎn)換中的電池板(帶液體冷卻循環(huán)系統(tǒng)的電池板)，這類結(jié)構(gòu)中傳輸部件的一個重要組成部分便是傳熱芯條。傳熱芯條通常由導(dǎo)熱管與翅片所構(gòu)成，對于集熱器，芯條的作用是將經(jīng)吸熱面選擇吸收性涂層轉(zhuǎn)換而來的熱量輸出；對于液體循環(huán)調(diào)溫式電池板，芯條的作用是將未轉(zhuǎn)換成電能的有害熱量輸出或在低溫下對電池板進行加溫，是防止硅晶類電池片因累積升溫造成輸出電源效率降低或非晶類電池片因環(huán)境溫度過低而造成輸出電源效率降低等采用的一項輔助措施。由此可見，傳熱芯條的結(jié)構(gòu)、熱傳導(dǎo)性能和制造成本對于太陽能利用技術(shù)的提高關(guān)系重大。
傳熱芯條中導(dǎo)熱管與翅片連接制造可以采用壓合或焊合方法，各種不同方法之間的技術(shù)優(yōu)劣區(qū)別關(guān)鍵在于所用方法的加工工藝性能、傳熱性能與使用可靠性以及是否能適合與建筑一體化要求的全球性發(fā)展趨勢。在壓合方法中，現(xiàn)有的銅管、鋁翅管板壓合方式主要有銅鋁復(fù)合與穿管式兩種，前者因?qū)Σ馁|(zhì)、材料狀態(tài)及工藝條件要求較嚴(yán)，易出現(xiàn)機械缺陷，再加之其每一管板條要先用軟釬焊方法焊上兩個過度短管再以硬釬焊焊到集管上去，增加了一倍的軟釬焊焊口，影響了吸熱管板的承壓能力，實際使用中，特別是強制循環(huán)和直流式系統(tǒng)中易發(fā)生漏水而使可靠性降低；后者在穿管過程中因擴脹原因使管板結(jié)合難以緊密。另一種壓合方式采用在預(yù)先成型的翅片與背條間設(shè)置銅管后經(jīng)在翅片與背條上同時鉚接方式進行固定和傳熱，如CN2389327Y《壓合式太陽集熱器吸熱板》所公布的，其采用在銅管外壁設(shè)有與銅管相同弧度為179°～180°的翅片與背條，將銅管外壁抱合后在翅片和背條上同時沖孔，并將沖孔后的翻邊固定在背條上，并在翅片、背條與銅管間的結(jié)合處涂以導(dǎo)熱膠，以此達到管板間結(jié)合緊密。由于通常翅片材料較薄，因此僅靠鉚合產(chǎn)生的翅片及背條對銅管的夾緊力較差，因此其傳熱條件也較差。
此外，在焊合方法中，為了降低成本、增加光熱轉(zhuǎn)換傳熱的靈敏度、減少熱容，通常采用較薄的翅板材料，用普通焊接方法加熱溫度高難以實施，常常會因焊接升溫而產(chǎn)生熱應(yīng)力與變形，使得薄片翅板產(chǎn)生曲扭變得不平，影響產(chǎn)品外觀和翅板上功能性涂層等材料的性能，因此，適于采用精細焊接的方法，如采用包括超聲焊、熱壓焊(包括熱壓釬焊，焊料還包括熱熔性的高分子材料)、激光焊、電阻焊、等離子焊、高頻焊、X射線焊等方法對工件局部進行較小面積內(nèi)的焊接操作，通過對局部的高能快速加熱焊接減少升溫與焊接熱影響對傳熱芯條集能功能性材料部分的不利影響，其中，較典型的是超聲波焊接，超聲波焊接是目前在傳熱芯條導(dǎo)熱管與翅片連接制造中應(yīng)用較多的一項較先進的技術(shù)，其特點是焊接速度快；能耗低；且可適用于不同種類導(dǎo)熱金屬材料間的相互焊接如銅、鋁、鋼、鎳、銀、金等金屬材料，有利于增加連接材料的選擇范圍，降低材料成本。