УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЧНОЙ СПАЙКИ ВАКУУМИРОВАННЫХ ПЛОСКИХ ПАНЕЛЕЙ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ Российский патент 2011 года по МПК B23K3/00 

Настоящее изобретение относится к устройству для герметичной спайки металлического покрытия по периметру прозрачной стенки с металлическим покрытием по периметру несущей конструкции вакуумированной плоской панели солнечного коллектора, согласно описанию ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Такая вакуумированная плоская панель солнечного коллектора известна в данной области техники и описана в WO2005/075900.

Одна из главных проблем в изготовлении известной вакуумированной плоской панели солнечных коллекторов состоит в спайке вместе герметичным способом металлического покрытия по периметру прозрачной стенки солнечного коллектора с соответствующим металлическим покрытием по периметру рамы несущей конструкции упомянутого солнечного коллектора.

До сих пор, как известно, упомянутая спайка осуществляется вручную. Этот способ спайки является довольно трудоёмким, поскольку квалифицированный рабочий в состоянии выполнить только приблизительно до 40 квадратных метров панелей солнечного коллектора с двойным застеклением в день.

Цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить устройство, которое минимизирует продолжительность процесса спайки и которое в то же самое время в состоянии осуществить упомянутую спайку быстро и точным/воспроизводимым способом, без необходимости использования ручного труда, таким образом, уменьшая стоимость изготовления этих солнечных коллекторов, и это относится к их надежности, такой как герметичность.

Эта и другие цели, которые будут очевидны для эксперта в данной области техники, достигнуты устройством в соответствии с отличительной частью независимого пункта приложенной формулы изобретения.

Изобретение изображено посредством сопровождающих чертежей, которые представлены в виде неограничивающего примера и на которых:

Фиг.1 - упрощенный вид в перспективе устройства согласно изобретению,

Фиг.2 - упрощенный вид с частичным сечением по Фиг.1 спаянного солнечного коллектора,

Фиг.3 и 4 - упрощенный вид с частичным разрезом по Фиг.1 устройства спайки в двух различных рабочих положениях.

Фиг.1 и 2 изображают вакуумированную плоскую панель солнечного коллектора 1, содержащую: несущую конструкцию 2, изготовленную из металла, снабженную верхней металлической рамой 3 по периметру для удержания и опоры прозрачной верхней стенки 4, предпочтительно стеклянной стенки, обеспеченной вдоль всего ее периметра металлическим покрытием 5 и скрепляющей лентой, предпочтительно мягкой металлической полосой или лентой 6, в частности свинцовой и/или медной полосой или лентой, для герметичного уплотнения промежутка 7 между первой прозрачной стенкой 4 и металлической рамой 2. Эта мягкая металлическая лента 6 спаяна, в частности, мягким припоем, с упомянутой металлической рамой 3 по периметру и упомянутым металлическим покрытием 5 по периметру прозрачной стенки 4.

Как показано на Фиг.2, предпочтительно верхняя металлическая рама 3 содержит: верхнюю плоскую поверхность 14 и уступ 15, отступающий от внутреннего края упомянутой поверхности 14.

Упомянутый уступ 15 образует опорную поверхность 16 для нижнего края 17 прозрачной стенки 4, и опорная планка 18 соединяет этот уступ 15 с нижней частью основания (не показано) несущей конструкции. Уступ 15 имеет такие размеры, что верхнее металлическое покрытие 5 по периметру прозрачной стенки остается по существу компланарным с верхней поверхностью 14 металлической рамы 3, в то время как промежуток 7 между прозрачной стенкой 4 и металлической рамой 2 на несколько миллиметров шире.

