專利名稱：鋁合金免焊接兼屋面瓦太陽(yáng)能集熱器的制作方法
鋁合金免焊接兼屋面瓦太陽(yáng)能集熱器
(一) 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能集熱器
(二)
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能利用是節(jié)能建筑的發(fā)展方向。傳統(tǒng)太陽(yáng)能集熱器主要有平板型集熱 器和真空型集熱器兩大類。存在的主要問(wèn)題 一是沒(méi)有生產(chǎn)出高效低價(jià)的集熱 器致使推廣速度緩慢；二是因工藝材料可靠性低導(dǎo)致維護(hù)困難；三是太陽(yáng)能集 熱器的結(jié)構(gòu)功能與建筑的結(jié)構(gòu)功能不能妥善結(jié)合。
傳統(tǒng)的平板型太陽(yáng)能集熱器為提高熱傳遞速度，使用銅材較多，制作工藝 采用銅焊、電阻焊、超聲波焊、高頻焊、銅鋁復(fù)合等，要求做到金相結(jié)合以減 少熱阻。這種平板型太陽(yáng)能集熱器優(yōu)點(diǎn)是吸熱效率和熱傳遞效率較高，但需要 進(jìn)一步提高；缺點(diǎn)是因焊接工藝要求而需要加厚材料、焊點(diǎn)易銹而增加維修縮 短使用壽命、造價(jià)高、容水量大時(shí)整體性能下降等，適合于小規(guī)模使用，如家 用熱水器等。
全玻璃真空管型太陽(yáng)能集熱器在室外使用被損壞的概率較大， 一根管損壞 即導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停止工作，因此又開(kāi)發(fā)出金屬-玻璃結(jié)構(gòu)真空管型太陽(yáng)能集熱 器，即熱管-玻璃真空管和u形管-玻璃真空管兩類集熱器，提高了產(chǎn)品運(yùn)行的 可靠性，也進(jìn)一步提高了產(chǎn)品造價(jià)。各類玻璃真空管型太陽(yáng)能集熱器生產(chǎn)成本 均較高，使用時(shí)采用緊密排列會(huì)成倍提高造價(jià)且加工困難，多數(shù)采用真空管間 隔排列并在管下部設(shè)反光板的作法，但灰塵和污垢對(duì)反光效果影響極大，需經(jīng) 常維護(hù)，較之傳統(tǒng)平板型太陽(yáng)能集熱器，更不適合大規(guī)模使用。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不需使用焊接工藝制造的鋁合金太陽(yáng)能集熱器兼 屋面瓦，針對(duì)傳統(tǒng)太陽(yáng)能集熱器存在的缺點(diǎn)，主要解決的技術(shù)問(wèn)題有提高集 熱效率、降低產(chǎn)品造價(jià)、免除復(fù)雜焊接工藝、減少甚至免除維護(hù)需要、延長(zhǎng)產(chǎn) 品使用壽命、增加與建筑一體化的建材功能/采用有利大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的制 造工藝。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的這種鋁合金太陽(yáng)能集熱器主要包括從受光面
向后依次排列組裝的外殼、主集熱器件和保溫層，外殼主要包括蓋板和邊框.
