JP2011527411A - 真空気密ガラス金属封止部を備えた真空太陽熱パネル - Google Patents

Abstract

封止容積を画定し、排気されたときに大気圧に耐えることができる真空外囲器（３０）と、真空外囲器（３０）内部に配置される少なくとも１つの吸熱体（１２）と、外囲器（３０）に出入りし、吸熱体（１２）と接触するパイプ（１３）とを備え、前記真空外囲器（３０）は、ガラス製の第１のプレート（１、１０１）と、第１のプレート（１、１０１）のほぼ周囲に配置される周囲枠（３）と、周囲枠（３）を第１のプレート（１、１０１）に接合する金属周囲ベルト（４、５、１０４）とを備える真空太陽熱パネルであって、前記金属周囲ベルト（４、１０４）は、ガラス物質（１４、１１４）を備え、前記ガラス物質（１４、１１４）の溶融とその後の固化によって得られる真空気密バルクガラス金属封止部（８、１０８）によって第１のガラスプレート（１、１０１）に接合される。

Description

本発明は、主クレームのプリアンブルに従う真空太陽熱パネルおよび前記真空太陽熱パネルの製造方法に関する。

真空管太陽熱パネルは、通常、吸熱フィンが取り付けられた複数のヒートパイプを平行に接続し、個々の真空ガラス管内で封止されて作られる。

この設計には、吸熱体間に大きなデッドスペースができるという欠点、さらに真空断熱の外側に熱伝導流体回路の重要な部分を有するという欠点がある。

これらの欠点を克服するために、可視太陽放射に対して透明なガラスプレートを有する平面真空気密外囲器を備える平面真空太陽熱パネルが開発された。真空外囲器内には、吸熱体と、吸熱体に接続された外囲器に出入するパイプとが配置される。太陽放射は、ガラスプレートを通して外囲器内に入射し、吸熱体によって吸収されて熱に変換され、この熱はパイプに伝達され、パイプ内を流れる熱流体に伝達される。対流によって熱が外的環境に逃げるのを防ぐために、吸熱体とそれに接続されるパイプとを囲撓する外囲器内では高真空状態が保たれる。

米国特許第４，３２２，２４１号明細書および欧州特許第１７０６６７８号明細書は、２枚の平行なガラスプレートと、離間したガラスプレートを支持する金属製のスペーサ枠とを備える真空太陽熱パネルを開示している。ガラスプレートの表面部分は、金属製のスペーサ枠をはんだ付けできるように金属コーティングを有し、ガラスプレートと金属製スペーサ枠との間を気密封止することができる。さらに、スペーサ枠は、好ましくは、熱膨張および圧力差によってガラス金属封止部に生じる応力を抑えるために、ガラスプレートの金属コーティングにはんだ付けされる鉛製または軟質金属製の変形可能なバーまたはリボンを備える。

英国特許第２２５９７３２号明細書は、２枚の平行なプレートと、パネル内部に含まれる気体の熱膨張により互いに対してプレートを動かすことができるように、好ましくはシリコンゴムまたはポリ硫化物製である可撓性周囲封止部とを有する汎用断熱パネルを開示している。

これらの技術には、厳しい本質的制限がある。ほとんどの軟質金属（すなわち、鉛）は有毒であり、この金属使用はますます制限されてきている。ガラスのメタライゼーションは、バルク物質よりもはるかに速く劣化することができる表面コーティングに依存する。これは、表面被覆がわずかな原子層にしか広がらないためである。一方、接着部である、シリコンゴム、またはポリ硫化物は、これらが有機成分であるために、経時的にガスが浸透してしまうので、長期にわたって高真空状態を要する用途に使用することができない。

仏国特許第２４９９５６号明細書は、離間され、金属またはガラス製の側壁によって支持された上部ガラスプレートと下部ガラスプレートとを備え、パイロセラミック（ｐｙｒｏｃｅｒａｍｉｃ）フリットペーストを使用することで側壁の端部が前記プレートの縁に封止された真空太陽熱パネルを開示している。側壁に封止されたガラスプレートによって形成された構造体はむしろ剛性で、前記パネルの排気プロセスとその後の通常の熱処理のときのガラスプレートと側壁との相互変位に耐えられない。仏国特許第２４９９５６号明細書の教示には、産業上の利用可能性がない。

米国特許第４４９３９４０号明細書では、剛性側壁がフリットペーストによって上部ガラスプレートに真空気密封止されない、非真空気密太陽熱パネルを記載している。

米国特許第４０９５４２８号明細書では、上部ガラスプレートを備える非真空気密集熱器を備える太陽熱発電所を記載している。このガラスプレートは、下面に流体ダクトを備える鋼製の裏打ち部に入射太陽放射を伝達し、裏打ち部の下面に沿って熱伝導流体を通過させる。鋼製裏打ち部の上面には、アニールシリコン粉末の焼結層が配置され、熱伝導性ろう付け材料によって鋼製裏打ち部に対して保持される。薄い鋼帯で形成されたリムは、フリットガラスの塗料溶液およびろう付けによって、ガラスプレートと構成裏打ち部とをそれぞれ接続する。

