专利名称：铝合金管在金属真空管太阳能集热器调节器上的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属管材在金属真空管太阳能集热器调节器上的应 用方法，特别地，引入铝合金管作为调节器主构件管材。
(二)
背景技术：
铁、铝、铜三种金属元素在现代化工业生产中应用最多，具体到太阳 能领域，上述三种金属均有应用。但就目前来看，在金属真空管太阳能集 热器调节器上，就只有铁和铜调节器了。
在这里再具体说明一下调节器的结构。参照说明书附图1，调节器通
常包括一根主管4和焊接在该主管上的具有一个以上U型管9的U型管组 8，以及焊接在主管上的测温管l，其中每个U型管包含一个180度折弯， 而对于U型管组中U型管间通过一平直连接管6连接则包括两个90度折弯， 且所用管材厚度多在0.7 1.0mm。那么在选材中，上述折弯需要考虑材质 的延展性，再就是薄壁管件的可焊性，此外还需要考虑管材的强度和材质 的电化学特性。
国家局第200720025767.5号实用新型专利示出了现在金属真空管太 阳能集热器调节器的结构，以及调节器目前通用的材质，即铜和不锈钢。
在金属真空管太阳能集热器调节器领域中，铜质管材应用最广。铜的 导热系数为350 398w/mK，在金属中仅次于贵金属银，并具有良好的延展 性，且金属活性低，容易避免电化学腐蚀。但其应用受限于其比重大，价 格高，在相同强度和耐压条件下，单位调节器成本偏高，重量偏大。
因此，现在有用不锈钢调节器替代铜调节器的趋势，整体核算成本来 看，其成本有一定程度的降低。但由于铁的比重和铜相差无几，虽然其强 度比较大，机加工性能好，就目前来看，调节器重量相比并没有降低多少。 最重要的是由于不锈钢的导热系数52 68w/mK，并非理想的换热器材质， 这样会牺牲一部分集热器热性能来换得制造成本下降，从集热器的整个使 用寿命过程来看，这种做法得不偿失。
至于铝型材，虽然目前在太阳能行业已经得到广泛应用，不过也只限 于诸如联箱、尾座这些不重要的构件。铝型材虽有硬铝型材和软铝型材之 分，不过对于前者，其延展性能差，在折弯过程中很容易折裂，次品率过
3高；而对于后者，虽然折弯容易，但机械性能差。因此，由于铝型材的上 述属性，使得若想找到一种合适的铝型材，即具有较好机加工性能，且具 有一定机械强度的铝型材存在障碍，目前还没有成功的案例。另外由于元 素铝是一种金属活性比较强的金属元素，在集热器应用中怎么防止电化学 腐蚀也是需要考虑的问题。加之薄壁铝合金管件焊接性能差，很容易焊漏， 或者会出现其它的焊接缺陷。据此，将铝合金管应用到调节器上还存在巨 大的技术障碍。
发明内容
从上述现有技术出发，本发明的任务在于将铝合金管应用到金属真空 管太阳能集热器调节器上，以降低调节器成本和减轻重量，推动新能源的推广。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案
该发明铝合金管在金属真空管太阳能集热器调节器上的应用，其包含 以下工艺
选择在25。C时的抗拉强度在130 183MPa的铝合金，并采用 焊接工艺，调整焊缝间隙为0.05 0.15mm，采用火焰焊接，并控制焊 接温度在420。C 48(TC;以及
防腐，太阳能站及与调节器连通的走水管路连接件采用铝合金材质连 接件。
上述铝合金管在金属真空管太阳能集热器调节器上的应用，所说的铝 型材优选在25"C时的抗拉强度在130 183MPa的铝合金。
上述铝合金管在金属真空管太阳能集热器调节器上的应用，所说的铝 合金材料采用3003系列铝合金。
所说的控制焊接温度的工艺中还包括采用红外测温仪进行实时测温， 以提供温控参数。
上述铝合金管在金属真空管太阳能集热器调节器上的应用，所述采用 了铝合金材质的调节器U形管和主管厚度相对于同部位铜管加厚30%。