Вакуумированные плоские панели солнечного коллектора, как описано выше, известны в данной области техники и описаны, например, в WO2005/075900. Поэтому этот коллектор, так же как его другие компоненты, далее подробно описаны не будут. Устройство для спайки, согласно изобретению, содержит перемещаемую нагревающую и прижимающую раму 8, поворотно прикрепленную на оси 9 к опорному элементу 10, и средства 11 и 12 для автоматического перемещения этой нагревающей и прижимающей рамы 8 от первого рабочего положения М, в котором эта рама 8 не взаимодействует с коллектором, во второе рабочее положение N (Фиг.3), в котором собранная рама 3 помещена над коллектором, и в третье рабочее положение P (Фиг.4), в котором только часть рамы 3 оказывает давление на коллектор. Опорный элемент 10 содержит опорную платформу 21, обладающую полым установочным элементом 20, имеющим ту же форму и размеры, что и нижняя часть несущей конструкции 2 коллектора 1 для устойчивого удержания в заданном положении коллектора во время процесса спайки. Опорная платформа 21 также содержит средства, например отверстия 22 для болтов (не показаны) для соединения его с дополнительным опорным элементом (не показан). Опорный элемент на своей задней стороне содержит прямые выступы 23 для поворотного прикрепления концов двух кронштейнов 19, отступающих от нагревающей и прижимающей рамы 8. Нагревающая и прижимающая рама 8 содержит две отдельные и взаимно накладывающиеся рамы, имеющие одни и те же боковые размеры: первую верхнюю нагревающую раму 24 и вторую нижнюю прижимающую раму 25. Эти две рамы поворотно прикреплены к выступам 23 независимо таким способом, что прижимающая рама 25 может быть повернута над коллектором 1 до или одновременно с нагревающей рамой 24 и, с другой стороны, нагревающая рама 24 может быть повернута от коллектора до того, как прижимающая рама 25 перемещена таким же образом или вместе с упомянутой прижимающей рамой.

Эти две рамы выполнены такой формы и имеют такие размеры, чтобы полностью накрыть по меньшей мере мягкую металлическую ленту 6, обеспеченную на части металлического покрытия рамы 5 по периметру прозрачной стенки 4 и на части металлической рамы 3 по периметру несущей конструкции 1, и предпочтительно также первую часть 5A (Фиг.2) прозрачной стенки 4, содержащую по меньшей мере металлическое покрытие 5 по периметру, и вторую часть 3А несущей конструкции 2, содержащей по меньшей мере часть металлической рамы 3, и мягкую металлическую ленту 6.

Предпочтительно, нагревающая рама 24 разделена на два элемента: внешний нагревающий элемент 26 для рамы для нагревания только металлической части 3 рамы несущей конструкции 1 и соответствующего участка соединяющей ленты, обеспеченного на этой части металлической рамы, и внутренний элемент 27 нагревающей рамы для нагревания только металлической нагревающей части 5 прозрачной стенки 4 и соответствующего участка соединяющей ленты, обеспеченного на упомянутом металлическом покрытии. Предпочтительно эти два элемента 26, 27 отделены термоизолирующим элементом 28, таким как, например, керамика, стекловолокно или элемент из органического полимера, и соединены с различными известными нагревательными средствами 29, 30, например электрическими нагревательными средствами. Эти различные нагревательные средства 29, 30 позволяют выбрать две различные температуры для того, чтобы припаять мягкую металлическую ленту 6 к металлическому покрытию 5 стеклянной стенки 4 и к металлической раме 3, с учетом различных термических свойств этих материалов. Эта термоизоляция в нагревающей раме 24 обеспечивает быстрый и эффективный процесс спайки, помимо всего сохраняя энергию, так как металлическое покрытие стеклянной стенки должно быть нагрето меньше, чем металлическая рама несущей конструкции.

Прижимающая рама 25 также разделена на две части термоизолированным элементом 28, потому что такая рама выполнена из теплопроводного материала, предпочтительно металлического материала, который способен передать тепловую энергию от нагревающей рамы 24 к частям 14, 6, 5, 4 коллектора, с которыми находится в контакте нижняя поверхность 25A прижимающей рамы 25. Прижимающая рама 25 может содержать внутренние охлаждающие средства 31, например каналы для потока охлаждающей текучей среды, подаваемой в устройство через охлаждающую трубу 32 и охлаждающие средства 33.

Средства 11, 12 для автоматического перемещения нагревающей и прижимающей рам 24, 25 между их рабочими положениями М, N, P являются, например, гидравлическими или механическими толкателями, но могут быть использованы любые известные подходящие средства перемещения. Эти средства 11, 12 перемещения позволяют быстрое и эффективное перемещение рам в их рабочие положения и обеспечивают то, что как только прижимающая рама 25 находится в нижнем положении P (Фиг.4), на уже расплавленный слой припоя оказывается достаточное давление так, чтобы могла иметь место надежная спайка.