主集熱器件包括集熱板、熱交換容器和輸水管道，其特征在于 蓋板是強(qiáng)化耐熱的透光玻璃板；
邊框的作用除了對(duì)玻璃蓋板、主集熱器件和保溫層等合圍固定外，其獨(dú)特 之處是在玻璃蓋板平面上四向外延出扁平邊條，左右兩側(cè)邊條再向上凸起，使 集熱器兼?zhèn)浯髩K保溫屋面瓦功能。
集熱板與熱交換容器合為一體，是橫斷面形狀為上弧下平呈半圓形的，并 排連接多個(gè)的，擠壓工藝成型的金屬排管型材，其半圓管中間有加強(qiáng)肋，排管 分組，每組數(shù)根，各組排管之間有供螺栓穿孔固定的條形平面，其金屬排管型 材的向陽(yáng)面涂敷選擇性吸熱涂層；
輸水管道連接金屬排管型材，設(shè)在上下兩端，是由輸水管道蓋板和輸水管 道水槽上下兩部分組成的，有金屬排管型材接口的，沖壓工藝成型的金屬輸水 管道；
金屬排管型材和輸水管道之間、輸水管道上下兩部分之間用螺栓連接緊固， 用密封膠粘劑密封；由此組成的主集熱器件安裝在透光玻璃蓋板和保溫層之間 的空間內(nèi)。
上述邊框用鋁合金或塑料制成，設(shè)有灌注密封膠的邊條夾空，在做邊框拼 角安裝時(shí)可往邊條夾空里局部灌注密封膠，以實(shí)現(xiàn)防雨功能。
上述集熱板與熱交換容器合為一體的金屬排管型材為鋁合金型材，其橫斷 面形狀可為連續(xù)半圓形、梯形或三角形空心管，管中可有一至二個(gè)加強(qiáng)肋或無(wú) 加強(qiáng)肋，其型材壁厚可以為0. 5腿或0. 3 1. 8腿之間的一個(gè)厚度。
上述選擇性吸熱涂層可以是鋁-氮/鋁涂層、鋁-氮-碳選擇性吸收膜、真空濺 射黑色金屬鍍層或電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。
上述金屬輸水管道為符合沖壓工藝要求的鋁合金板材或黑色金屬板材。
上述使用的密封膠粘劑為平面密封膠或特種膠粘劑。
上述保溫層可以是聚氨酯發(fā)泡制品、礦棉制品或發(fā)泡聚苯板。
太陽(yáng)能集熱器的工作原理陽(yáng)光透過(guò)透光玻璃蓋板照射在表面涂有選擇性 吸熱涂層的集熱板上，集熱板吸收太陽(yáng)輻射能量后，通過(guò)熱交換容器加熱容器 內(nèi)的導(dǎo)熱工質(zhì)，經(jīng)輸水管道輸出供使用。透光蓋板允許陽(yáng)光通過(guò)，與保溫層共 同阻止熱量散失，形成集熱器內(nèi)的溫室效應(yīng)。集熱面積和熱交換面積的大小、 熱傳遞距離長(zhǎng)短和速度快慢等因素關(guān)系集熱器效率高低，是本發(fā)明重點(diǎn)關(guān)注與 利用的規(guī)律之一部份。
本發(fā)明與現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)相比具有的有益效果 1、集熱效率提高。本發(fā)明采用受光面為連續(xù)圓弧形的集熱板，使受光面 積增加，吸光率提高；采用集熱板與熱交換容器合為一體的薄壁鋁合金排管型
材，使熱交換面積與集熱面積同樣大，熱量通過(guò)鋁金屬大面積傳遞給流體導(dǎo)熱
工質(zhì)的距離僅有0.5mm左右，速度極快。這樣就通過(guò)增大熱吸收和熱交換面積， 縮小熱傳遞距離，明顯提高了集熱效率。
2、 產(chǎn)品造價(jià)降低。本發(fā)明因沒(méi)必要使用貴重的銅材，不采用復(fù)雜的焊接工 藝，所以其集熱板與熱交換容器可以選用壁厚僅0. 5mm的薄壁鋁合金排管型材， 進(jìn)行簡(jiǎn)單的組裝生產(chǎn)，使材料費(fèi)用減少，人工成本降低。
3、 工藝技術(shù)可靠。本發(fā)明采用擠壓鋁合金排管型材與沖壓鋁合金輸水管道 之間涂膠密封、螺栓緊固技術(shù)是關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)。這種近似法蘭安裝的方法， 主要涉及擠壓、沖壓部件的加工精度、公差與配合、密封膠最大填充間隙等問(wèn) 題。現(xiàn)在擠壓和沖壓工藝的加工精度很高，根據(jù)本發(fā)明部件的形狀、尺寸等特 點(diǎn)，采用擠壓和沖壓工藝加工的排管型材和管道部件的公差均可在土0.3mm以 下，平面密封膠最大填充間隙為6mm，可富富有余地實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的填充密封。
