CN102789012A - 一种玻璃波形瓦聚光透镜 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种玻璃波形瓦聚光透镜，包括玻璃聚光透镜和玻璃波形瓦，玻璃聚光透镜采用连熔玻璃液辊压压延成型,上辊表面镜面处理,下辊表面环形雕刻一组或多组环形纹路，玻璃液平铺下延至两个滚动双辊滚压，形成透镜纹路，两辊间距可以调节玻璃厚度，成型玻璃经冷却退火后，按组和长度进行分割成平板玻璃聚光透镜，在密闭保温工序中进入波形瓦模具，加热软化随着重力自然下垂成瓦形，再进入钢化炉进行物理钢化使产品达到硬度要求，生产出符合光学要求的玻璃波形瓦菲涅尔聚光透镜，可以实现低价规模化太阳能光电光热聚光产品的应用。
Description
技术领域
本发明涉及光学玻璃成型与精密加工技术领域，特别是一种玻璃波形瓦聚光透镜。
背景技术
现有玻璃工艺技术中有生产各种带条纹的玻璃，包括石英玻璃，高硼硅玻璃采用连熔玻璃液按照普通拉管方法，在模具上雕刻条纹，拉出来的玻璃管内部也带有线形条纹，但条纹变化与设计要求误差很大，也有很多厂家技术人员经过反复实验以寻求找到变化规律，在模具上精确雕刻不同深度纹路，希望做出符合要求的内条纹透镜玻璃管，结果模具纹路与实际出管之间无法找到可遵循的变化规律，更不要说同时连续生产数个波形瓦形状的线聚焦透镜。
采用模压铸成型方法又因为透镜条形齿纹方向问题使压铸模具无法脱模，普通的辊压法超白玻璃生产，因为玻璃液快速冷却使模具与实际获得透镜误差率太大，也没有找出在不同工艺条件下的实际可控误差率，另外透镜设计方法及各种误差相结合后的实际模具雕刻精度换算也找不出一个可遵循的可操作的规律，最终无法获得符合精度要求的线性菲涅尔聚光玻璃透镜，很多专家甚至判定辊压法是无法生产玻璃线性菲涅尔透镜的论断。
另一方面太阳能光电光热技术的深入发展早就提出聚光太阳能热水器的概念，光电方面更是迫切需要聚光产品，聚光透镜的应用可以大幅提高太阳能利用率同时大幅降低光伏发电成本，有许多国外科研单位花重金研究生产玻璃线性菲涅尔聚光透镜，至今没有看到可以应用的成功成熟的产品，研究并用亚克力等有机原材料生产出各种聚光透镜所符合光学要求，但使用寿命短，至今无法大规模实际推广应用，因此高精度聚光透镜特别是具有线聚焦的玻璃透镜更是业界的难题。
发明内容
本发明根据以上技术现状提出切实可行的解决办法，提供一种连熔辊压压延成形法，实现连续化规模化生产高精度玻璃波形瓦菲涅尔聚光透镜，以适应太阳能光电光热聚光产品应用的市场需求。
本发明的技术方案是：玻璃聚光透镜采用连熔玻璃液辊压压延成型,上辊表面镜面处理,下辊表面环形雕刻一组或多组环形纹路，玻璃液平铺下延至两个滚动双辊滚压，形成透镜纹路，两辊间距可以调节玻璃厚度，成型玻璃经冷却退火后，按组和长度进行分割成平板玻璃聚光透镜，在密闭保温工序中进入波形瓦模具，加热软化随着重力自然下垂成瓦形，再进入钢化炉进行物理钢化使产品达到硬度要求，生产出符合光学要求的玻璃波形瓦菲涅尔聚光透镜。此方法可以实现大批量规模化生产，并且造价低廉，实现太阳能聚光产品进入大规模应用阶段。
本发明中，所述玻璃聚光透镜模具下辊表面环形雕刻一组或多组环形纹路，聚光透镜设计数据带入相应工艺误差率计算后的数据为最终的雕刻数据，透镜齿纹的齿深为0.1-3mm， 所述齿纹的齿根和齿尖为圆角，齿尖的圆角的半径为0.1-0.5mm，齿跟的圆角的半径不大于0.2mm。所述线性菲涅尔透镜模具雕刻精度要求达到10微米或更高，透镜材料为含铁量不大于150ppm的超白玻璃。
