太阳能集热器及其集热管和联箱的密封连接结构
阅读说明：本技术 太阳能集热器及其集热管和联箱的密封连接结构 (Solar heat collector and sealing connection structure of heat collecting pipe and header thereof ) 是由 高峰 刘在祥 陈艳凤 蔡园丰 王兵 牛争艳 于 2021-01-14 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种太阳能集热器及其集热管和联箱的密封连接结构,集热管连接孔与联箱内部的水腔相通,集热管的热管伸出端伸入水腔内,集热管的热管上固定设置金属环垫,内周面带有内螺纹的外螺套和外周面带有外螺纹的内螺套将金属环垫轴向密封夹紧,实现集热管尤其是集热管内的热管与联箱的密封连接。本申请在提升太阳能集热器光-水的光热转化效率的同时,增强了集热管与联箱连接处的密封效果。(The application relates to a solar heat collector and a sealing connection structure of a heat collecting pipe and a header thereof, wherein a heat collecting pipe connecting hole is communicated with a water cavity inside the header, a heat pipe extending end of the heat collecting pipe extends into the water cavity, a metal ring gasket is fixedly arranged on the heat pipe of the heat collecting pipe, and the metal ring gasket is axially and hermetically clamped by an outer thread sleeve with an internal thread on the inner peripheral surface and an inner thread sleeve with an external thread on the outer peripheral surface, so that the heat collecting pipe, particularly the heat pipe in the heat collecting pipe, is hermetically connected with the header. The solar collector tube and the header joint have the advantages that the solar collector tube and the header joint are sealed while the light-water photo-thermal conversion efficiency of the solar collector is improved.)
技术领域
本申请涉及太阳能利用领域，具体涉及一种太阳能集热器及其集热管和联箱的密封连接结构。
背景技术
太阳能，作为可再生能源，已得到了广泛的应用，如光伏发电、光热采 暖、光热发电等，太阳能也是未来发展绿色能源的主要方向。现有利用太阳 能的两种技术途径：即光伏发电和光热制热，光伏发电通常是指将收集的太阳能转化为电能的技术，光热制热通常是指将收集的太阳能转化为可用热能的技术。