4、 產(chǎn)品質(zhì)量高，維護(hù)要求低，使用期限長(zhǎng)。本發(fā)明采用螺栓緊固密封膠密 封工藝替代焊接工藝，充分利用現(xiàn)代密封膠的優(yōu)異性能，可多方面提升集熱器 質(zhì)量。傳統(tǒng)平板型集熱器最大系統(tǒng)承受壓力0.6Mpa、導(dǎo)熱系統(tǒng)故障時(shí)集熱器內(nèi) 溫度最高可達(dá)22(TC。平面密封膠性能達(dá)到拉伸強(qiáng)度1.5Mpa、剪切強(qiáng)度1.5 Mpa、 耐壓性12Mpa、使用溫度一60 25(TC，可以滿足太陽(yáng)能集熱器的最大承受壓力 和極限溫度要求，而且耐候性好，使用壽命長(zhǎng)達(dá)50年以上。這種螺栓緊固、密 封膠密封工藝應(yīng)用，可使集熱器最容易出現(xiàn)泄漏事故的脆弱部位長(zhǎng)期保持穩(wěn)定 可靠，在少維護(hù)甚至不維護(hù)的情況下，讓使用期限達(dá)30 50年，達(dá)到傳統(tǒng)集熱 器15年使用期限的2 3倍是可以實(shí)現(xiàn)的。
5、 生產(chǎn)效率高，組裝工藝簡(jiǎn)單，利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明采用的擠 壓工藝生產(chǎn)排管型材和沖壓工藝生產(chǎn)管道部件，都是現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，尤 其沖壓工藝每分鐘可生產(chǎn)幾十甚至幾百個(gè)部件效率很高。組裝工序主要是涂膠 和緊固螺栓，均可使用專用工具，簡(jiǎn)單易行，如大規(guī)模生產(chǎn)，容易設(shè)計(jì)裝備自 動(dòng)化或半自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)線。 .
6、 兼?zhèn)渑c建筑一體化的屋面瓦功能。本發(fā)明通過(guò)集熱器邊框的延伸變化， 使集熱器同時(shí)成為一大塊具有保溫隔熱功能的屋面瓦，實(shí)實(shí)在在、簡(jiǎn)便易行地 成為一種建筑構(gòu)件，恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)了與建筑一體化，大面積鋪裝既利用了太陽(yáng)能， 又大量節(jié)省了平瓦和保溫隔熱材料。
本發(fā)明的屋面瓦功能可以根據(jù)不同的使用需要添加或省略。
7、 綜合效益顯著。本發(fā)明可為居民提供一家一戶式的太陽(yáng)能熱水服務(wù)，但
更主要是立足于節(jié)能建筑的整體設(shè)計(jì)建造。 一棟至多棟建筑統(tǒng)一利用太陽(yáng)能發(fā) 電、供熱是今后的發(fā)展方向。建筑需要能源量很大，屋面資源尤其是樓房的屋 面資源非常寶貴。 一種好的與建筑一體化的太陽(yáng)能集熱器要有高效率的集熱功 能，能夠最大限度地利用屋面資源；要有穩(wěn)定可靠經(jīng)久耐用的產(chǎn)品質(zhì)量，能夠 在少維修的前提下具有與建筑壽命相適應(yīng)的使用年限；要有較低的產(chǎn)品價(jià)格，
以利于太陽(yáng)能集熱器更快速地推廣應(yīng)用。注重綜合效益， 一并探索高效、低價(jià)、 可靠、耐久、融入建筑、利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等問(wèn)題，并獲得有益的疊加倍 增效應(yīng)是本發(fā)明突出特點(diǎn)。
