无焊接式薄壁/厚壁导流管多材复合太阳能集热器板芯

摘要

本发明涉及一种无焊接式薄壁/厚壁导流管多材复合太阳能集热器板芯，属太阳能热水器领域。本发明通过由一个用于预先夹紧集管外径的外夹紧定位模具、一个放置于集管内壁中的铆固滑块和一根圆锥头铆固滑杆构成的专用模具加工，将数根金属排管平行排列、排管的两端分别插入上下平行、预先开有与排管孔径相配合的集管孔内，通过特殊装置将排管的两端与集管铆合成能承受一定压力(不致使传热工质渗漏)的导流管，实现集热器板芯由数根金属排管与两根金属集管、集热板(组合方式一)或由数根带翼片的金属排管与两根金属集管(组合方式二)组成。本发明充分利用各种材料自身特有的优越性能，通过铆固的方式组合成各种不同性价比的集热器板芯。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种无焊接式薄壁/厚壁导流管多材复合太阳能集热器板芯。属太阳能热水 器领域。

背景技术：

现有常规平板集热器板芯都是由上下两根集管、数根纵向排列的排管，通过人工焊接的 方式，让集管与排管相互连接，共同组成一个用于导流的平板式太阳能集热板芯，但由于是 采用人工焊接方式连接，要求集管与排管须为同质材料，否则不同材料间的焊接性差，影响 焊接质量。所以现有平板集热器板芯难以实现标准化、机械化、自动化、规模化生产，

此外，铝集热器板芯手工焊接时会遗留下耐腐蚀性差；铜铝复合及铜板芯的抗压性差、 管径小，易堵塞，不锈钢集热器板芯的导热性不好等弊病。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术，发明一种可以在薄壁/厚壁管上直接制作无焊接式 多材复合太阳能集热器板芯及方法，它能将多种材料通过铆接的方式组合成可以承受一定压 力、防腐性好、不易堵塞、导热性好、大通径导流管的太阳能集热器的板芯。

本发明的无焊接式薄壁/厚壁导流管多材复合太阳能集热器板芯，其特征是由一根上部 集管(1)与一根下部集管(1)平行放置，上部集管(1)与下部集管(1)之间左右相互平行有数根 排管(2)，两根集管(1)与排管(2)相互连接后组成一块太阳能集热器板芯，其特征在于：

在集管(1)上间隔一定距离开数个连接孔(5)，每个连接孔(5)的边沿有一圈凹槽(3)， 形成一个带拉伸边的连接孔(5)连接平台；

排管(2)为厚管壁时，每根排管(2)端部管径尺寸小于排管(2)中部管身管径尺寸；

排管(2)为薄壁管时，每根排管(2)距离端部一定位置处有一圈向外凸起的定位环A，

每根集管(1)中连接孔(5)的内径与每根排管(2)两端管道的外径相匹配，排管(2)端部 管道能紧配合地放入到集管(1)的连接孔(5)内；

每根排管(2)两端管道分别紧密配合地放入上集管(1)和下集管(1)预先开出的连接 孔(5)内，用铆接/粘接方式将每根排管(2)与上下两根集管(1)带拉伸边的连接孔(5)密封连接 为一体，密封连接后排管(2)端部开口呈喇叭形，构成一块太阳能集热器集热板芯。

集管(1)与排管(2)可用不同材质的材料制作，铆接/粘接固成一块太阳能集热器吸热 板芯(3)。

排管(2)两侧带有吸热板，吸热板为经过选择性阳极氧化、镀蓝膜或镀黑铬方式处理 过的铝板、铜板；或者吸热板通过激光或超声波焊接方式与导流管焊接成集热器板芯。

专用模具由一个用于预选夹紧集管(1)外径的外夹紧定位模具、一个放置于集管(1) 内壁中的铆固滑块(14)和一根圆锥头铆固滑杆(15)构成，

外夹紧定位模具由一块半圆弧形上定位模(12)与一块半圆弧形下定位模(13)组成， 上定位模(12)上装有一个压紧杆(11)，下定位模(13)开的一个与排管(2)外径匹配的 孔或者槽；

铆固滑块(14)为空心管状，铆固滑块(14)空心管的一端内壁呈靠外端大、靠内端小 的锥形，且锥形内壁的轴向方向开有数条缝隙，圆锥头铆固滑杆(15)能从铆固滑块(14) 的空心管中穿过，让空心管端部的缝隙张开，铆固滑块(14)空心管的外壁有凸状模块，凸 状模块中的凸块外径与排管(2)内径匹配，