本发明中，所述的一种玻璃波形瓦聚光透镜采用连熔玻璃液辊压压延成型法，玻璃液与双辊接触并在强制冷却后快速成型，从接触模具辊到辊压成型出辊时间控制在1秒以内，出辊后在玻璃下方的引导冷却板内通压缩空气或制冷气体进行快速冷却，辊压之前玻璃液粘度值为103-105dPas，辊压之后玻璃的粘度值为107-1011dPas，退火温度为600-750℃，退火时间为30-40分钟。
本发明中，所述模具上辊和下辊耐高温且镀有抗氧化脱模硬化层，如镀铬、铂等金属层，模具雕刻精度要求达到10微米或更高。
本发明中，所述的一种玻璃波形瓦聚光透镜可以采用减反射和自洁的镀膜工艺，提高聚光效率和环境自洁功能。
本发明中所述的一种玻璃波形瓦聚光透镜波形面弧度为（0-180）°之间，弧度0°时即为平板玻璃聚光透镜，直接进入钢化炉，根据需要设计聚光透镜的大小、组数及波形面弧度，选用平板玻璃聚光透镜或一定弧度的玻璃波形瓦聚光透镜。
采用上述方案，本发明主要有以下几个创新点。
（1）玻璃聚光透镜模具下辊表面环形雕刻一组或多组环形纹路，聚光透镜设计数据带入相应工艺误差率计算后的数据为最终的雕刻数据，这是因为玻璃成型工艺误差较大，设计的透镜α角采用圆角设计以适应玻璃工艺中尖角成型难度太大问题。
（2）采用连熔玻璃液辊压压延成型，玻璃液出口处按要求宽度设置一个玻璃液平铺出口漏斗，使玻璃液平铺下延至两个对压辊，玻璃液流入双辊缝隙间，双辊滚动使玻璃液下延，中空辊内流动液体制冷使模具辊表面能够急速冷却玻璃液，玻璃液与辊温差很大使玻璃液刚刚被滚压成型后，马上被冷却固化，有利于脱模使生产得以连续进行，在出辊后玻璃下方的引导冷却板内通压缩空气或制冷气体进行快速冷却，起辅助冷却作用，这样既能保证玻璃不出现析晶现象又有利于快速脱模，双重快速冷却对玻璃精确成型起到关键作用。
（3）波形瓦成型，平板玻璃聚光透镜在密闭保温工序中进入波形瓦模具，加热软化随着重力自然下垂形成瓦形，接着进入钢化炉进行物理钢化，此方法简单可靠，工艺过程节能，生产量大。
本发明的有益效果在于：
经过物理钢化的平板玻璃聚光透镜、玻璃波形瓦透镜具有先天的耐候性，耐紫外光抗老化，硬度大，可以反复长久使用，透镜聚焦方式为聚光焦带，且聚焦倍数可调，非常适合太阳能光伏电池聚光发电，聚焦光带带宽与光伏电池宽度相适应，大大降低发电成本，也可以与光热吸热带或真空管宽度相适应，实现中高温蒸汽热水器，与太阳能双效空调匹配大大提高空调夏天制冷或冬天制热效率，超大型单体聚光器还可以生产太阳能高温蒸汽热水器与斯特林发电机组成高效低价光热发电系统，还可以制成光电光热一体化模块，易与建筑相结合实现屋顶太阳能计划，总之高效、低廉、可靠的玻璃线性聚光透镜用途广泛前景光明，为太阳能光电光热的大规模应用起到重要的推动作用。
附图说明
图1为玻璃压延上下辊结构示意图。
图2为玻璃波形瓦成型模具示意图。
图3为成形玻璃波形瓦聚光透镜示意图。
图4为玻璃波形瓦聚光透镜内表面线形透镜条纹结构示意图。
图中1为玻璃对压镜面上辊，2为透镜线性纹路对压下辊，3为玻璃波形瓦成型模具，4为玻璃波形瓦聚光透镜，5为波形面，6为线形菲涅尔聚光透镜。
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