上述铝合金管在金属真空管太阳能集热器调节器上的应用，焊接前， 将主管固定，并使其预钻的相应于U型管组插入孔向上；将U型管组接口 倒插入相应插入孔中，保证相应插口与相应孔的同轴度小于4)0. Olmm，并
、，、本发明的任务首先在选材上，基于此，在满足调节器承压条件的基础上，选择多种管材进行折弯试验。针对目前调节器的折弯都集中在u形管 组的加工上，即U型管体的180度折弯和两U形管体间平直管两端的各有 一90度折弯。折弯实验中，采用常规的机加工手段，经过多组铝合金管材 的试验，选择出抗拉强度值在130 183MPa之间的铝型材，其折弯成材率 大于91.7%，其中部分比现有铜型材略差，部分和铜型材相差无几，完全 可以满足使用要求。考虑到铝型材的成本和比重，即便是其成材率相对低 一些，采用铝型材从型材成本上也可以大幅降低。并且由于铝合金的导热 系数为237 278 w/Mk，比铜略低，但也较为接近，完全可满足在调节器上 的应用。
而在焊接工艺上，调整焊缝间隙为0.05~0. 15mm，采用火焰焊接，并 控制焊接温度在42(TC 480。C;上述间隙不宜过小，过小容易焊不透，而 过大则需要的焊料多，且焊接质量不宜保证，振动冲击易开焊；并且焊缝 过大，焊接过程散发热量多，温度控制比较难处理。由于上述铝型材的再 结晶温度一般在46(TC左右，上述温度区间可满足金属焊接的温控要求， 在满足焊接强度的情况下，并防止了产生焊漏的可能性。经实际的焊接验 证，在常规的条件下，温度控制在上述区间内，基本上不会出现焊漏的缺 陷。
为了有效防止电化学腐蚀，太阳能站及与调节器连通的走水管路连接 件采用铝合金材质连接件。当然，这里的铝合金件并不一定要和调节器材 质完全一致，可以采用成本较低的铸铝件。电化学腐蚀相对的，以前上述 连接件多数是铜质连接件，若采用铝合金的调节器，必然会产生电化学反 应。采用5%的去离子氯化钠溶液在太阳能热水系统上加温模拟系统高温 高压，经过10个月的测试，铝金属管在200倍显微镜下观察，只有点腐蚀 开始，上面所提到的高温采用目前太阳能集热器的极限温度120°C，压力 为1. 5MPa。
(四)
图1为金属真空管太阳能集热器调节器的结构示意图。 图中1、测温管，2、第一焊点，3、 90度折弯，4、主管，5、第二 焊点，6、平直连接管，7、 180度折弯，8、 U型管组，9、 U型管。
具体实施方式
下面结合说明书附图具体说明一下本发明，其中说明书附图1是目前
较常用的调节器结构示意图，里面示出了 90度折弯3和180度折弯7，以
5及焊接点。
具体到铝合金管在金属真空管太阳能集热器调节器上的应用，其包含 以下工艺
选择在25。C时的抗拉强度在130 183MPa的铝合金，并采用 焊接工艺，调整焊缝间隙为0.05 0. 15mm，采用火焰焊接，并控制焊
接温度在420。C 48(TC;以及
防腐，太阳能站及与调节器连通的走水管路连接件采用铝合金材质连接件。
至于上面的数值范围，所说的抗拉强度，在此区间范围内，均可获得 较高的上述90度折弯和180度折弯许可的成材率范围内。当然，铝合金型 材的密度大多在2. 7g/cm3，不到铜的1/3，在相同截面系数下的强度，上述 铝型材比铜质型材稍差一些，但就目前的承压能力来看，铜和不锈钢调节 器设计压力都在3MPa，但实际使用中，包括具有承压能力的集热器，多数 都在3 7ba (lba二O. lMPa)情况下设置了卸压保护装置，上述设计过于富 余；在相同条件下，上述铝合金可以有2MPa的承压能力，安全系数完全可 以满足使用要求。因此在该截面系数下，所用铝型材的重量约为铜材的 1/3，成本和重量都大大降低。
至于上述的焊缝间隙，考虑到定位的误差，且需要保证焊透，加之由 于钻孔精度不高，上述的下限基本上可以满足钻孔误差和U型管的插入部 分在该孔的定位误差；而上限则是在保证焊透情况下的尽量减小焊缝的端 值。这里的焊接涉及到除U型管组8与主管4之间的第二焊点5和测温管 l与主管间的第二焊点2。
采用火焰焊接，即常说的气焊，焊接温度低，适合薄壁件的焊接。
