CN114315166A - 一种真空集热管玻璃套管涂层结构及其制备方法 - Google Patents

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胡桥
孟庆言
张玲艳
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Abstract

本发明公开了一种真空集热管玻璃套管涂层结构，包括第一超疏水涂层、第二超疏水涂层、第一减反射涂层和第二减反射涂层，其中，所述第一减反射涂层和第二减反射涂层分别涂覆在玻璃套管的外壁和内壁上，所述第一超疏水涂层涂覆在第一减反射涂层上，所述第二超疏水涂层涂覆在第二减反射涂层上。本发明使得真空集热管玻璃套具有超疏水高透过特性，无毒无污染，对环境友好，且涂层可反复涂覆，降低后期维护成本。

Description

一种真空集热管玻璃套管涂层结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及集热管涂层领域，具体为一种真空集热管玻璃套管涂层结构及其制备方法。
背景技术
槽式太阳能热发电系统是利用聚焦型太阳能集热器把太阳辐射能转变成热能，然后通过汽轮机、发电机来发电。在槽式系统中，真空集热管是太阳能热利用的核心部件之一，其光学效率将直接影响整个电站的发电效率。
作为与外界接触的玻璃管，其透过率将直接影响太阳光入射到金属内管的能量，如涂覆多层减反射材料，可有效的提高其透过率。与此同时，因在户外工作时，表面累积的灰尘也会降低其透过率，如涂覆表面材料自清洁效果可降低玻璃清洁成本提高其竞争力。另外，在冬季，冰、雪等自然天气也会给玻璃管表面带来覆冰现象，如涂覆疏水涂层可有效的减轻覆冰。
超疏水涂层表面达到自清洁效果的原因，主要是：表面能大的污染物难以稳定附着在表面能低的超疏水涂层上，像冰，雪等物质便会直接滚落；水滴等物质，表面能高，无法辅展开来，形成类球形，当类球形的水滴与污染物接触时，通过吸附作用将污染物粘附于自身表面，进而包裹污染物并滚动脱离表面达到清洁目的。
在集热管领域玻璃材质选用的是高硼硅玻璃，其透过率一般在91.5％当涂覆减反射涂层后，透过率会增幅4.5％～5％；而再此基础上，再次涂覆超疏水涂层，透过率总增幅5％～6％。
集热管玻璃套管减反射涂层多采用溶胶-凝胶技术，该技术施工设备简单，工艺环境易实现，可适用于任何形状的玻璃进行镀膜。
但是，由于太阳能光热电站通常位于干旱少雨地区，风沙较大，容易造成超疏水涂层的破坏，致使疏水涂层寿命较短，需要定期对其进行重新涂覆。但是即使不涂覆疏水涂层也不会影响原涂层性能，涂覆后可进一步提高透过率。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供一种真空集热管玻璃套管涂层结构及其制备方法，使得真空集热管玻璃套具有超疏水高透过特性，无毒无污染，对环境友好，且涂层可反复涂覆，降低后期维护成本。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种真空集热管玻璃套管涂层结构，其特征在于，包括第一超疏水涂层、第二超疏水涂层、第一减反射涂层和第二减反射涂层，其中，所述第一减反射涂层和第二减反射涂层分别涂覆在玻璃套管的外壁和内壁上，所述第一超疏水涂层涂覆在第一减反射涂层上，所述第二超疏水涂层涂覆在第二减反射涂层上。
优选地，所述第一超疏水涂层和第二超疏水涂层为有机硅纳米材料，且分别在第一减反射涂层和第二减反射涂层表面形成一层透明超疏水薄膜。
优选地，所述有机硅纳米材料为硅氧烷纳米材料。
优选地，所述第一超疏水涂层和第二超疏水涂层的厚度为150nm-200nm。