圆锥头铆固滑杆(15)端头呈圆锥形状，圆锥形状大直径处接大直径的圆柱体，圆锥形 状小直径接是小直径圆柱形状。

先在集管(1)每隔一段距离压出一个连接孔(5)连接平台，并在每个连接孔(5)相应 处开有带拉伸边的连接孔径Φ，或者不带有带拉伸边；

集管(1)的连接孔(5)外部直接与排管(2)端部的管道连接，构成一个铆固定位结构， 方便外夹紧定位模具夹紧固定；

集管(1)的连接孔(5)内壁与排管(2)端部的管道在圆锥头铆固滑杆(15)中的小直径 圆柱形状拉动作用下，圆锥头铆固滑杆(15)中的圆锥形状将铆固滑块(14)空心管端部的 缝隙张开，外壁凸状模块向下移动压下，从而使外壁凸状模块压住排管(2)端部最好带有耐温 密封胶)的管道，让排管(2)端部的管道边沿翻边，排管(2)端部材料与集管(1)连接孔边沿相 互铆接固定在一起。

本发明集热器板芯是由数根纵向平行排列、金属排管的两端分别放入上下两根集管(1) 孔内，通过铆接方式将排管的两端与集管铆合成能承受一定压力(不致使传热工质渗漏)的导 流用管道。

本发明制作上述太阳能集热器板芯可以使用专用模具，也可以使用其它排管孔径相配合 的方式。

本发明具有结构简单、巧妙、生产效率高，有效地解决了常规集热器板芯难脱手工焊接、 难以实现标准化、机械化、自动化、规模化生产的弊病，克服了全铝集热器板芯手工焊接时 遗留下的耐腐蚀性差、铜铝复合及铜板芯的抗压性差、管径小(易堵塞)等短板，同时延长 了集热器的使用寿命；尤其是导流管不采用焊接工艺后，可以加大集管和排管的通径、并减 小这些集管和排管管材的壁厚，即提高流体的通过性和导流管的承压性、降低产品成本，充 分利用各种材料自身特有的优越性能，通过铆固的方式组合成各种不同性价比的集热器板芯。 本发明其实用性强，是一种新颖、适用的新产品，有广泛市场前景的平板太阳能集热器板芯。

附图说明

下面结合本发明的附图，对具体实施方式进一步作出详细说明。

图1为本发明专用模具加工好的太阳能集热板芯局部结构示意图。

图2为本发明集管(1)与排管(2)准备连接时两者状态示意图。

图3为本发明集管(1)与排管(2)正在连接时两者状态示意图。

图4为本发明集管(1)与排管(2)已经连接好后的两者状态示意图，连接后排管(2)端 部开口呈喇叭形。

图5制作本发明太阳能集热器板芯的专用模具加工状态示意图。

图6为图5所示专用模具加工状态的轴向方向结构示意图。

图7为采用图9所示结构排管(2)与集管(1)连接后的结构状态图。

图8为带吸热板(4)的导流管(2)，其中吸热板(4)与导流管(2)可以是同一种材 质的材料复合成一体，也可以是不同材质的材料复合成一体。

图9为本发明厚壁排管(2)端部管径尺寸小于排管(2)中部管身管径尺寸的结构示意 图。

图10为本发明集管(1)与厚壁排管(2)准备连接时两者状态示意图。

图11为本发明集管(1)与厚壁排管(2)正在连接时两者状态示意图。

图12为本发明集管(1)与厚壁排管(2)已经连接好后的两者状态示意图，连接后排管 (2)端部呈微开口喇叭形。

图13为本发明专用模具加工好图9结构的太阳能集热板芯局部结构示意图。

图14为本发明太阳能集热器板芯制作图10的专用模具加工状态示意图。

图15为图14所示专用模具加工状态的轴向方向结构示意图。

图中：1-集管；2-排管；3-凹槽；4-吸热板；5-连接孔；A-向外凸起的定位 环；11-压紧杆；12-上定位模；13-下定位模；14-铆固滑块；15-圆锥头铆固滑杆。

具体实施方式：

本发明的产品技术方案至少有两种：一种是无焊接式薄壁导流管多材复合太阳能集热器 板芯；另一种是无焊接式厚壁导流管多材复合太阳能集热器板芯。

本发明本发明无焊接式薄壁/厚壁导流管多材复合太阳能集热器板芯的结构是：由一根 上部集管1与一根下部集管1平行放置，上部集管1与下部集管1之间左右相互平行有数根排 管2，两根集管1与排管2相互连接后组成一块太阳能集热器板芯，其特征在于：

每根集管1中连接孔5的内径与每根排管2两端管道的外径相匹配，排管2端部管道能 紧密配合地放入到集管1连接孔5内；

在集管1上间隔一定距离开数个连接孔5，每个连接孔5的边沿有一圈凹槽3，形成一个 带拉伸边的连接孔5连接平台；

排管管壁足够厚壁管时，则管壁厚在1mm-5mm范围时，每根排管2端部管径尺寸小于排 管2中部管身管径尺寸；当排管为薄壁管时，则管壁厚在0.2mm-1mm范围时，每根排管2距 离端部一定位置处有一圈向外凸起的定位环A；

