一种全铝结构的玻璃金属封接真空热管式太阳集热管的制作方法

本发明涉及太阳能热利用，具体是一种全铝结构的玻璃金属封接真空热管式太阳集热管。

背景技术：

1、随着人工智能算力基础设施的爆发式建设以及电动汽车市场的规模化扩张，全球对铁镍合金及稀有金属等关键资源的需求急剧增加，导致相关原材料市场价格持续高位运行。这一宏观趋势直接推高了下游制造业的生产成本，对于太阳能光热行业而言，传统热水器产品若继续依赖昂贵的金属材料，将面临巨大的成本压力。为应对这一挑战并保证产品的市场竞争力，各太阳能生产厂家正致力于开发新材料与新结构，其中，采用价格低廉且资源丰富的铝材替代昂贵的铁镍合金制作端盖，成为降低生产成本的重要技术路径。

2、然而，在将铝材应用于太阳能光热产品时，面临着严峻的技术挑战。核心问题在于铝端盖与硼硅玻璃玻璃管法兰之间的物理性能差异，特别是两者的热膨胀系数存在巨大悬殊。铝的热膨胀系数远高于硼硅玻璃，这种显著的热膨胀系数差异导致在热封接工艺的高温冷却过程，以及产品后续的市场使用中，封接处会产生极大的热应力。在反复的热胀冷缩作用下，封接口极易发生变形、开裂或剥离，从而导致封接失效和漏气现象，严重影响产品的密封性能和使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种全铝结构的玻璃金属封接真空热管式太阳集热管，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种全铝结构的玻璃金属封接真空热管式太阳集热管，包括热管组件、金属端盖和玻璃管总成，所述金属端盖密封连接于所述玻璃管总成的端部，所述热管组件同轴设置于所述玻璃管总成内，且所述热管组件的一端与所述金属端盖密封连接，以形成真空腔体，

4、所述热管组件及所述金属端盖均采用铝材；

5、所述金属端盖上设有位于封接区与刚性连接区之间的应力缓冲部，所述应力缓冲部构造成能够通过自身的弹性形变吸收所述金属端盖因温度变化产生的尺寸改变量；

6、所述金属端盖的封接面构造为复合封接界面，所述复合封接界面包括曲面过渡结构以及覆盖于所述曲面过渡结构表面的致密氧化铝中间层；所述曲面过渡结构的曲率中心位于所述金属端盖的内侧，所述曲面过渡结构与所述致密氧化铝中间层协同作用，共同用于将所述金属端盖与所述玻璃管总成因热膨胀差异产生的剪切应力转化为作用于封接界面的法向应力；

7、所述致密氧化铝中间层的线膨胀系数介于所述铝材的线膨胀系数与所述玻璃管总成的线膨胀系数之间。

8、作为本发明进一步的方案：所述应力缓冲部为沿所述金属端盖周向延伸的柔性起伏结构；所述柔性起伏结构由至少一个起伏单元构成，所述起伏单元的截面形状包括波纹状、s型、ω型或多段折线状中的一种或多种的组合。

9、作为本发明进一步的方案：所述柔性起伏结构包括一个或多个沿所述金属端盖的轴向依次排列的所述起伏单元；当所述柔性起伏结构包括多个所述起伏单元时，多个所述起伏单元沿轴向呈首尾对称或非对称排布，且相邻的所述起伏单元的截面形状相同或不同。

10、作为本发明进一步的方案：当所述起伏单元为波纹状时，其波高h的范围为1mm-5mm；所述波纹结构设置于所述金属端盖的封接区边缘向内延伸的预设距离处，所述预设距离的范围为5mm-15mm。

11、作为本发明再进一步的方案：所述应力缓冲部配置为：在所述金属端盖受热膨胀时，所述应力缓冲部沿轴向被拉伸以吸收所述金属端盖相对于所述玻璃管总成的轴向伸长量；在所述金属端盖遇冷收缩时，所述应力缓冲部沿轴向压缩以补偿收缩量。

