CN1188216A - 镀太阳能玻璃真空集热器光谱选择性无剥离吸收膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于太阳能玻璃真空集热管上镀太阳光谱选择性吸收膜技术。该技术镀膜保持了现有技术镀膜,光热转换效率高的优点。消除了膜基结合不牢固、高温下玻璃管炸裂、镀膜形式、应用材料单一等不足。应用本发明镀膜设备简单,同一设备可镀长短、粗细、形式各异的多种玻璃管。根据本发明特点,可应用于热水器、开水器及升温不高于玻璃管软化温度的多种液体介质加热器。稍加改造可应用于太阳能发电和其他换能装置。

Description

镀太阳能玻璃真空集热器光谱选择性无剥离吸收膜

太阳能玻璃真空集热管(如图1)由双层玻璃管组成，内管外壁镀太阳光谱选择性吸收膜，两层玻管之间抽真空。集热管的作用吸收太阳光能转化为热能传递给被加热介质。吸收和转化的效率很大程度上决定于镀膜的品质。要求膜牢固的附着于管壁上，太阳光谱吸收系数尽量高，红外发射系数尽量低，就是讲几乎全部吸收太阳能而发散热量却很少。

镀膜的方法有多种，已经应用的有化学镀、电镀、真空蒸镀、溅射镀等。成膜材料多为铬黑，镍黑，铜黑等。膜与基体玻璃之间基本上属于物理机械结合，存在界面层，附着力小，温度升到一定程度或变化剧烈时出现剥落。当前流行的真空溅射镀膜，成品质量明显优于其他方法，但设备投资大、技术复杂系数高，需要贵重金属镍、铬等材料。

鉴于原有技术不足，移植了玻璃彩釉技术应用于太阳能集热管镀膜，获得成功。

烧釉在中国已有上千年历史，由此发展而来的玻璃彩釉也是完全成熟的技术。所用工艺、方法、材料五花八门，各有所长，我们实验了多种工艺配方。取效果比较理想的两套详细介绍。

印刷工艺：

一、用丝网印刷涂附釉料于管壁。(也可用喷涂、移印、浸渍等方法)

二、高温固化

三、化学消光

一、丝网印刷(喷涂、移印、浸渍等不做介绍)

1.制作印刷油墨：

既可提出要求，到有关厂家定做，又可自制(用彩釉粉与调墨油制造)

a.彩釉粉制作：

以低熔点玻璃粉(又称低温釉.熔剂)与太阳光谱选择性吸收材料(又称色剂，我们选用含钴、铁、铬、镍、铱的无机矿物氧化物)混合而成。

选用熔剂熔化温度比被镀玻璃管软化温度低10-20℃，二者热膨胀系数近似，颗粒四百目以下为宜。

色剂选用成熟配方：氧化钴22.5％，氧化铁40％，氧化铬35％，高锰酸钾10％。研细过筛(400目)熔剂与色剂比例80∶20。调合混匀即成玻璃彩釉粉。

b.配制调墨油：

乙基纤维素3克研细过筛。

醇酸树脂5毫升(如是干品应研细)

松油醇    100毫升

松节油    (冬季添加)10毫升

大剂量配制按以上比例。

C.调印刷油墨：

将玻璃釉粉与调墨油按重量比10∶6调和即成丝网印刷油墨

2.利用圆柱体丝网印刷机将油墨涂印到管壁上：(丝印机原理如图2所示)

a.被印玻管放置在两组平衡滚轮(2、3)上

b.丝网框架8放置于玻管上部滑道4上。

c.压下刮墨板5使丝网7与玻管接触并保持一定压力。

d.放油墨6于板后网上。

e.拉动网框使其向前移动，玻管与丝网摩擦滚动，油墨在刮墨板作用下涂印到管子上。

f.抬起框架取下管子，凉干等待入炉固化。

二、加热固化：

1、预热除油：

将凉干了的玻管垂直放置在炉中，由室温开始控制升温到500℃，升温时间30分钟左右，到温后保持10分钟左右。(待无黑烟气味冒出此时调墨油全部挥发，方可再次升温)

2.加热固化

继续升温到玻璃管软化温度下20℃，保持10分钟左右，此时玻璃釉熔化并与玻管表面熔合。(如因温度控制较低，管与釉不熔合时结合力较差，釉面无光泽，可免去消光处理工艺)。