每根排管2两端管道分别放入上集管1和下集管1上预先开出的与之紧密配合的连接孔 5内，用铆接/粘接方式将每根排管2与上下两根集管1带拉伸边的连接孔5密封连接为一体， 构成一块太阳能集热器集热板芯3。

集管1与排管2可用不同材质的材料制作，铆固成一块太阳能集热器吸热板芯4。

排管2两侧带有吸热板，吸热板为经过选择性阳极氧化、镀蓝膜或镀黑铬方式处理过的 铝板、铜板；或者吸热板通过激光或超声波焊接方式与导流管焊接成集热器板芯。

制作无焊接式薄壁/厚壁导流管多材复合太阳能集热器板芯的专用模具，其特征在于专 用模具由一个用于预先夹紧集管1外径的外夹紧定位模具、一个放置于集管1内壁中的铆固 滑块14和一根圆锥头铆固滑杆15构成，

外夹紧定位模具由一块半圆弧形上定位模12与一块半圆弧形下定位模13组成，上定位 模12上装有一个压紧杆11，下定位模13开的一个与排管2外径匹配的孔或者槽；

铆固滑块14为空心管状，铆固滑块14空心管的一端内壁呈靠外端大、靠内端小的锥形， 且锥形内壁的轴向方向开有数条缝隙，圆锥头铆固滑杆15能从铆固滑块14的空心管中穿过， 让空心管端部的缝隙张开，铆固滑块14空心管的外壁有凸状模块，凸状模块中的凸块外径与 排管(2)内径匹配，

圆锥头铆固滑杆15端头呈圆锥形状，圆锥形状大直径处接大直径的圆柱体，圆锥形状 小直径处接小直径圆柱体。

无焊接式薄壁/厚壁导流管多材复合太阳能集热器板芯制作方法，其特征在于先在集管 1上每隔一段距离压出一个连接孔5的连接平台，随后在连接平台上开出带拉伸边的连接孔：

集管1的连接孔5外部直接与排管2端部定位环A密封性接触，构成一个铆固定位结构， 方便外夹紧定位模具夹紧固定；

集管1的连接孔5内壁与排管2端部管道在圆锥头铆固滑杆15中的小直径圆柱形状拉 动作用下，圆锥头铆固滑杆15中的圆锥形状将铆固滑块14空心管端部的缝隙张开，外壁凸 状模块向下移动压下，从而使外壁凸状模块压住排管2端部(最好带有耐温密封胶)管道， 让排管2端部管道边沿翻边，呈喇叭形，排管2端部材料与集管1连接孔边沿相互铆接固定 在一起。

本发明组合方式之一是“无焊接式薄壁/厚壁导流管多材复合太阳能集热器板芯”由 集管1、排管2、吸热板4、焊缝组成，其特征在于集热器板芯由数根金属排管与两根金属集 管、一块带有吸热涂层的整块吸热板，集管与排管通过铆固方式形成导流管，导流管与吸热 板通过焊接的方式最终组合成太阳能集热器板芯；

本发明组合方式之二是由集管1、带吸热板4的排管2组成，其特征在于集热器板芯由 数根带金属吸热板的排管2与两根金属集管1，通过铆接的方式组合成太阳能集热器板芯。

所述的集热器板芯，其特征在于两根集管1上下平行、数根排管2左右平行，排管2垂 直插入集管1上事先开出的与排管2直径紧密配合的孔内，通过铆固的方式与集管密封结合， 形成导流管。

所述的集热器板芯，其特征在于集管1上压出数个D×D的连接平台，每个连接平台上 再开出直径与排管2外径紧密配合的带拉伸边的连接孔5。

所述的集热器板芯，其特征在于排管2离端部约5毫米处，压有一圈向外凸起的、宽度 为2毫米左右的定位环A。

所述的集热器板芯，其特征在于集管1上压出数个D×D的连接平台、并相应开有带拉 伸边的孔：外部与排管2上的定位环A进行定位、密封，内部与排管2进行铆固、密封。

所述的集热器板芯，其特征在于集管1与排管2可以用不同材质的材料铆固成导流管， 如集管1用不锈钢、排管2用铜；而吸热板3可以由排管自带，也可以是经过选择性阳极氧 化、镀蓝膜或镀黑铬等方式处理过的铝板、铜板通过激光或超声波焊接方式与导流管焊接后 再与集管铆固成集热器板芯。

实施例1：组合方式之一(无焊接式薄壁导流管多材复合太阳能集热器板芯)