然而，超聲波焊接也存在一些應(yīng)用上的局限如只適于將厚度較薄的工件疊焊到另一個工件上去；被焊接接觸表面不可避免的帶有超聲波焊接輾壓破損條痕；超聲波焊接對于工件表面層的清潔性要求遠比大多數(shù)其它焊接方法要求高；特別值得一提是對于焊接中保持焊頭與材料的接觸恒壓力與間隙要求極高，為了求得焊接能量的集中，降低能耗，焊頭的焊接寬度尺寸都做得較小，因而焊縫比較單薄，這也是精細焊接方法上的一個共同的特點，然而由于各種產(chǎn)生隨機振動的因素，就會直接或間接影響接觸壓力與焊接質(zhì)量造成局部虛焊，因此，超聲波焊應(yīng)用中焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，就會產(chǎn)生上述弊端。
已公布的中國專利CN2472146Y《銅鋁超聲波焊太陽集熱器芯條》采用了在銅導(dǎo)管外壁通過超聲波焊接一個帶半圓弧槽的平板集熱器鋁集熱翅片，以取得管板(翅片)結(jié)合緊密，結(jié)合熱阻小，生產(chǎn)率高的效果。這種現(xiàn)有超聲波焊接的芯條，還存在著以下缺陷和不足由于超聲波焊的特點，只能將帶半圓弧槽的集熱翅片疊焊到導(dǎo)熱管的外壁上去，而集熱翅片的吸熱涂層工作面也只能向外，這樣集熱翅片涂層工作面上也就帶有超聲波焊接輾壓破損條痕，影響涂層工作面質(zhì)量和芯條外觀；此外，由于超聲波焊接中速度較高達到每分鐘10米，并且導(dǎo)熱管與集熱翅片間僅靠通過集熱翅片與導(dǎo)熱管圓弧(頂端處)窄段接觸寬度下形成的超聲波焊單縫焊接連接，因此，稍有不慎就會出現(xiàn)局部虛焊，且這種埋在構(gòu)件內(nèi)部的虛焊缺陷檢查時極為困難，所以，實際上并不能可靠地保障焊接質(zhì)量和管板在圓弧段上的緊密結(jié)合、取得熱阻小的效果。
除了超聲波焊接外，其他精細焊接方法也或多或少存在類似的問題或加工成本較高的缺陷，因此，僅靠選擇精細焊接的不同方法難以解決這種以傳熱為主、同時又要求具備一定焊接強度的連接應(yīng)用問題，需要同時結(jié)合導(dǎo)熱管與翅片的連接結(jié)構(gòu)及焊接工藝特性進行改進。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種焊接等連接可靠、結(jié)構(gòu)簡單、加工工效高、連接結(jié)合緊密且連接工藝缺陷易于檢查、導(dǎo)熱管與翅片間傳熱性能優(yōu)良而穩(wěn)定的太陽集能器傳熱芯條，使得采用焊接連接時，傳熱芯條的翅片工作面涂層等功能性材料一般不易發(fā)生過熱影響與破損，長期使用下無隱患，且翅片可以是二維板或是三維體結(jié)構(gòu)，符合與建筑一體化結(jié)合要求，適用于包括平板式集熱器的板芯或真空管式集熱器中玻璃(真空)管內(nèi)的管芯等傳熱連接的太陽集能器。
本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本實用新型采用一種太陽集能器傳熱芯條，由導(dǎo)熱管和翅片等組成，其特征在于，導(dǎo)熱管(1)與翅片(2)的連接平面之間的傳熱主要是通過翅片(2)與連接傳熱條帶(3)之間的焊接連接及導(dǎo)熱管(1)與連接傳熱條帶(3)之間的焊接連接或粘接連接傳遞的，翅片的連接平面(2)與連接傳熱條帶(3)的外翻連接撐邊相互焊接連接，導(dǎo)熱管(1)介于翅片(2)和連接傳熱條帶(3)之間，經(jīng)連接傳熱條帶(3)的拉夾與翅片(2)相連。所述的導(dǎo)熱管、翅片和連接傳熱條帶三者可以采用相同的導(dǎo)熱金屬材料、或不相同的導(dǎo)熱金屬材料如銅、鋁、鋼、鎳、銀等以及焊接表面包含這些金屬材料的復(fù)合材料。