專(zhuān)利名稱(chēng)：鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬管材在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上的應(yīng) 用方法，特別地，引入鋁合金管作為調(diào)節(jié)器主構(gòu)件管材。
(二)
背景技術(shù)：
鐵、鋁、銅三種金屬元素在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最多，具體到太陽(yáng) 能領(lǐng)域，上述三種金屬均有應(yīng)用。但就目前來(lái)看，在金屬真空管太陽(yáng)能集 熱器調(diào)節(jié)器上，就只有鐵和銅調(diào)節(jié)器了。
在這里再具體說(shuō)明一下調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)。參照說(shuō)明書(shū)附圖1，調(diào)節(jié)器通
常包括一根主管4和焊接在該主管上的具有一個(gè)以上U型管9的U型管組 8，以及焊接在主管上的測(cè)溫管l，其中每個(gè)U型管包含一個(gè)180度折彎， 而對(duì)于U型管組中U型管間通過(guò)一平直連接管6連接則包括兩個(gè)90度折彎， 且所用管材厚度多在0.7 1.0mm。那么在選材中，上述折彎需要考慮材質(zhì) 的延展性，再就是薄壁管件的可焊性，此外還需要考慮管材的強(qiáng)度和材質(zhì) 的電化學(xué)特性。
國(guó)家局第200720025767.5號(hào)實(shí)用新型專(zhuān)利示出了現(xiàn)在金屬真空管太 陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以及調(diào)節(jié)器目前通用的材質(zhì)，即銅和不銹鋼。
在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器領(lǐng)域中，銅質(zhì)管材應(yīng)用最廣。銅的 導(dǎo)熱系數(shù)為350 398w/mK，在金屬中僅次于貴金屬銀，并具有良好的延展 性，且金屬活性低，容易避免電化學(xué)腐蝕。但其應(yīng)用受限于其比重大，價(jià) 格高，在相同強(qiáng)度和耐壓條件下，單位調(diào)節(jié)器成本偏高，重量偏大。
因此，現(xiàn)在有用不銹鋼調(diào)節(jié)器替代銅調(diào)節(jié)器的趨勢(shì)，整體核算成本來(lái) 看，其成本有一定程度的降低。但由于鐵的比重和銅相差無(wú)幾，雖然其強(qiáng) 度比較大，機(jī)加工性能好，就目前來(lái)看，調(diào)節(jié)器重量相比并沒(méi)有降低多少。 最重要的是由于不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)52 68w/mK，并非理想的換熱器材質(zhì)， 這樣會(huì)犧牲一部分集熱器熱性能來(lái)?yè)Q得制造成本下降，從集熱器的整個(gè)使 用壽命過(guò)程來(lái)看，這種做法得不償失。
至于鋁型材，雖然目前在太陽(yáng)能行業(yè)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，不過(guò)也只限 于諸如聯(lián)箱、尾座這些不重要的構(gòu)件。鋁型材雖有硬鋁型材和軟鋁型材之 分，不過(guò)對(duì)于前者，其延展性能差，在折彎過(guò)程中很容易折裂，次品率過(guò)
3高；而對(duì)于后者，雖然折彎容易，但機(jī)械性能差。因此，由于鋁型材的上 述屬性，使得若想找到一種合適的鋁型材，即具有較好機(jī)加工性能，且具 有一定機(jī)械強(qiáng)度的鋁型材存在障礙，目前還沒(méi)有成功的案例。另外由于元 素鋁是一種金屬活性比較強(qiáng)的金屬元素，在集熱器應(yīng)用中怎么防止電化學(xué) 腐蝕也是需要考慮的問(wèn)題。加之薄壁鋁合金管件焊接性能差，很容易焊漏， 或者會(huì)出現(xiàn)其它的焊接缺陷。據(jù)此，將鋁合金管應(yīng)用到調(diào)節(jié)器上還存在巨 大的技術(shù)障礙。
發(fā)明內(nèi)容
從上述現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于將鋁合金管應(yīng)用到金屬真空 管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上，以降低調(diào)節(jié)器成本和減輕重量，推動(dòng)新能源的推廣。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