专利号为CN202010321847.5的中国发明专利申请公开了一种光伏-光热装置，包括：基架，固定于基架上的走水箱（联箱），与基架相连的集热管。集热管可分为走水和不走水两种结构形式，走水的集热管需插入走水箱内与水腔直接连通，而不走水的集热管（真空集热管）虽插入走水箱中，但通常不与水腔相通。具体地，不走水的集热管主要包括：真空管体，涂覆于真空管体内管管壁上的吸热涂层，活动布置于内管内的热管。热管包括伸出真空管体、且插于走水箱中的热管伸出端（导热管伸出端），参照该专利申请文件附图7，虽然热管的伸出端插于走水箱、但不与走水箱内腔直接相通——走水箱箱壁处密封设置向内的导热套，热管伸出端插入该导热套内、与导热套接触。工作时热管将热量传至导热套，导热套再将其获得热量传至与该导热套直接接触的走水箱内的水，热管的热量只能借助导热套而不能直接传递给水箱内的水，光-水的光热转化效率较低。
此外，上述专利申请文件还介绍了一种热管伸出端与走水箱内水直接接触的“密封插设”方式：插于走水箱内的热管伸出端直接与走水箱中水接触，并借助密封圈保持热管端体与走水箱插接处的密封，防止漏水。
但是采用密封圈进行密封存在以下问题：
1、上述装置中密封圈的密封面有两处，一处为密封圈外周面与走水箱之间的密封，另一处为密封圈内周面与热管外侧之间的密封，也即采用密封圈密封存在两处可能漏水的位置。
2、密封圈的密封通常是基于其材料的可伸缩，通过与密封面过盈配合形变产生预紧力，前述预紧力是通过热管径向向外挤压密封圈而获得。光伏-光热装置在实际使用时，走水箱内和热管上的温度变化区间较大，工作在这样的环境中，密封圈会加速老化，使用后期密封圈由于老化会产生预紧力衰减等问题，进而造成密封和固定效果不佳，最终发生漏水。
本申请由此而来。
发明内容
本申请要解决的技术问题是：针对上述问题，提出一种太阳能集热器及其集热管和联箱的密封连接结构，以在提升太阳能集热器光-水的光热转化效率的同时，增强集热管与联箱连接处的密封效果。
本申请的技术方案是：
一种太阳能集热器的集热管和联箱的密封连接结构，所述集热管包括真空管体和插于所述真空管体内的热管，所述联箱的箱壁上制有集热管连接孔，所述热管包括伸出所述真空管体外、且插于所述集热管连接孔中的热管伸出端，
所述集热管连接孔与所述联箱内部的水腔相通，所述热管伸出端伸入所述水腔内；
所述密封连接结构还包括：
内周面带有内螺纹的外螺套，所述外螺套固定于所述集热管连接孔中，并且该外螺套的外周面与所述集热管连接孔的孔壁面密封配合，所述外螺套的轴向内侧端一体设置有一圈径向内凸的第一环形内凸缘；
金属环垫，所述金属环垫固定套设在所述热管外，并且该金属环垫的内周面与所述热管的外周面密封配合，所述热管对穿所述外螺套，并且所述金属环垫位于所述外螺套内部；以及
外周面带有外螺纹的内螺套，所述内螺套活动套设在所述热管外，并且该内螺套与所述外螺套螺纹配合锁入所述外螺套内，将所述金属环垫轴向密封夹设在所述内螺套与所述第一环形内凸缘之间。
本申请在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述第一环形内凸缘的轴向外端面和所述内螺套的轴向内端面包括相互配合、以夹紧所述金属环垫的圆锥面。
所述外螺套外周面与所述集热管连接孔的孔壁面密封焊接。
所述集热管连接孔为翻边孔，所述外螺套与所述翻边孔的翻边焊接固定。
所述金属环垫的内周面与所述热管的外周面密封焊接。
所述金属环垫的内孔为翻边孔，所述热管与所述翻边孔的翻边焊接固定。
所述金属环垫与所述第一环形内凸缘之间夹设橡胶密封圈。
所述第一环形内凸缘的内孔孔径大于所述热管伸出端的直径。
所述内螺套的轴向内侧端一体设置有一圈径向内凸的第二环形内凸缘。
一种太阳能集热器，包括上述密封连接结构。
本申请的有益效果：
1、本申请将真空式集热管的热管直接伸入联箱内部水腔中，与联箱内的水直接接触，提高了太阳能集热器的光-水的光热转化效率。
2、集热管与联箱的连接处配置特别设计的刚性密封结构，有效防止水从二者连接处溢出，消除了传统柔性密封圈式密封结构存在的易老化问题，并且装配和拆除都十分方便。
3、外螺套和和内螺套的相对侧设置相互配合的圆锥面，以夹紧中间固定在热管上的金属环垫，增大了金属环垫的与内外螺套的密封面积，提升了密封效果。而且，在装配时，锁着内螺套锁入深度的增加，金属环垫被挤压形变，进而消除刚性配合可能存在的间隙。