所述的翅片的連接平面(2)與連接傳熱條帶(3)的外翻連接撐邊相互連接是以傳熱和連接強度為功能的連接。所述的焊接連接是精細焊接方法的連接如通過采用包括超聲焊、熱壓焊和包括金屬釬料的電阻釬焊、激光焊、電阻焊、高頻焊、等離子焊、X射線焊等方法的連接；所述的粘接連接是通過采用如導(dǎo)熱膠方法或焊料包括熱熔性高分子導(dǎo)熱材料的熱壓焊等方法的連接。所述的翅片可以是二維翅片板形態(tài)、或是三維翅片體形態(tài)。所述的集能器傳熱芯條包括平板式集能器的板芯或真空管式集能器中包括玻璃管和真空玻璃管內(nèi)的管芯。所述的連接傳熱條帶(3)可與導(dǎo)熱管(1)之間經(jīng)焊接或粘接進行功能性加固。所述的導(dǎo)熱管與翅片的連接可以是一個或一個以上的導(dǎo)熱管與翅片相連接，各導(dǎo)熱管之間可以相互連通成一體構(gòu)成U型管或蛇型管。所述的導(dǎo)熱管可以是液流導(dǎo)熱管或是熱管。
本實用新型的優(yōu)點由于采用了一個連接傳熱條帶可使得焊接或粘接連接的操作轉(zhuǎn)移到連接傳熱條帶的外翻撐邊表面進行，且工效快，保全了翅片的涂層等功能性工作面不受過熱影響或機械破損；使得精細焊等連接在兩個平直面上進行，大大改善了焊接等連接操作的工況條件，更易于檢查連接缺陷；同時由于連接傳熱條帶兩個撐邊整體連接固定后對導(dǎo)熱管產(chǎn)生的拉夾壓力，使得兩者間接觸段的結(jié)合保持緊密；即使如焊接連接中出現(xiàn)焊縫的局面虛焊，對應(yīng)接觸段的結(jié)合力也不會松弛，因此，傳熱速度與可靠性大大增強，通過連接傳熱條帶的兩條連接接縫與連接導(dǎo)熱管頂端的一個緊密包絡(luò)接觸段為主、加上導(dǎo)熱管底部與翅片間的一條壓力接觸帶共同傳熱，使芯條整體傳熱性能得到提升，芯條的性能價格比得到提高，不但可以實現(xiàn)導(dǎo)熱管與二維翅片板的精細焊或粘接連接，而且可以實現(xiàn)導(dǎo)熱管與三維翅片體的精細焊或粘接連接，更適合與建筑一體化的結(jié)合要求。


圖1是本實用新型的太陽集能器傳熱芯條實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2、圖3、圖4、圖5是本實用新型連接傳熱條帶對導(dǎo)熱管的幾種不同拉夾方式實施例的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6一圖10是本實用新型導(dǎo)熱管與不同形態(tài)翅片間焊接或粘接連接的結(jié)構(gòu)示意圖，圖11是圖10的剖視圖。
具體實施方式
下面通過實施例對本實用新型的太陽集能器傳熱芯條作進一步的說明按圖1所示，本實用新型的太陽集能器傳熱芯條實施例包括導(dǎo)熱管1、翅片2和連接傳熱條帶3。
導(dǎo)熱管1與翅片2的連接平面之間的傳熱主要是通過翅片2與連接傳熱條帶3之間的焊接連接及導(dǎo)熱管1與連接傳熱條帶3之間的焊接連接或粘接連接傳遞的，連接傳熱條帶3帶有兩條外翻的連接撐邊，撐邊的中部夾有導(dǎo)熱管1(參見圖2-圖4)，翅片的連接平面2與連接傳熱條帶3的外翻連接撐邊相互焊接連接，通過精細焊方法的連接可采用包括超聲焊、熱壓焊(包括熱壓釬焊，焊料還包括熱熔性的高分子導(dǎo)熱材料)、激光焊、電阻焊、高頻焊、等離子焊、X射線焊等方法的連接。