12、作为本发明再进一步的方案：所述曲面过渡结构为圆弧面、椭圆弧面、抛物面，或由多段折线拼接而成的近似弧面中的一种；所述曲面过渡结构沿所述金属端盖的周向延伸，构成所述金属端盖上用于与玻璃管总成进行封接的环形面。

13、作为本发明再进一步的方案：所述曲面过渡结构的曲率中心位于所述金属端盖的内侧方向；所述曲面过渡结构配置为：在所述金属端盖受热膨胀时，所述曲面过渡结构的曲率半径减小，使所述封接面承受拉应力；在所述金属端盖遇冷收缩时，所述曲面过渡结构的曲率半径增大，使所述封接面承受压应力。

14、作为本发明再进一步的方案：所述曲面过渡结构的曲率半径r满足：80mm≤r≤160mm。

15、作为本发明再进一步的方案：所述致密氧化铝中间层是通过阳极氧化处理或者磁控溅射镀膜工艺在所述金属端盖的封接面上形成的。

16、作为本发明再进一步的方案：所述致密氧化铝中间层的线膨胀系数为(6-8)×⁻6k⁻¹；所述致密氧化铝中间层配置为：在封接过程中，通过其线膨胀系数与所述玻璃管的线膨胀系数相匹配，以减小封接界面的热应力并保证气密性。

17、作为本发明再进一步的方案：所述金属端盖刚性连接区的开口处构造有向内延伸的内翻边，所述热管组件的上端与所述内翻边焊接固定。

18、作为本发明再进一步的方案：还包括铝过渡环；所述铝过渡环为独立的环形构件，其下端与所述热管组件的上端焊接固定；所述铝过渡环的上端构造有向外延伸的外翻边，所述金属端盖刚性连接区的开口处构造有向内延伸的内翻边，所述外翻边与所述内翻边层叠设置并焊接固定。

19、作为本发明再进一步的方案：所述热管组件的内部真空腔体内充注有传热工质，所述传热工质为不与铝材发生化学反应的活性介质；所述传热工质选自氟利昂类工质、有机类工质或醇类工质中的任意一种。

20、作为本发明再进一步的方案：所述金属端盖与所述玻璃管总成通过高温压接工艺密封连接，且在压接过程中利用软金属封接丝填充于所述金属端盖与所述玻璃管总成的压接界面处。

21、作为本发明再进一步的方案：还包括铝吸热带，所述铝吸热带贴合于所述热管组件的外壁上，且所述铝吸热带与所述热管组件的管壁通过焊接形成一体化结构。

22、作为本发明再进一步的方案：所述铝吸热带的数量为至少一条，所述铝吸热带沿所述热管组件的轴向延伸设置。

23、作为本发明再进一步的方案：所述铝吸热带的横截面形状为平直板状、弧形板状、波浪状或折板状中的一种或多种；在排布方式上，所述铝吸热带关于所述热管组件的轴线呈对称分布、非对称分布，或呈单侧分布。

24、作为本发明再进一步的方案：所述铝吸热带上沿其轴向间隔设置有多个吸热带支架，所述吸热带支架背离所述铝吸热带的一侧抵接于所述玻璃管总成的内壁，用于将所述铝吸热带支撑并定位于所述玻璃管总成内，所述吸热带支架与所述玻璃管总成内壁抵接的表面上设有缓冲保护层。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、1、通过采用价格低廉的铝材替代传统铁镍合金制作端盖，并结合优化的端盖结构设计与封接面表面处理工艺，解决了在铁镍合金及稀有金属市场价格高涨背景下，太阳能热水器等光热产品原材料成本过高的问题，实现了显著降低产品生产成本、提升产品市场价格竞争力的经济效益，同时保证了封接结构的物理强度；

27、2、通过对金属端盖进行特定的结构优化以及封接面的特殊表面处理，解决了铝材与硼硅玻璃因热膨胀系数差异巨大而导致在热封接冷却过程及产品冷热循环使用中产生巨大热应力、进而导致封接处开裂或剥离的问题，实现了封接口在经历高温封接及长期热胀冷缩工况下依然保持优异的气密性和机械稳定性，杜绝了漏气漏水现象，大幅延长了产品的使用寿命。