优选地，所述第一减反射涂层和第二减反射涂层均为SO2减反射膜。
优选地，所述第一减反射涂层和第二减反射涂层的厚度为80～150nm。
优选地，所述玻璃套管采用高硼硅玻璃，其太阳光透过率为91.5％-92％。
一种真空集热管玻璃套管涂层结构的制备方法，具体步骤如下：
S1：基于溶胶-凝胶技术，采用提拉工艺以100-120mm/min的提拉速度分别在真空集热管玻璃套外壁和内壁上涂覆第一减反射涂层和第二减反射涂层，随后经烧结炉500℃退火15min，在玻璃套管内外表面形成减反射薄膜；
S2：对步骤S1制得的真空集热管玻璃套进行预处理，采用酒精清洗基材表面，随后自然风干保持基材表面干净和干燥；
S3：随后采用提拉工艺或喷涂工艺在真空集热管玻璃套内外壁的第一减反射涂层和第二减反射涂层表面分别制备第一超疏水涂层和第二超疏水涂层。
优选地，所述步骤S3中的提拉工艺参数如下：提拉速度为180-200mm/min，采用烧结炉加热至80-150℃退火15min。
优选地，所述步骤S3中的喷涂工艺参数如下：喷涂压力为0.2～0.4mpa，太阳光下自然风干。
有益效果：本发明提供一种真空集热管玻璃套管涂层结构及其制备方法，具有如下优点：
(1)超疏水涂层可以进一步提升太阳光透过率，从而提高了真空集热管的集热效率；
(2)超疏水涂层能够起到防霜雪防水和自洁的作用，水滴在其表面形成球形水珠，接触角大于150度，滚动角小于10度，产生典型的“荷叶效应”。滚动的水珠会把灰尘污泥一起带走，即达到自清洁的效果。
(3)本发明在玻璃套内外壁形成的减反射膜可提高玻璃基底透过率4.5％以上，且本发明的涂层材料无毒无污染，对环境友好。
(4)本发明中的超疏水涂层可以重复涂覆，当表面经过长时间风沙雨水冲击受到破坏后，可以按照现场施工条件，再次涂覆，工艺简单，大大降低了维护成本。
附图说明
图1为本发明的涂层结构示意图；
图2为实施例1的薄膜水接触角测试图；
图3为实施例1的薄膜滚动角测试图；
图中：第一超疏水涂层1、第一减反射涂层2、玻璃套管3、第二减反射涂层4、第二超疏水涂层5。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
一种真空集热管玻璃套管涂层结构，玻璃套管3采用高硼硅玻璃，其太阳光透过率为91.5％-92％，玻璃套管3表面涂层结构如下：
第一减反射涂层2：SO2减反射膜，膜层厚度为135nm，第一减反射涂层2涂覆在玻璃套管3的外壁；
第二减反射涂层4：SO2减反射膜，膜层厚度为135nm，第二减反射涂层4涂覆在玻璃套管3的内壁；
第一超疏水涂层1：硅氧烷纳米材料，膜层厚度为165nm，第一超疏水涂层1涂覆在第一减反射涂层2上；
第二超疏水涂层5：硅氧烷纳米材料，膜层厚度为165nm，第二超疏水涂层5涂覆在第二减反射涂层4上。
实施例1的涂层涂覆技术具体步骤如下：
S1：基于溶胶-凝胶技术，采用提拉工艺以110mm/min的提拉速度分别在真空集热管玻璃套外壁和内壁上涂覆第一减反射涂层2和第二减反射涂层4，随后经烧结炉500℃退火15min，在玻璃套管3内外表面形成减反射薄膜；
S2：对步骤S1制得的真空集热管玻璃套进行预处理，采用酒精清洗基材表面，随后自然风干保持基材表面干净和干燥；
S3：随后采用提拉工艺在真空集热管玻璃套内外壁的第一减反射涂层2和第二减反射涂层4表面分别制备第一超疏水涂层1和第二超疏水涂层5，其中，提拉速度为180-200mm/min，采用烧结炉加热至80-150℃退火15min。
如图2所示为实施例1的水接触角测试图，由测试可得实施例1的薄膜水接触角大致为162°，满足超疏水标准(150°)。
如图3所示为实施例1的滚动角测试图，由测试可得实施例1的薄膜滚动角测试图滞后角角度约9°，满足滞后角不大于10°的要求。