導(dǎo)熱管1介于翅片2和連接傳熱條帶3之間，經(jīng)連接傳熱條帶3的拉夾與翅片2相連，焊接或粘接時連接傳熱條帶3的連接撐邊設(shè)置在翅片2的連接平面上，如采用超聲波焊接法，超聲焊頭(滾輪)接觸連接撐邊并保持一定的接觸壓力，使連接撐邊與翅片的連接平面相互疊焊連接，焊接時焊頭相對工件移動或相反，因而可以根據(jù)需要選擇進行連續(xù)滾焊即縫焊或是非連續(xù)焊接即點焊；如采用電阻釬焊法則可在連接傳熱條帶3的兩個連接撐邊上分別對兩個疊板間的縫焊通過平行焊或階梯焊方法作焊接連接，此外，還可以根據(jù)焊接材料電阻值間的差異(可焊性)選擇電阻焊或電阻釬焊等焊接連接。由于連接傳熱條帶連接后對導(dǎo)熱管產(chǎn)生的拉夾壓力，使導(dǎo)熱管的底部與翅片緊密接觸，這樣就形成了翅片與導(dǎo)熱管之間有三個熱傳導(dǎo)點，其中，連接傳熱條帶3上的兩個熱傳導(dǎo)段又匯集成一個與導(dǎo)熱管外管面緊密包絡(luò)的接觸段，更加有利于通過連接傳熱條帶3為主進行傳熱，除此之外，導(dǎo)熱管與翅片的接觸端可以是點接觸、或是如圖1所示的面接觸。如采用粘接連接則在連接傳熱條帶的兩個連接撐邊與翅片的連接平面間設(shè)置導(dǎo)熱膠材料，除了常溫型的導(dǎo)熱膠外，無論采用熱熔性或熱固性導(dǎo)熱膠，都可以采用熱壓焊的方式從連接傳熱條帶的兩個連接撐邊上沿接縫進行加熱處理，這樣，使得傳熱芯條的整體傳熱條件與性能即傳熱和連接強度功能遠比現(xiàn)有技術(shù)為好。
連接傳熱條帶3系用薄帶制成，其對導(dǎo)熱管1的拉夾方式還可以是如圖2所示的外傾式拉夾、或是如圖3所示的內(nèi)縮外管面包絡(luò)式拉夾、或是如圖3所示的直垂式拉夾，其中導(dǎo)熱管可以是圓管、或是矩形管、或是異形管。
由于采用了一個連接傳熱條帶可使得焊接的操作轉(zhuǎn)移到連接傳熱條帶的外翻撐邊表面進行，保全了翅片的涂層等功能性工作面不受過熱影響或機械破損；且使得精細焊或粘接連接在兩個平直面上進行，大大改善了連接操作的工況條件，更易于檢查連接缺陷；同時由于連接傳熱條帶兩個撐邊整體連接固定后對導(dǎo)熱管產(chǎn)生的拉夾壓力，使得兩者間接觸段的結(jié)合保持緊密。
導(dǎo)熱管1、翅片2與連接傳熱條帶3經(jīng)上述連接后，還可根據(jù)需要對導(dǎo)熱管1進行進一步的加固以防止其受力后轉(zhuǎn)動或軸向竄動，加固可以通過在導(dǎo)熱管1頂端的連接傳熱條帶3上沿軸向進行一次焊接如超聲焊處理(包括連續(xù)焊或點焊)，此外也可在導(dǎo)熱管1的上述部位及或底端與翅片2的接觸部位涂敷導(dǎo)熱膠進行加固。
按圖5所示是本實用新型太陽集能器傳熱芯條的又一個實施例，包括導(dǎo)熱管1、翅片2和連接傳熱條帶3，其中，翅片2可采用三維翅片體形態(tài)，連接傳熱條帶3由對稱兩個部分組成，同樣帶有兩條外翻的連接撐邊，導(dǎo)熱管1與翅片2的連接平面之間的傳熱同樣主要是通過翅片2與連接傳熱條帶3之間的焊接連接及導(dǎo)熱管1與連接傳熱條帶3之間的焊接連接或粘接連接傳遞的，連接傳熱條帶3帶有兩條外翻的連接撐邊，撐邊的中部夾有導(dǎo)熱管1(參見圖2-圖4)，翅片的連接平面2與連接傳熱條帶3的外翻連接撐邊相互焊接連接，通過精細焊方法的連接可采用包括超聲焊、熱壓焊(包括熱壓釬焊，焊料還包括熱熔性的高分子導(dǎo)熱材料)、激光焊、電阻焊、高頻焊、等離子焊、X射線焊等方法的連接。