本发明包括玻璃聚光透镜成型和玻璃波形瓦成型，玻璃聚光透镜成型采用连熔玻璃液辊压压延成形法，在玻璃液出口处按要求宽度设置一个玻璃液波形平铺出口漏斗，使玻璃液平铺下延至图1对压辊，1为玻璃对压镜面上辊；2为透镜线性纹路对压下辊，玻璃液流入双辊缝隙间，双辊滚动使玻璃液下延辊压成型后形成平面线性玻璃透镜，辊内采用流动液体制冷使模具辊表面能够急速冷却玻璃液，由于玻璃液与辊温差很大使玻璃液刚刚被滚压成型后，马上被冷却固化，在出辊后玻璃下方的引导冷却板内通压缩空气或制冷气体进行快速冷却，同时也有利于脱模使生产得以连续进行，成型玻璃经冷却退火后，按组和长度进行分割成平板玻璃聚光透镜，波形瓦弧度0°时即为平板玻璃聚光透镜，直接进入钢化炉；图2中3为玻璃波形瓦成型模具示意图，在密闭保温工序中进入波形瓦模具，加热软化随着重力自然下垂形成弧面瓦形；图3中 4为玻璃波形瓦聚光透镜 ；图4中5为波形面，6为线性聚光透镜的线形条纹结构，根据厚度要求采用物理钢化使产品达到硬度及应力要求，最终生产出符合光学要求的玻璃波形瓦菲涅尔聚光透镜。
Claims (6)
1.本发明是一种玻璃波形瓦聚光透镜，包括玻璃聚光透镜和玻璃波形瓦，玻璃聚光透镜采用连熔玻璃液辊压压延成型,上辊表面镜面处理,下辊表面环形雕刻一组或多组环形纹路，玻璃液平铺下延至两个滚动双辊滚压，形成透镜纹路，两辊间距可以调节玻璃厚度，成型玻璃经冷却退火后，按组和长度进行分割成平板玻璃聚光透镜，在密闭保温工序中进入波形瓦模具，加热软化随着重力自然下垂成瓦形，再进入钢化炉进行物理钢化使产品达到硬度要求，生产出符合光学要求的玻璃波形瓦菲涅尔聚光透镜。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃波形瓦聚光透镜，其特征在于所述聚光透镜模具下辊表面环形雕刻一组或多组环形纹路，聚光透镜设计数据带入相应工艺误差率计算后的数据为最终的雕刻数据，透镜齿纹的齿深为0.1-3mm， 所述齿纹的齿根和齿尖为圆角，齿尖的圆角的半径为0.1-0.5mm，齿跟的圆角的半径不大于0.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃波形瓦聚光透镜，其特征在于所述模具上辊和下辊耐高温且镀有抗氧化脱模硬化层，如镀铬、铂等金属层，模具雕刻精度要求达到10微米或更高。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃波形瓦聚光透镜，其特征在于玻璃聚光透镜采用连熔玻璃液辊压压延成型法，玻璃液与双辊接触并在强制冷却后快速成型，从接触模具辊到辊压成型出辊时间控制在1秒以内，出辊后在玻璃下方的引导冷却板内通压缩空气或制冷气体进行快速冷却，辊压之前玻璃液粘度值为103-105dPas，辊压之后玻璃的粘度值为107-1011dPas，退火温度为600-750℃，退火时间为30-40分钟。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃波形瓦聚光透镜，其特征在于所述玻璃波形瓦聚光透镜可以采用减反射和自洁的镀膜工艺，提高聚光效率和环境自洁功能。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃波形瓦聚光透镜，其特征在于所述玻璃波形瓦聚光透镜波形面弧度为（0-180）°之间，根据需要设计聚光透镜的大小、组数及波形面弧度，选用平板玻璃聚光透镜或一定弧度的玻璃波形瓦聚光透镜。
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