Устройство согласно изобретению используется следующим образом. Стеклянная стенка 4, помещенная на опорную поверхность 16 несущей конструкции коллектора, устанавливается так, чтобы ее покрытый металлом периметр 5 находился компланарно с плоским краем 14 металлической рамы 3 несущей конструкции, которая предварительно была покрыта предпочтительно оловом или свинцово-оловянным сплавом. Получающийся промежуток 7 между прозрачной стенкой 4 и металлической рамой 2 затем покрывается соединяющей лентой, такой как мягкая металлическая полоса или лента 6, также предпочтительно покрытой оловом, и между ними вставляется тонкий слой припоя. Соединяющая лента затем нагревается посредством опускания на упомянутую мягкую металлическую полосу или ленту 6 нагревающей и прижимающей рамы 8, и при активизации нагревательных средств 29, 30 нагревающей рамы 24 удерживаются при необходимой температуре до тех пор, пока олово и/или свинцово-оловянный сплав, покрывающий мягкую металлическую полосу или ленту 6 и плоский край 14 металлической рамы 3 несущей конструкции, не расплавляется, в конечном счете, смешиваясь со вставленным слоем припоя. Обычная продолжительность процесса плавления будет составлять примерно 30 секунд, при температуре нагревающей рамы 24 между 200°C и 300°C в зависимости от фактической конфигурации и теплоемкости стеклянной стенки 4 и металлической рамы 2. Затем нагревающая рама 24 поднимается в положение М (Фиг.1), больше не взаимодействуя с коллектором, и только прижимающая рама 25 удерживается над коллектором. В это время прижимающая рама немного охлаждается ниже точки плавления припоя посредством активизации охлаждающих средств 31, обеспеченных в прижимающей раме 25. Чтобы обеспечить герметичную спайку, упомянутая прижимающая рама 25 должна оказать на соединяющую ленту давление, достаточное, чтобы удерживать поверхности мягкой металлической полосы или ленты 6, металлическое покрытие по периметру 5 стеклянной стенки 4 и плоский край 14 металлической рамы несущей конструкции 3 в достаточном механическом контакте в течение процесса отвердевания припоя. Обычная продолжительность процесса отвердевания будет порядка 30 секунд, при усилии, приложенном посредством нижней прижимающей рамы 25, составляющем от 10 кг до 20 кг на линейный метр соединяющей ленты.

Наконец, когда весь процесс спайки закончен, прижимающая рама 25 также поднимается, чтобы вынуть и заменить спаянный коллектор 1 следующим коллектором.

Устройство, согласно изобретению, позволяет процессу спайки быть выполненным очень быстро, без необходимости привлечения квалифицированных рабочих, позволяя спайку нескольких сотен квадратных метров вакуумированных панелей в день с помощью одной автоматической сборочной линии.

В то время, как изобретение было описано и иллюстрировано на чертежах в качестве примера, который не следует рассматривать как ограничивающий, причем должно быть, очевидно, что был показан и описан только предпочтительный вариант осуществления, и желательно, чтобы все изменения и модификации, которые находятся в рамках изобретения, были защищены. Например, солнечный коллектор может содержать вторую прозрачную стенку, параллельную стенке 4, ранее описанной, и образующую нижнюю стенку несущей конструкции коллектора, которая, согласно этому варианту осуществления изобретения, имеет форму рамы. Расположение и/или форма соединяющей ленты, так же как форма и/или расположение слоя металлического покрытия стеклянной стенки, так же как и слой металлического покрытия части металлической рамы, которая будет спаяна, может отличаться от того, что описано выше, и может быть любым из известных вариантов, например описанным в WO 2005/075900, в этом случае нагревающая и прижимающая рама была бы изменена соответственно их форме способом, очевидным для специалиста в данной области техники, знакомым с ранее описанным изобретением.