導(dǎo)熱管1介于翅片2和連接傳熱條帶3之間，經(jīng)連接傳熱條帶3的拉夾與翅片2相連，焊接或粘接時連接傳熱條帶3的連接撐邊設(shè)置在翅片2的連接平面上，不同的是連接傳熱條帶3可以先與導(dǎo)熱管經(jīng)焊接或粘接連接，導(dǎo)熱管按如圖5所示經(jīng)連接傳熱條帶的夾持放置在翅片的連接平面上，后在連接傳熱條帶兩條外翻的連接撐邊上進行與翅片連接平面之間的焊接連接或粘接連接，或者也可相反操作；為了保護翅片向下放置的三維翅片體，可采用翅片焊接夾具輔助進行支承，采用精細焊接的方法，如高頻焊或電阻焊，對于電阻焊，焊頭可制成滾輪式，這對于不同電阻的材料之間選擇電阻焊或電阻釬焊等進行縫焊連接更為有利，可在連接傳熱條帶的兩個連接撐邊上分別對兩個疊板間的縫焊通過兩個平行設(shè)置、或前后設(shè)置的滾輪焊頭作平行焊或階梯焊進行連接，形成如圖5所示的焊接連接結(jié)構(gòu)與對導(dǎo)熱管的拉夾方式，使連接與傳熱更為可靠。
上述兩個實施例中，導(dǎo)熱管1、翅片2、連接傳熱條帶3三者，可以采用相同的導(dǎo)熱金屬材料、也可以采用不相同的導(dǎo)熱金屬材料，這些導(dǎo)熱金屬材料是銅、鋁、鋼(包括不銹鋼等特種鋼)、鎳、銀等的管材、板材及帶材等以及焊接表面包含這些金屬材料的復(fù)合材料；翅片2可以采用二維翅片形態(tài)如常見的板條翅片薄片，其款式可以是平板條、或是其非焊接表面部分帶加強剛性及其它功能處理如滾壓條紋或凸面條紋的板條(如圖5、圖6、圖7所示)等，除此之外，翅片2也可采用三維翅片體，包括經(jīng)翅化表面處理的三維翅片體和平行翅條板式的三維翅片體(如圖8、圖9、圖10所示)等；導(dǎo)熱管1與翅片2的連接可以是一個導(dǎo)熱管與翅片2的連接如常見的排管形式或熱管形式其中一個集熱器中設(shè)有多個導(dǎo)熱排管與翅片，多個導(dǎo)熱排管在芯條的兩端分別與聯(lián)匯管相連接，熱管的放熱端則設(shè)置在芯條的上端與聯(lián)匯管或換熱器相銜接；也可以是一個以上的導(dǎo)熱管與翅片2的連接各導(dǎo)熱管之間可相互連通一體構(gòu)成U形管型式或蛇形管型式，則此，U形管的兩個管口分別與進液聯(lián)匯管及出液聯(lián)匯管相連；蛇形的兩個管口分別與進液管及出液管相連，各導(dǎo)熱管之間也可相互不連通，構(gòu)成上述排管形式或熱管形式的連接。對于抗凍要求較高的使用地區(qū)，導(dǎo)熱管可采用熱管型導(dǎo)熱管，以防止管內(nèi)的導(dǎo)熱體在低溫下凍結(jié)；對于抗凍要求較低的使用地區(qū)，導(dǎo)熱管可采用液流導(dǎo)熱管，以水等液體作為載熱體。
根據(jù)不同應(yīng)用場合的尺寸要求，用本實用新型的太陽集能器傳熱芯條可分別制作成平板式集能器板芯包括平板式的集熱器板芯、或帶液體調(diào)溫系統(tǒng)光伏電池的安裝板芯、或真空管式集能器中玻璃(真空)管內(nèi)或玻璃(真空)集熱管內(nèi)的管芯及各種太陽能利用設(shè)施的的傳熱芯條。