該發(fā)明鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，其包含 以下工藝
選擇在25。C時(shí)的抗拉強(qiáng)度在130 183MPa的鋁合金，并采用 焊接工藝，調(diào)整焊縫間隙為0.05 0.15mm，采用火焰焊接，并控制焊 接溫度在420。C 48(TC;以及
防腐，太陽(yáng)能站及與調(diào)節(jié)器連通的走水管路連接件采用鋁合金材質(zhì)連 接件。
上述鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，所說(shuō)的鋁 型材優(yōu)選在25"C時(shí)的抗拉強(qiáng)度在130 183MPa的鋁合金。
上述鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，所說(shuō)的鋁 合金材料采用3003系列鋁合金。
所說(shuō)的控制焊接溫度的工藝中還包括采用紅外測(cè)溫儀進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)溫， 以提供溫控參數(shù)。
上述鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，所述采用 了鋁合金材質(zhì)的調(diào)節(jié)器U形管和主管厚度相對(duì)于同部位銅管加厚30%。
上述鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，焊接前， 將主管固定，并使其預(yù)鉆的相應(yīng)于U型管組插入孔向上；將U型管組接口 倒插入相應(yīng)插入孔中，保證相應(yīng)插口與相應(yīng)孔的同軸度小于4)0. Olmm，并
、，、本發(fā)明的任務(wù)首先在選材上，基于此，在滿(mǎn)足調(diào)節(jié)器承壓條件的基礎(chǔ)上，選擇多種管材進(jìn)行折彎試驗(yàn)。針對(duì)目前調(diào)節(jié)器的折彎都集中在u形管 組的加工上，即U型管體的180度折彎和兩U形管體間平直管兩端的各有 一90度折彎。折彎實(shí)驗(yàn)中，采用常規(guī)的機(jī)加工手段，經(jīng)過(guò)多組鋁合金管材 的試驗(yàn)，選擇出抗拉強(qiáng)度值在130 183MPa之間的鋁型材，其折彎成材率 大于91.7%，其中部分比現(xiàn)有銅型材略差，部分和銅型材相差無(wú)幾，完全 可以滿(mǎn)足使用要求?？紤]到鋁型材的成本和比重，即便是其成材率相對(duì)低 一些，采用鋁型材從型材成本上也可以大幅降低。并且由于鋁合金的導(dǎo)熱 系數(shù)為237 278 w/Mk，比銅略低，但也較為接近，完全可滿(mǎn)足在調(diào)節(jié)器上 的應(yīng)用。
而在焊接工藝上，調(diào)整焊縫間隙為0.05~0. 15mm，采用火焰焊接，并 控制焊接溫度在42(TC 480。C;上述間隙不宜過(guò)小，過(guò)小容易焊不透，而 過(guò)大則需要的焊料多，且焊接質(zhì)量不宜保證，振動(dòng)沖擊易開(kāi)焊；并且焊縫 過(guò)大，焊接過(guò)程散發(fā)熱量多，溫度控制比較難處理。由于上述鋁型材的再 結(jié)晶溫度一般在46(TC左右，上述溫度區(qū)間可滿(mǎn)足金屬焊接的溫控要求， 在滿(mǎn)足焊接強(qiáng)度的情況下，并防止了產(chǎn)生焊漏的可能性。經(jīng)實(shí)際的焊接驗(yàn) 證，在常規(guī)的條件下，溫度控制在上述區(qū)間內(nèi)，基本上不會(huì)出現(xiàn)焊漏的缺 陷。
為了有效防止電化學(xué)腐蝕，太陽(yáng)能站及與調(diào)節(jié)器連通的走水管路連接 件采用鋁合金材質(zhì)連接件。當(dāng)然，這里的鋁合金件并不一定要和調(diào)節(jié)器材 質(zhì)完全一致，可以采用成本較低的鑄鋁件。電化學(xué)腐蝕相對(duì)的，以前上述 連接件多數(shù)是銅質(zhì)連接件，若采用鋁合金的調(diào)節(jié)器，必然會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)反 應(yīng)。采用5%的去離子氯化鈉溶液在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)上加溫模擬系統(tǒng)高溫 高壓，經(jīng)過(guò)10個(gè)月的測(cè)試，鋁金屬管在200倍顯微鏡下觀察，只有點(diǎn)腐蝕 開(kāi)始，上面所提到的高溫采用目前太陽(yáng)能集熱器的極限溫度120°C，壓力 為1. 5MPa。