Изобретение может быть использовано при изготовлении вакуумированного солнечного коллектора (1), в частности плоского солнечного коллектора. Устройство обеспечивает герметичную спайку металлического покрытия (5) по периметру прозрачной стенки (4) с металлической рамой (3) по периметру несущей конструкции (2) солнечного коллектора. Мягкая металлическая полоса или лента (6), в частности свинцовая и/или медная, предназначена для герметичного уплотнения промежутка между прозрачной стенкой (4) и металлической рамой (3), и для спайки с металлической рамой (3) и металлическим покрытием (5) по периметру прозрачной стенки (4). Устройство содержит нагревательное средство (24) для нагрева части прозрачной стенки (4), имеющей по периметру участок металлического покрытия (5), части несущей конструкции (2), содержащей по периметру участок металлической рамы (3), и соединяющей полосы или ленты (6). Прижимающее средство (25) обеспечивает механический контакт расплавленного припоя соединяющей ленты с металлической рамой (3) и металлическим покрытием (5) в течение процесса отвердевания припоя. Упомянутые средства выполнены предпочтительно в форме рамы. Устройство обеспечивает повышение герметичности и надежности солнечных коллекторов и снижение их стоимости за счет исключения ручного труда. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для герметичной спайки размещенного по периметру прозрачной стенки (4) металлического покрытия (5) с металлической рамой (3), расположенной по периметру несущей конструкции (2) вакуумированного солнечного коллектора (1), в частности плоского солнечного коллектора, с использованием соединяющей полосы или ленты (6), предпочтительно в виде мягкой металлической полосы или ленты, в частности свинцовой и/или медной полосы или ленты, которая предназначена для герметичного уплотнения промежутка (7) между прозрачной стенкой (4) и металлической рамой (3) и для спайки, в частности мягким припоем, с металлической рамой (3) по ее периметру и с металлическим покрытием (5) по периметру прозрачной стенки (4), отличающееся тем, что оно содержит нагревательное средство (24) для нагрева: части (5А) прозрачной стенки (4), имеющей по периметру, по меньшей мере, участок металлического покрытия (5), части (3А) несущей конструкции (2), содержащей по периметру, по меньшей мере, участок металлической рамы (3), и соединяющей полосы или ленты (6) до, по меньшей мере, температуры плавления упомянутого припоя, когда прозрачная стенка (4) размещена в несущей конструкции (2) с соединяющей полосой или лентой (6), перекрывающей, по меньшей мере частично, периметр металлической рамы (3) и металлическое покрытие (5), и прижимающее средство (25) для приложения, по меньшей мере, на упомянутые части (5А) и (3А) и соединяющую полосу или ленту (6) усилия, которое обеспечивает механический контакт расплавленного припоя с металлической рамой (3) и металлическим покрытием (5) в течение процесса отвердевания припоя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревательное средство (24) и прижимающее средство (25) отделены друг от друга, при этом устройство содержит средства (11, 12) для автоматического перемещения нагревательного и прижимающего средства (24, 25) из первого рабочего положения (М), в котором упомянутые средства не взаимодействуют с коллектором (1), во второе рабочее положение (N), в котором нагревательное и прижимающее средства (24, 25) размещены над частью (5А) прозрачной стенки (4), частью (3А) несущей конструкции (2) и соединяющей полосой или лентой (6), и в третье рабочее положение (Р), в котором только прижимающее средство (25) размещено над упомянутыми частями (3А, 5А) и соединяющей полосой или лентой (6).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревательное средство (24) содержит, по меньшей мере, два термически разделенных нагревательных элемента (26, 27): первый элемент (27) для нагрева части (5А) прозрачной стенки (4) и второй элемент (26) для нагрева части (3А) несущей конструкции (2).

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что первый и второй нагревательные элементы (26, 27) встроены в единый корпус и термически отделены друг от друга термоизолирующим элементом (28).

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что нагревательное и прижимающее средства (24, 25) выполнены в форме рамы.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что нагревательное и прижимающее средства (24, 25) в форме рамы имеют, по существу, одинаковые боковые размеры и раздельно поворотно прикреплены к опорному элементу (10) так, что в, по меньшей мере, одном рабочем положении (N) нагревательное средство (24) в форме рамы накладывается на прижимающее средство (25) в форме рамы.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прижимающее средство (25) содержит средства для передачи тепловой энергии, произведенной нагревательным средством (24), к части (5А) прозрачной стенки (4), к части (3А) несущей конструкции (2) и к соединяющей полосе или ленте (6).

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что средства теплопередачи прижимающего средства (25) термически разделены на, по меньшей мере, два термически разделенных элемента: первый элемент для передачи тепловой энергии к части (5А) прозрачной стенки (4) и второй элемент для передачи тепловой энергии к части (3А) несущей конструкции (2).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что первый и второй элементы для передачи тепловой энергии встроены в единый корпус и термически отделены друг от друга термоизолирующим элементом (28).

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прижимающее средство (25) содержит средства (31, 32, 33) для охлаждения части (5А) прозрачной стенки (4), части (3А) несущей конструкции (2) и соединяющей полосы или ленты (6), как только нагревательное средство нагреет упомянутые части, по меньшей мере, до температуры плавления припоя.