4、集热管连接孔设置为带有翻边的翻边孔，在外螺套装入集热管连接孔后，采用激光焊接工艺将集热管连接孔的翻边与内侧的外螺套焊接固定，使外螺套外周面与集热管连接孔孔壁面相互熔结密封。既方便了外螺套和集热管连接孔的焊接，又能实现外螺套外周面与集热管连接孔孔壁面的刚性密封配合。
5、金属环垫的内孔设为翻边孔结构，将金属环垫套在热管上所需位置之后，采用激光焊接工艺将金属环垫内孔的翻边与热管焊接固定，使金属环垫内周面与热管外周面相互熔结密封。既方便了金属环垫与热管的焊接，又能实现金属环垫内孔与热管的刚性密封配合，
6、外螺套端部内凸缘的内孔孔径设置为大于热管伸出端的直径。在装配时，先完成外螺套与集热管连接孔的焊接，再将套有内螺套的热管向内穿过外螺套的内孔，使热管伸出端伸入联箱的水腔中。之后，旋动内螺套，将焊接固定在热管上的金属环垫密封夹设在内螺套与第一环形内凸缘之间。然后在热管外套装真空管体。方便了集热管与联箱的装配。
7、在内螺套的轴向内侧端一体设置一圈径向内凸的环形内凸缘，一方面，增大了内螺套对金属环垫的承托面积，减小了金属环垫因受力而垮塌变形的可能，另一方面，还减小了外界物体接触并破坏金属环垫的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本申请的一些实施例，而非对本申请的限制。
图1是本申请实施例一中太阳能集热器的整体示意图。
图2是图1的剖面图。
图3是图2的X1部放大图。
图4是图2的X2部放大图。
图5是本申请实施一中集热管内热管结构示意图。
图6是本申请实施一中金属环垫的立体示意图。
图7是本申请实施一中金属环垫的剖视示意图。
图8是本申请实施一中外螺套的立体示意图。
图9是本申请实施一中外螺套的剖视示意图。
图10是本申请实施一中内螺套的立体示意图。
图11是本申请实施一中内螺套的剖视示意图。
图12是本申请实施二中集热管内的热管结构示意图。
图13是本申请实施二中集热管与联箱连接处的剖视放大图。
图14是本申请实施二中金属环垫的立体示意图。
图15是本申请实施二中金属环垫的剖视示意图。
图16是本申请实施二中外螺套的剖视示意图。
图17是本申请实施二中内螺套的剖视示意图。
其中：
a-集热管，b-联箱，1-真空管体，2-热管，3-水腔，4-集热管连接孔，5-外螺套，6-内螺套，7-金属环垫，8-橡胶密封圈；
101-外管，102-内管，201-热管伸出端，401-集热管连接孔的翻边，501-第一环形内凸缘，601-第二环形内凸缘，602-第三环形内凸缘，701-金属环垫的翻边。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请专利申请说明书以及权利要求书中使用的 “一个”或者“一”等类似词语，不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
在本申请说明书和权利要求书的描述中，术语“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本申请的限制。
现在，参照附图描述本申请的具体实施例。
实施例一：
参照图1至图11所示，本申请这种太阳能集热器也包括传统太阳能集热器所具有的集热管a和联箱b。集热管a设有多根，为方便绘图，图中仅示出了一根。集热管a采用不走水的真空集热管，其包括：由同轴固定连接的外管101和内管102（内、外管之间为真空环境）所构成的真空管体1、附着在内管管壁上的吸热涂层、插于内管中且外围卷绕导热铝箔片的热管2。热管2内部封装相变材料。联箱b内部为走水的水腔3，联箱b的箱壁上制有用于连接集热管的集热管连接孔4。前述热管2具有伸出真空管体1外的热管伸出端201，并且热管伸出端201插于集热管连接孔4。
本实施例的关键改进在于，上述集热管连接孔4是与联箱内部水腔3相通的通孔，热管伸出端201穿过集热管连接孔4而伸入水腔3内。工作时，热管伸出端201与水腔3中的水直接接触，从而更快速地将热量传至联箱内的水，提高集热效率。