本發(fā)明利于擴(kuò)大太陽(yáng)能利用的領(lǐng)域范圍，如工業(yè)生產(chǎn)、大型發(fā)電、農(nóng)用沼 氣池升溫、海水淡化、各類建筑構(gòu)筑物上方空間利用，如公路、鐵路、堤壩等。
(四)


圖1是本發(fā)明太陽(yáng)能集熱器的裝配示意圖
圖2是本發(fā)明太陽(yáng)能集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是外殼的仰視圖
圖4是圖3的A—A剖面圖
圖5是圖3的B—B剖面圖
圖6是多個(gè)集熱器做屋面瓦鋪設(shè)的示意圖
圖7是集熱板與熱交換容器的結(jié)構(gòu)示意圖
圖8是圖7的A—A剖面圖
圖9是圖8的變化示意圖
圖IO是輸水管道蓋板的仰視結(jié)構(gòu)示意圖
圖11是圖IO的A—A剖面圖
圖12是輸水管道水槽的結(jié)構(gòu)示意圖
圖13是圖12的A—A剖面圖
圖中l(wèi)-玻璃蓋板、2-邊框、2.1-邊條、2.2-邊條凸起、2.3-邊條夾空、3-集熱板與熱交換容器、3.1-加強(qiáng)肋、3.2-條形于面、4-輸水管道蓋板、4.1-排管 型材接口上緣、5-輸水管道水槽、5.卜涂膠平面、6-密封膠、7-螺栓、7.卜螺孔、 8-保溫層。
(五)
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例參見(jiàn)圖l、 2所示，這種鋁合金太陽(yáng)能集熱器主要包括從受光面向后 依次排列組裝的玻璃蓋板1、邊框2、輸水管道蓋板4、集熱板與熱交換容器3、 輸水管道水槽5和保溫層8。
參見(jiàn)圖1一6，玻璃蓋板1是強(qiáng)化耐熱的透光玻璃板，作用是讓陽(yáng)光充分透 過(guò)，讓熱量損失減??；使用時(shí)可耐受長(zhǎng)期冷、熱、光、風(fēng)、雨、雪侵蝕，受到
冰雹、石子等外力碰撞不致?lián)p壞。保溫層8的作用是減少集熱器向周圍環(huán)境散
熱，要求材料導(dǎo)熱率小，不吸水等，最好用聚氨酯發(fā)泡制品，礦棉制品或發(fā)泡
聚苯板。邊框2的作用是連接、合圍、固定和密封玻璃蓋板、集熱板與熱交換
容器、輸水管道、保溫層等集熱器部件，同時(shí)，還增加了屋面瓦功能。 本發(fā)明邊框用鋁合金或塑料制作，其特點(diǎn)是在保留傳統(tǒng)邊框功能與形狀的
基礎(chǔ)上，在玻璃蓋板平面上四向外延出扁平狀邊條2.1;左右兩側(cè)邊條再向上隆
起形成邊條凸起2.2;左右邊條和上下邊條的中間均有邊條夾空2.3，左右邊條 和上下邊條做對(duì)角并接時(shí)，可向邊條夾空里局部灌注密封膠6，將兩邊條之間的
接縫密封使其防雨，使集熱器成為一大塊兼具保溫隔熱功能的屋面瓦。
參見(jiàn)圖l、 2、 7—9，集熱與熱交換功能合為一體的集熱板與熱交換容器3 是橫斷面形狀為上弧下平呈半圓形的或上凸下平呈梯形、三角形的，并排連接 多個(gè)的薄壁鋁合金排管型材，其結(jié)構(gòu)使集熱板的集熱面積擴(kuò)大，熱交換容器的 熱交換面積增加，熱傳遞距離縮短速度加快；其排管中間有加強(qiáng)肋3.1以增加強(qiáng) 度，如排管壁厚增加或管徑縮小可不用加強(qiáng)肋；排管分組，每組數(shù)根，各組排 管之間有供螺栓穿孔固定的條形平面3.2;其鋁合金排管型材的向陽(yáng)面涂敷鋁-氮/鋁選擇性吸熱涂層。
參見(jiàn)圖1、 2、 10—13，輸水管道由輸水管道蓋板4和輸水管道水槽5上下 兩部分組成，兩部分都有涂膠平面5.1，是沖壓工藝成型的鋁合金輸水管道。輸 水管道連接鋁合金排管型材，設(shè)在上下兩端，輸水管道蓋板上有吻合鋁合金排 管型材外形的排管型材接口上緣4.1，與輸水管道水槽的涂膠平面共同組合成排 管型材接口。
鋁合金排管型材與輸水管道的連接方法是在輸水管道水槽的涂膠平面、 輸水管道蓋板的排管型材接口上緣和涂膠平面處涂敷密封膠；將鋁合金排管型 材放在輸水管道蓋板和輸水管道水槽之間的排管型材接口處，用螺栓7穿過(guò)輸 水管道蓋板、鋁合金排管型材和輸水管道水槽的螺孔7.1—并擰緊，即完成緊固 安裝與不漏水密封。