(四)


圖1為金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1、測(cè)溫管，2、第一焊點(diǎn)，3、 90度折彎，4、主管，5、第二 焊點(diǎn)，6、平直連接管，7、 180度折彎，8、 U型管組，9、 U型管。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖具體說(shuō)明一下本發(fā)明，其中說(shuō)明書(shū)附圖1是目前
較常用的調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)示意圖，里面示出了 90度折彎3和180度折彎7，以
5及焊接點(diǎn)。
具體到鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，其包含 以下工藝
選擇在25。C時(shí)的抗拉強(qiáng)度在130 183MPa的鋁合金，并采用 焊接工藝，調(diào)整焊縫間隙為0.05 0. 15mm，采用火焰焊接，并控制焊
接溫度在420。C 48(TC;以及
防腐，太陽(yáng)能站及與調(diào)節(jié)器連通的走水管路連接件采用鋁合金材質(zhì)連接件。
至于上面的數(shù)值范圍，所說(shuō)的抗拉強(qiáng)度，在此區(qū)間范圍內(nèi)，均可獲得 較高的上述90度折彎和180度折彎許可的成材率范圍內(nèi)。當(dāng)然，鋁合金型 材的密度大多在2. 7g/cm3，不到銅的1/3，在相同截面系數(shù)下的強(qiáng)度，上述 鋁型材比銅質(zhì)型材稍差一些，但就目前的承壓能力來(lái)看，銅和不銹鋼調(diào)節(jié) 器設(shè)計(jì)壓力都在3MPa，但實(shí)際使用中，包括具有承壓能力的集熱器，多數(shù) 都在3 7ba (lba二O. lMPa)情況下設(shè)置了卸壓保護(hù)裝置，上述設(shè)計(jì)過(guò)于富 余；在相同條件下，上述鋁合金可以有2MPa的承壓能力，安全系數(shù)完全可 以滿(mǎn)足使用要求。因此在該截面系數(shù)下，所用鋁型材的重量約為銅材的 1/3，成本和重量都大大降低。
至于上述的焊縫間隙，考慮到定位的誤差，且需要保證焊透，加之由 于鉆孔精度不高，上述的下限基本上可以滿(mǎn)足鉆孔誤差和U型管的插入部 分在該孔的定位誤差；而上限則是在保證焊透情況下的盡量減小焊縫的端 值。這里的焊接涉及到除U型管組8與主管4之間的第二焊點(diǎn)5和測(cè)溫管 l與主管間的第二焊點(diǎn)2。
采用火焰焊接，即常說(shuō)的氣焊，焊接溫度低，適合薄壁件的焊接。
這里說(shuō)到折彎成材率，所說(shuō)的鋁型材優(yōu)選在25'C時(shí)的抗拉強(qiáng)度在 130 183MPa的鋁合金145 160MPa的鋁合金，在此區(qū)間，其折彎成材率基 本上可以達(dá)到現(xiàn)在應(yīng)用在調(diào)節(jié)器上的銅質(zhì)型材的折彎成材率。
在上述鋁合金的管材里面，有一種3003系列鋁合金，該種鋁合金的抗 拉強(qiáng)度在150MPa左右，具有較好的韌性和延展性，折彎性能比較好，經(jīng)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn)證，多組折彎成材率實(shí)驗(yàn)結(jié)果最差的也有94.7，最好的一組則達(dá)到了 97. 1%。當(dāng)然，折彎實(shí)驗(yàn)還有很多的人為因素和隨機(jī)因素，在同樣條件下的 折彎實(shí)驗(yàn)，上述鋁合金型材與銅質(zhì)型材相比差別不大，折彎成材率都達(dá)到 了工業(yè)應(yīng)用的要求。
6由于焊接溫度較高，所以所說(shuō)的控制焊接溫度的工藝中還包括采用紅 外測(cè)溫儀進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)溫，以提供溫控參數(shù)，測(cè)溫儀器不必和被測(cè)區(qū)域接觸， 也便于實(shí)時(shí)控制。
考慮到一些情況下管路的承壓能力要求較高，所述采用了鋁合金材質(zhì) 的調(diào)節(jié)器U形管和主管厚度相對(duì)于同部位銅管加厚30%，可以滿(mǎn)足具有較 高承壓要求的系統(tǒng)，以便于和現(xiàn)有太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)兼容。另一方面，考慮 到安裝后，鋁合金管的喇叭口會(huì)出現(xiàn)拉伸變形現(xiàn)象，整機(jī)在制熱運(yùn)行過(guò)程 中會(huì)出現(xiàn)輕微震動(dòng)，對(duì)鋁合金管加厚也在于確保集熱器的使用壽命。并且 即便是加厚鋁合金管，相比于采用銅質(zhì)管路，成本相對(duì)也比較低。