因为热管2插入水腔3内部与水直接接触，所以必须保证热管2与集热管连接孔4密封，否则将出现漏水问题。基于此，本实施例还配置了外螺套5、内螺套6和金属环垫7，以密封集热管a与联箱b的连接部位，具体密封集热管的热管与联箱的集热管连接孔的配合部位。
外螺套5的内周面带有内螺纹。外螺套5插于集热管连接孔4中，并且外螺套的外周面与集热管连接孔4的孔壁面密封焊接。外螺套5的轴向内侧端一体设置有一圈径向内凸的第一环形内凸缘501。
金属环垫7套在热管2外，并且该金属环垫的内周面与热管2的外周面密封焊接。热管2对穿上述外螺套5，金属环垫7位于外螺套5内部。
内螺套6的外周面带有外螺纹。内螺套6活动套设在热管2外，并且内螺套与外螺套5螺纹配合锁入外螺套内，从而将金属环垫7轴向密封夹设在内螺套与第一环形内凸缘501之间。
由上可知，金属环垫套在与热管2外并且二者密封焊接，金属环垫又被密封夹设在内螺套6与外螺套端部的第一环形内凸缘501之间，使得水腔3内的水无法向外渗出。
为了增大金属环垫7的与内外螺套的密封面积，以提升密封效果，本实施例在第一环形内凸缘501的轴向外端面和内螺套6的轴向内端面都设置了圆锥面结构，第一环形内凸缘上的圆锥面和内螺套上的圆锥面相互配合，以夹紧中间的金属环垫7。
为了更加方便地焊接外螺套5和集热管连接孔4，并实现外螺套5外周面与集热管连接孔4孔壁面的密封配合，本实施例将上述集热管连接孔4设置为带有翻边401的翻边孔，在外螺套5装入集热管连接孔4后，采用激光焊接工艺将集热管连接孔4的翻边与内侧的外螺套5焊接固定，使外螺套5外周面与集热管连接孔4孔壁面相互熔结密封。
同理，为方便金属环垫7与热管2的焊接，并实现金属环垫7内孔与热管2的密封配合，本实施例将金属环垫7的内孔也设为翻边孔结构，将金属环垫7套在热管2上所需位置之后，采用激光焊接工艺将金属环垫7内孔的翻边与热管2焊接固定，使金属环垫7内周面与热管2外周面相互熔结密封。
金属环垫7采用高导热、易于与铜质热管焊接的铜质环垫。
本实施例中，热管伸出端201比热管的其他管段粗。如果第一环形内凸缘501的内孔孔径小于热管伸出端201的直径，那么在装配该太阳能集热器时，就必须先将热管2的细端（集热管伸出端的背离端）穿过外螺套5，再将外螺套5焊接于集热管连接孔4处，之后再套装真空管体1。这样，不仅装配难度较大，而且一旦外螺套5焊接完成，集热管内的热管2无法从联箱上拆除。
基于上述原因，本实施例将第一环形内凸缘501的内孔孔径设置为大于热管伸出端201的直径。装配时，先完成外螺套5与集热管连接孔4的焊接，再将套有内螺套6的热管2向内穿过外螺套5的内孔，使热管伸出端201伸入联箱的水腔3中。之后，旋动内螺套6，将焊接固定在热管2上的金属环垫7密封夹设在内螺套6与第一环形内凸缘501之间。然后在热管2外套装真空管体1。
太阳能换热器在实际使用时，其上的换热管a多为倾斜放置——热管伸出端201在上，另一端在下。这样，热管2在自身重力作用下具有向下滑移的趋势，这种趋势使得金属环垫7受力，并作用于金属环垫7下侧的内螺套6上。如果内螺套6对金属环垫7的承托面积较小，金属环垫7容易变形甚至损坏。基于此，本实施例在内螺套6的轴向内侧端一体设置了一圈径向内凸的第二环形内凸缘601，一方面，增大了内螺套6对金属环垫7的承托面积，减小了金属环垫7因受力而垮塌变形的可能，另一方面，还减小了外界物体接触并破坏金属环垫7的风险。
进一步地，本实施例在内螺套6的轴向外侧端还一体设置了一圈径向内凸的第三环形内凸缘602，进一步减小外界物体接触并破坏金属环垫7的风险，同时还限制了热管2的摆动空间。
实施例二：
图12至图17示出了本申请这种太阳能集热器的另一个具体实施例，其具有与上述实施例一基本相同的结构和装配方法，不同的是：
本实施例中，外螺套第一环形内凸缘501的轴向外端面和内螺套6的轴向内端面均为垂直平面，不再具有圆锥面结构。并在金属环垫7与第一环形内凸缘501之间轴向夹设了橡胶密封圈8。
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