3.冷却退火

不打开炉门关闭热源，缓缓冷却到可出炉温度，以30-40分钟为宜。

三、化学消光：

1.配制消光剂

水100份，氢氟酸10份，碳酸钾2份。

注意：消光槽选用铅或耐酸塑料槽。

2.消光处理：

将冷却后的镀管放入消光槽中2、3秒钟，马上提出用清水洗净干燥。即可制作集热管。

热喷涂工艺

热喷涂是把涂附、加热统一为一体的工艺。利用热源将釉料(不单是玻璃釉料)与太阳光谱选择性吸收材料的混合粉末或棒料加热，熔化，靠热源自身的动力或外加气流，将熔滴雾化推动熔粉成喷射的粒子束。以一定速度喷射到基体表面的工艺方法。

工艺简介：

第一步玻管表面粗化：

采用喷砂，化学腐蚀法都可以，如采用化学粗化可采用如下配方：

水100份氢氟酸10份碳酸钠2份，(粗化槽要求与消光槽要求相同)将管放入腐蚀液中尽量不触及内壁，粗化完毕后用清水洗净，干燥。

第二步热喷涂成膜：

设备：

1.LPC-1型立式喷涂车

2.SPH-E2000喷涂枪

3.乙炔、氧气、料箱等

配方：

可直接用氧化铁、氧化铬、氧化镍等喷涂，也可用被喷涂玻璃管同样的材料研磨成细粉末，与铬、铁、镍、钴、铱等氧化物盐类混合，试验中我们采用印刷法中介绍的玻璃彩釉粉喷涂。

工艺：

玻璃管以10米/分的线速度转动，管内放置电炉丝加温到200℃为宜，喷枪从上向下移动喷涂。

从试验看来热喷涂法镀层比现有技术制作的膜结实，工艺简单，但与本发明印刷法的制成品相比质量存在一定问题，是一种很有前途，很有开发价值的工艺方法。

本发明特点：

1.采用玻璃彩釉镀膜与玻璃管壁结合的物质是低熔点玻璃，二者是同类物质相亲相容，结合无明显界面，附着力变为聚合力，结合力很大，一直到玻璃管软化变形也不会发生膜基剥离。采用本工艺制做的集热管，可用于加热低于玻璃软化温度的多种介质。太阳光谱选择性吸收材料(色剂)均匀分布，包容在玻璃釉层，并不直接参与与玻管的结合，无须考虑与玻璃管壁的结合力，附着力，只考虑光谱选择吸收性能、材料来源等自身情况，所以可选用价廉，性能最优的材料任意添加。成膜的性能远优于现行镀法的膜层。价格占明显优势。

2.设备简单，有利于大规模生产。

3.可将膜涂与内管内壁，使热效率大大提高。说明书附图说明：

图1是太阳能玻璃真空集热管原理图。

图2是镀膜工艺设备示意图。形似圆管丝网印刷机。其主要构件为：

1.被镀玻管  2、3.平衡滚轮组  4.滑道

5.刮墨板    6.油墨(镀膜材料)

7.丝网      8.丝网框架

在平直光滑的硬质滑道(4)上，放置可前后活动的丝网框架(8)。框架上固定绷紧的150-250目丝网。上面放置刮墨板(5)，被镀材料(6)置于丝网上。平衡滚轮2-3间距与玻管被镀长度相似。玻管1放置在平衡滚轮上面可自由滚动。

Claims (1)

1. 采用彩釉法制造太阳光谱选择性吸收层应用于太阳能集热装置，是参考了现有技术：喷涂、热喷涂、丝网印刷、玻璃表层处理、玻璃彩釉装饰、太阳能加热装置后，集百家之大成，根据需要调整工艺，配方，形成了一套独立完整的镀太阳光谱选择性吸收膜彩釉法工艺。技术特征：以釉料为熔剂，以太阳光谱选择性材料为色剂形成彩釉。成膜工艺可通过涂附、烧结、消光多道工绪完成(参考说明书印刷工艺)，也可多道工绪合而为一完成(参考说明书中热喷涂工艺)。但不论采用何种工艺，使用彩釉法使太阳光谱选择性吸收材料与基体结合，应用于太阳能真空集热管是我们首先发明，应受到专利法保护。

   现有技术成膜方法有通过化学沉积或电沉积的化学镀、电镀，也有必须在真空室中进行的蒸镀、溅射镀，都与我们工艺路线，材料选用无相似之处。

   由权力要求1，我们在镀制太阳光谱选择性吸收层时，采用了热喷涂法，根据我们得到的资料查未有先例。应受专利法保护。

   由权力要求1及说明书中知我们采用的选择性吸收材料都是矿物性化合物，在现有技术制作的太阳能玻璃真空管集热器中从未有过。应受专利法保护。