為便于焊接，焊接前，將主管固定，并使其預(yù)鉆的相應(yīng)于u型管組插
入孔向上；將U型管組接口倒插入相應(yīng)插入孔中，保證相應(yīng)插口與相應(yīng)孔
的同軸度小于小0.01mm，并夾緊。上述焊接前的兩焊接件的定位采用現(xiàn)有 太陽(yáng)集熱器調(diào)節(jié)器焊接工裝夾具即可滿(mǎn)足。保證上面的同軸度誤差以使焊 縫均勻。
權(quán)利要求
1. 鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，其包含以下工藝選擇在25℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度在130～183MPa的鋁合金，并采用焊接工藝，調(diào)整焊縫間隙為0.05～0.15mm，采用火焰焊接，并控制焊接溫度在420℃～480℃；以及防腐，太陽(yáng)能站及與調(diào)節(jié)器連通的走水管路連接件采用鋁合金材質(zhì)連接件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器 調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，所說(shuō)的鋁型材優(yōu)選在25'C時(shí)的抗拉強(qiáng)度在 130 183MPa的鋁合金145 160MPa的鋁合金。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器 調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，所說(shuō)的鋁合金材料采用3003系列鋁合金。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器 調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，所說(shuō)的控制焊接溫度的工藝中還包括采用紅外測(cè)溫 儀進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)溫，以提供溫控參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能 集熱器調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，其特征在于所述采用了鋁合金材質(zhì)的調(diào)節(jié) 器U形管和主管厚度相對(duì)于同部位銅管加厚30%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器 調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，其特征在于焊接前，將主管固定，并使其預(yù)鉆的 相應(yīng)于U型管組插入孔向上；將U型管組接口倒插入相應(yīng)插入孔中， 保證相應(yīng)插口與相應(yīng)孔的同軸度小于小O. Olmm，并夾緊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬管材在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用方法，特別地，引入鋁合金管作為調(diào)節(jié)器主構(gòu)件管材。該發(fā)明鋁合金管在金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上的應(yīng)用，其包含以下工藝選擇在25℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度在130～183MPa的鋁合金，并采用焊接工藝，調(diào)整焊縫間隙為0.05～0.15mm，采用火焰焊接，并控制焊接溫度在420℃～480℃；以及防腐，太陽(yáng)能站及與調(diào)節(jié)器連通的走水管路連接件采用鋁合金材質(zhì)連接件。本發(fā)明的目的體現(xiàn)在將鋁合金管應(yīng)用到金屬真空管太陽(yáng)能集熱器調(diào)節(jié)器上，以降低調(diào)節(jié)器成本和減輕重量，推動(dòng)新能源的推廣。
文檔編號(hào)F24J2/46GK101487636SQ200910002898
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者豐中玉, 申文明, 馬光柏, 馬迎昌 申請(qǐng)人:山東力諾瑞特新能源有限公司