如图1-4所示，集管1与排管2通过铆固方式组合成导流管：吸热板4上按照集管1与 排管2的半圆或一定弧长的圆弧形在压力机上做出相应的压痕，再用激光焊机或超声波焊机 将排管2与吸热板4焊接成集热器芯片；也可以将两条一定宽度的薄带用专用设备轧制成一 条中部吹胀出能穿过排管2的吸热板4(经过选择性阳极氧化、镀蓝膜或镀黑铬等方式处理 过的铝板、铜板)组成集热器芯片(图8)。上述数根芯片(排管2带吸热板)与集管1通过 铆固后即制作成“无焊接式薄壁/厚壁导流管多材复合太阳能集热器板芯”。

其中，集管1、排管2、吸热板4的组合方式有如下几种：

不锈钢集管1、铜排管2、铝吸热板4(选择性阳极氧化镀膜)，此组合性价比最佳。

不锈钢集管1、铝排管2、铝吸热板4(选择性阳极氧化镀膜)。

不锈钢集管1、铜排管2、铜吸热板4(镀蓝膜)。

铜集管1、铜排管2、铜吸热板4(镀蓝膜)，此组合热性能最佳。

铜集管1、铜排管2、铝吸热板4(选择性阳极氧化镀膜)。

铝集管1、铝排管2、铝吸热板4(选择性阳极氧化镀膜)，此组合造价最低。

不锈钢集管1、不锈钢排管2、铝吸热板4(选择性阳极氧化镀膜)。

不锈钢集管1、不锈钢排管2、铜吸热板4(镀蓝膜)。

铝集管1、铝排管)、铜吸热板4(镀蓝膜)。

铜集管1、不锈钢排管2、铝吸热板4(选择性阳极氧化镀膜)。

铝集管1、不锈钢排管2、铝吸热板4(选择性阳极氧化镀膜)。

铜集管1、不锈钢排管2、铜吸热板4(镀蓝膜)。

铝集管1、不锈钢排管2、铜吸热板4(镀蓝膜)。

实施例2：组合方式之二(无焊接式厚壁导流管多材复合太阳能集热器板芯)

如图9-12所示，由集管1、带吸热板4的排管2通过铆固的方式组成集热器板芯。

其中集管1、带吸热板4的排管2的材质均为铝材，铆固成形后表面进行整板选择性阳 极氧化镀膜。

本发明的制作方式是(图14和图15)：先制作具由一个用于预先夹紧集管1外径的外 夹紧定位模具、一个放置于集管1内壁中的铆固滑块14和一根圆锥头铆固滑杆15构成多材 铆固复合太阳能集热器板芯的专用模具，其中外夹紧定位模具由一块半圆弧形上定位模12与 一块半圆弧形下定位模13组成，上定位模12上装有一个压紧杆11，下定位模13开出一个 与排管2外径匹配的孔或者槽；

铆固滑块14为空心管状，铆固滑块14空心管的一端内壁呈靠外端大、靠内端小的锥形， 且锥形内壁的轴向方向开有数条缝隙，圆锥头铆固滑杆15能从铆固滑块14的空心管中穿过， 让空心管端部的缝隙张开，铆固滑块14空心管的外壁有凸状模块，凸状模块中的凸块外径与 排管2内径匹配，

圆锥头铆固滑杆15端头呈圆锥形状，圆锥形大直径处接大直径的圆柱体，圆锥形状小 直径处接小直径圆柱形状。

再用普通模具在集管1上每隔一段距离压出一个连接孔5用的连接平台，并在每个连接 孔5相应处开有带拉伸边的连接孔：

操作者先将集管1的连接孔5外部直接与排管2端部的管道连接，再把专用模具的铆固 滑块14放入到集管1内，圆锥头铆固滑杆15从铆固滑块的空心管中穿过，在圆锥头铆固滑 杆15中的小直径圆柱形状拉动作用下，圆锥头铆固滑杆15中的圆锥形状将铆固滑块14空心 管端部的缝隙张开，由于在圆锥头铆固滑杆15是一端直径大，另一端直径小，故拉动小直径 端圆柱形状，圆锥形状让外壁凸状模块向下移动压下，从而使外壁凸状模块压住排管2端部 (最好带有耐温密封胶)管道边沿，让排管2端部管道边沿翻边，呈喇叭形，外夹紧定位模具 又夹紧固定集管1和排管2；从而让排管2端部材料与集管1连接孔边沿之间相互铆接固定 在一起。制作完后，将小直径端圆柱形状退回。整个专用模具再移动到下一个集管1与排管 2连接孔5处，按同样的方法加工制作，实现纯机械结构的集管1与排管2铆固。

由于是纯机械结构的集管1与排管2铆固，所以本发明能实现将多种不同的金属材料通 过铆固的方式组合成太阳能集热器板芯导流管。充分利用各种材料自身特有的优越性能，而 且用专用模具加工，能实现机械化大规模生产。

本发明排管(2)端部的管道外沿最好带有耐温密封胶的，密封效果会更好。