權(quán)利要求1.太陽集能器傳熱芯條，由導(dǎo)熱管和翅片等組成，其特征在于，導(dǎo)熱管(1)與翅片(2)的連接平面之間的傳熱主要是通過翅片(2)與連接傳熱條帶(3)之間的焊接連接及導(dǎo)熱管(1)與連接傳熱條帶(3)之間的焊接連接或粘接連接傳遞的，翅片的連接平面(2)與連接傳熱條帶(3)的外翻連接撐邊相互焊接連接，導(dǎo)熱管(1)介于翅片(2)和連接傳熱條帶(3)之間，經(jīng)連接傳熱條帶(3)的拉夾與翅片(2)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集能器傳熱芯條，其特征在于所述的導(dǎo)熱管、翅片和連接傳熱條帶三者可以采用相同的導(dǎo)熱金屬材料、或不相同的導(dǎo)熱金屬材料如銅、鋁、鋼、鎳、銀等以及焊接表面包含這些金屬材料的復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集能器傳熱芯條，其特征在于所述的翅片的連接平面(2)與連接傳熱條帶(3)的外翻連接撐邊相互連接是以傳熱和連接強度為功能的連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集能器傳熱芯條，其特征在于所述的焊接連接是精細焊接方法的連接如通過采用包括超聲焊、熱壓焊和包括金屬釬料的電阻釬焊、激光焊、電阻焊、高頻焊、等離子焊、X射線焊等方法的連接；所述的粘接連接是通過采用如導(dǎo)熱膠方法或焊料包括熱熔性高分子導(dǎo)熱材料的熱壓焊等方法的連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集能器傳熱芯條，其特征在于所述的翅片可以是二維翅片板形態(tài)、或是三維翅片體形態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集能器傳熱芯條，其特征在于所述的集能器傳熱芯條包括平板式集能器的板芯或真空管式集能器中包括玻璃管和真空玻璃管內(nèi)的管芯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集能器傳熱芯條，其特征在于所述的連接傳熱條帶(3)可與導(dǎo)熱管(1)之間經(jīng)焊接或粘接進行功能性加固。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集能器傳熱芯條，其特征在于所述的導(dǎo)熱管與翅片的連接可以是一個或一個以上的導(dǎo)熱管與翅片相連接，各導(dǎo)熱管之間可以相互連通成一體構(gòu)成U型管或蛇型管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集能器傳熱芯條，其特征在于所述的導(dǎo)熱管可以是液流導(dǎo)熱管或是熱管。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽集能器傳熱芯條，由導(dǎo)熱管和翅片等組成，其特征在于，導(dǎo)熱管與翅片的連接平面之間是通過一連接傳熱條帶而連接的，其中，連接傳熱條帶的兩條外翻連接撐邊分別與翅片的連接平面進行連接，使得超聲焊的焊接等連接操作轉(zhuǎn)移到連接傳熱條帶的兩個外翻撐邊表面進行，保全了翅片的涂層工作面不受破損；導(dǎo)熱管與翅片的集合緊密；不但可以實現(xiàn)導(dǎo)熱與二維翅片板的連接，而且可以實現(xiàn)導(dǎo)熱與三維翅片的連接。
文檔編號F24J2/46GK2757035SQ200420065408
公開日2006年2月8日 申請日期2004年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月23日
發(fā)明者潘戈 申請人:潘戈