这里说到折弯成材率，所说的铝型材优选在25'C时的抗拉强度在 130 183MPa的铝合金145 160MPa的铝合金，在此区间，其折弯成材率基 本上可以达到现在应用在调节器上的铜质型材的折弯成材率。
在上述铝合金的管材里面，有一种3003系列铝合金，该种铝合金的抗 拉强度在150MPa左右，具有较好的韧性和延展性，折弯性能比较好，经实 验验证，多组折弯成材率实验结果最差的也有94.7，最好的一组则达到了 97. 1%。当然，折弯实验还有很多的人为因素和随机因素，在同样条件下的 折弯实验，上述铝合金型材与铜质型材相比差别不大，折弯成材率都达到 了工业应用的要求。
6由于焊接温度较高，所以所说的控制焊接温度的工艺中还包括采用红 外测温仪进行实时测温，以提供温控参数，测温仪器不必和被测区域接触， 也便于实时控制。
考虑到一些情况下管路的承压能力要求较高，所述采用了铝合金材质 的调节器U形管和主管厚度相对于同部位铜管加厚30%，可以满足具有较 高承压要求的系统，以便于和现有太阳能集热系统兼容。另一方面，考虑 到安装后，铝合金管的喇叭口会出现拉伸变形现象，整机在制热运行过程 中会出现轻微震动，对铝合金管加厚也在于确保集热器的使用寿命。并且 即便是加厚铝合金管，相比于采用铜质管路，成本相对也比较低。
为便于焊接，焊接前，将主管固定，并使其预钻的相应于u型管组插
入孔向上；将U型管组接口倒插入相应插入孔中，保证相应插口与相应孔
的同轴度小于小0.01mm，并夹紧。上述焊接前的两焊接件的定位采用现有 太阳集热器调节器焊接工装夹具即可满足。保证上面的同轴度误差以使焊 缝均匀。
权利要求
1. 铝合金管在金属真空管太阳能集热器调节器上的应用，其包含以下工艺选择在25℃时的抗拉强度在130～183MPa的铝合金，并采用焊接工艺，调整焊缝间隙为0.05～0.15mm，采用火焰焊接，并控制焊接温度在420℃～480℃；以及防腐，太阳能站及与调节器连通的走水管路连接件采用铝合金材质连接件。
2. 根据权利要求1所述的铝合金管在金属真空管太阳能集热器 调节器上的应用，所说的铝型材优选在25'C时的抗拉强度在 130 183MPa的铝合金145 160MPa的铝合金。
3. 根据权利要求2所述的铝合金管在金属真空管太阳能集热器 调节器上的应用，所说的铝合金材料采用3003系列铝合金。
4. 根据权利要求1所述的铝合金管在金属真空管太阳能集热器 调节器上的应用，所说的控制焊接温度的工艺中还包括采用红外测温 仪进行实时测温，以提供温控参数。
5. 根据权利要求1至4之一所述的铝合金管在金属真空管太阳能 集热器调节器上的应用，其特征在于所述采用了铝合金材质的调节 器U形管和主管厚度相对于同部位铜管加厚30%。
6. 根据权利要求5所述的铝合金管在金属真空管太阳能集热器 调节器上的应用，其特征在于焊接前，将主管固定，并使其预钻的 相应于U型管组插入孔向上；将U型管组接口倒插入相应插入孔中， 保证相应插口与相应孔的同轴度小于小O. Olmm，并夹紧。
全文摘要
本发明公开了一种金属管材在金属真空管太阳能集热器调节器上的应用方法，特别地，引入铝合金管作为调节器主构件管材。该发明铝合金管在金属真空管太阳能集热器调节器上的应用，其包含以下工艺选择在25℃时的抗拉强度在130～183MPa的铝合金，并采用焊接工艺，调整焊缝间隙为0.05～0.15mm，采用火焰焊接，并控制焊接温度在420℃～480℃；以及防腐，太阳能站及与调节器连通的走水管路连接件采用铝合金材质连接件。本发明的目的体现在将铝合金管应用到金属真空管太阳能集热器调节器上，以降低调节器成本和减轻重量，推动新能源的推广。
文档编号F24J2/46GK101487636SQ200910002898
公开日2009年7月22日 申请日期2009年1月23日 优先权日2009年1月23日
发明者丰中玉, 申文明, 马光柏, 马迎昌 申请人:山东力诺瑞特新能源有限公司