權(quán)利要求
1一種鋁合金免焊接兼屋面瓦太陽(yáng)能集熱器，它主要包括從受光面向后依次排列組裝的玻璃蓋板和邊框，集熱板和熱交換容器、輸水管道、保溫層，其特征在于邊框在保留傳統(tǒng)邊框功能與形狀的基礎(chǔ)上，在玻璃蓋板平面上四向外延出有邊條夾空的扁平狀邊條，左右兩側(cè)邊條再向上隆起形成邊條凸起，邊條夾空可灌注密封膠；集熱板與熱交換容器合為一體，是橫斷面形狀為上弧下平呈半圓形的，并排連接多個(gè)的，擠壓工藝成型的金屬排管型材，排管分組，每組數(shù)根，各組排管之間有供螺栓穿孔固定的條形平面，其金屬排管型材的向陽(yáng)面涂敷選擇性吸熱涂層；輸水管道連接金屬排管型材，設(shè)在上下兩端，是由輸水管道蓋板和輸水管道水槽上下兩部分組成的，有涂膠平面的，有金屬排管型材接口的，沖壓工藝成型的金屬輸水管道；金屬排管型材和輸水管道之間、輸水管道上下兩部分之間用螺栓連接緊固，用密封膠粘劑密封；由此組成的主集熱器件安裝在透光玻璃蓋板和保溫層之間的空間內(nèi)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金免焊接兼屋面瓦太陽(yáng)能集熱器，其特征 在于上述邊框用鋁合金材料或塑料材料制成。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金免焊接兼屋面瓦太陽(yáng)能集熱器，其特征 在于上述集熱板與熱交換容器合為一體的金屬排管型材為鋁合金排管型材， 其橫斷面形狀可為連續(xù)半圓形、梯形或三角形空心管，管中可有一至二個(gè)加強(qiáng) 肋或無(wú)加強(qiáng)肋。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金免焊接兼屋面瓦太陽(yáng)能集熱器，其特征 在于上述選擇性吸熱涂層是鋁-氮/鋁涂層、鋁-氮-碳選擇性吸收膜、真空濺射 黑色金屬鍍層或電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金免焊接兼屋面瓦太陽(yáng)能集熱器，其特征在于上述金屬輸水管道材料為鋁合金板材或黑色金屬板材。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金免焊接兼屋面瓦太陽(yáng)能集熱器，其特征在于上述密封膠粘劑為平面密封膠或特種膠粘劑。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金免焊接兼屋面瓦太陽(yáng)能集熱器，其特征在于上述保溫層是聚氨酯發(fā)泡制品、礦棉制品或發(fā)泡聚苯板。
全文摘要
一種鋁合金免焊接兼屋面瓦太陽(yáng)能集熱器，其集熱板與熱交換容器合為一體，是橫斷面為上弧下平半圓管狀的，并排連接多個(gè)的鋁合金排管型材，其向陽(yáng)面涂敷選擇性吸熱涂層；設(shè)在兩端與排管型材連接的輸水管道，是分成上下兩部分的有排管型材接口的金屬輸水管道；排管型材和輸水管道之間、輸水管道上下兩部分之間用螺栓連接緊固，用密封膠密封；排管型材和輸水管道上面是玻璃蓋板，下面是保溫層，邊框在四周將集熱器合圍成封閉的整體，并在玻璃蓋板平面上四向外延出邊條，左右邊條再向上凸起，使集熱器兼?zhèn)浯髩K保溫屋面瓦功能。具有集熱效率高、造價(jià)低、使用壽命長(zhǎng)、基本免維護(hù)、與建筑一體化、利于規(guī)模化生產(chǎn)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E04D13/18GK101353923SQ200810147470
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月19日
發(fā)明者范東杰 申請(qǐng)人:范東杰