采用分光光度计对实施例1制得的集热管涂层和现有集热管涂层(仅涂覆减反射膜SiO2涂层)进行检测。根据ASTM G173-03标准计算可得，实施例1制备的超疏水涂层平均透光率为96.8％，现有集热管涂层SiO2涂层平均透光率：95.5％。对比测试表明，本申请涂层的透光率比仅涂覆减反射层的透光率提高1.3％左右。
根据上述试验可知，超疏水涂层可以进一步提升太阳光透过率，从而提高了真空集热管的集热效率；超疏水涂层能够起到防霜雪防水和自洁的作用，水滴在其表面形成球形水珠，接触角大于150度，滚动角小于10度，产生典型的“荷叶效应”。滚动的水珠会把灰尘污泥一起带走，即达到自清洁的效果。
此外，实施例1制得的集热管经过实验室小试，100米回路示范基地中试验证，集热管玻璃性能优越。在恶劣气候条件下，例如每年10月～2月的寒冬季节，可以有效的防雪，防霜；对于沙尘暴，也有很好的防御效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种真空集热管玻璃套管涂层结构，其特征在于，包括第一超疏水涂层、第二超疏水涂层、第一减反射涂层和第二减反射涂层，其中，所述第一减反射涂层和第二减反射涂层分别涂覆在玻璃套管的外壁和内壁上，所述第一超疏水涂层涂覆在第一减反射涂层上，所述第二超疏水涂层涂覆在第二减反射涂层上。
2.根据权利要求1所述的空集热管玻璃套管涂层结构，其特征在于，所述第一超疏水涂层和第二超疏水涂层为有机硅纳米材料，且分别在第一减反射涂层和第二减反射涂层表面形成一层透明超疏水薄膜。
3.根据权利要求2所述的空集热管玻璃套管涂层结构，其特征在于，所述有机硅纳米材料为硅氧烷纳米材料。
4.根据权利要求1或2所述的空集热管玻璃套管涂层结构，其特征在于，所述第一超疏水涂层和第二超疏水涂层的厚度为150nm-200nm。
5.根据权利要求1所述的空集热管玻璃套管涂层结构，其特征在于，所述第一减反射涂层和第二减反射涂层均为SO2减反射膜。
6.根据权利要求1或5所述的空集热管玻璃套管涂层结构，其特征在于，所述第一减反射涂层和第二减反射涂层的厚度为80～150nm。
7.根据权利要求1所述的空集热管玻璃套管涂层结构，其特征在于，所述玻璃套管采用高硼硅玻璃，其太阳光透过率为91.5％-92％。
8.权利要求1-7任一所述的真空集热管玻璃套管涂层结构的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1：基于溶胶-凝胶技术，采用提拉工艺以100-120mm/min的提拉速度分别在真空集热管玻璃套外壁和内壁上涂覆第一减反射涂层和第二减反射涂层，随后经烧结炉500℃退火15min，在玻璃套管内外表面形成减反射薄膜；
S2：对步骤S1制得的真空集热管玻璃套进行预处理，采用酒精清洗基材表面，随后自然风干保持基材表面干净和干燥；
S3：随后采用提拉工艺或喷涂工艺在真空集热管玻璃套内外壁的第一减反射涂层和第二减反射涂层表面分别制备第一超疏水涂层和第二超疏水涂层。
9.根据权利要求8所述的真空集热管玻璃套管涂层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的提拉工艺参数如下：提拉速度为180-200mm/min，采用烧结炉加热至80-150℃退火15min。
10.根据权利要求8所述的真空集热管玻璃套管涂层结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的喷涂工艺参数如下：喷涂压力为0.2～0.4mpa，太阳光下自然风干。
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