この集熱器は、排気プロセスに耐えることができない。それは、このようなプロセスのときに、ガラスプレートが裏打ち部上で壊れてしまうためである。

特開昭５９−１１９１３７号公報では、管状金属体を真空気密太陽熱集熱器のガラス管集熱器に封止する方法を記載している。構造体は、ガラス管に封止される金属体が剛性構造体である。さらに、前記特許は、管状金属体をガラス管に接続する前に、前記金属体の縁にガラスリングを形成することを開示している。このガラスリングを形成するために、金属体は回転される必要がある。したがって、この方法は、平面パネルの金属側壁上では実施できない。

英国特許第１４３９４４４号明細書では、金属封止部材の抵抗加熱によって、２つの予め成形されたガラス部材を接合する方法を記載している。

米国特許第４６４０７００号明細書は、スタッドピンを陰極線管パネルに取り付ける方法を開示している。

英国特許第２２５９７３２号明細書は、可撓性の非真空気密封止部を有する窓を製造するための断熱装置を開示している。

米国特許出願公開第２００５／１８１９２５号明細書は、太陽エネルギー管式集熱器のガラス金属封止部を形成する方法を開示している。

米国特許第４，３２２，２４１号明細書 欧州特許第１７０６６７８号明細書 英国特許第２２５９７３２号明細書 仏国特許第２４９９５６号明細書 米国特許第４４９３９４０号明細書 米国特許第４０９５４２８号明細書 特開昭５９−１１９１３７号公報 英国特許第１４３９４４４号明細書 米国特許第４６４０７００号明細書 米国特許出願公開第２００５／１８１９２５号明細書

本発明の目的は、持続時間が長く、信頼できる真空外囲器を備える真空太陽熱パネルを提供することによって、先行技術の太陽熱パネルの欠点を克服することである。

本発明の別の目的は、大気圧およびベークアウトサイクルのときに加熱されたときのパネルの構成要素の熱膨張差によるガラス金属封止部に加えられる応力を低減することである。

本発明の別の目的は、２枚の平行なプレートを有する平面真空太陽熱パネルを提供することである。

本発明の別の目的は、２００℃より高い温度で高い効率を有する平面真空太陽熱パネルを提供することである。

本発明のさらなる目的は、このような太陽熱パネルの製造方法を提供することである。

本発明は、添付図面と併せて考察された以下の詳細な説明から、より十分に理解され評価される。

本発明の真空太陽熱パネルの斜視図である。 パネルの分解図である。 真空太陽熱パネルの周壁の断面図である。 本発明の第１の実施形態による真空太陽熱パネルの周壁の拡大断面図であり、周囲ベルトの端部がガラスプレートに埋め込まれた、整合バルクガラス金属封止部を示す図である。 本発明の第２の実施形態による真空太陽熱パネルの第１および第２の実施形態の周壁の拡大断面図であり、周囲ベルトの端部がフリットガラスのリボンに埋め込まれて、周囲ベルトをガラスプレートに接合した、圧縮バルクガラス金属封止部を示す図である。 本発明の第２の実施形態による真空太陽熱パネルの第１および第２の実施形態の周壁の拡大断面図であり、周囲ベルトの端部がフリットガラスのリボンに埋め込まれて、周囲ベルトをガラスプレートに接合した、圧縮バルクガラス金属封止部を示す図である。

本発明の真空太陽熱パネル（図１、図２）は、可視太陽放射に対して透明なガラスで作られた少なくとも第１のプレートと共に、封止容積を画定し、排気されたときに大気圧に耐えることができる真空外囲器３０を備える。取り付けられた複数の吸熱体１２が十分に熱接触した熱流体用パイプ１３は真空外囲器に囲撓されて、対流による環境への熱伝達を防ぐ。前記パイプ１３は、出口ポート２０を通って真空外囲器３０に出入りする。当然、２つ以上のこのようなパイプ１３が存在する可能性がある。

真空外囲器３０は、平行な第１のプレート１および第２のプレート２であって、共にガラス製、または第１のプレートはガラス製で第２のプレートは金属製であり、外囲器３０の内側でプレート１、２の間に配設されたシャーシ１８によって離間した状態に保持された第１のプレート１および第２のプレート２と、周囲枠３とを有することができる。前記シャーシ１８および周囲枠３も、外囲器３０およびそれに接続される吸熱体１２の内側でパイプ１３の一部を支承することができる。

図１に示されるように、太陽熱パネルは平面である。パネルの真空外囲器３０は、ガラス製の第１のプレート１および第２のプレート２と、金属製の周囲枠３とを備える。さらに、真空外囲器３０は、各々がガラスプレート１、２を金属周囲枠３と接合する２つの金属製の周囲ベルト４、５を備える。上述のプレートがガラス製である場合、太陽熱パネルは２つのアクティブ表面（両面平面パネル）を有し、一方は、太陽から直接太陽放射を収集し、他方は、適切なミラー（図示せず）によって反射された太陽放射を収集する。

第１のプレート１がガラス製で、第２のプレートが金属製である場合、太陽熱パネルは片面となり、すなわち、太陽放射を収集できる面が片方のみとなる。第２のプレートが金属製であれば、周囲枠は、可撓性周囲ベルトなしに、従来の金属間はんだ付けによって直接第２のプレートに接合できる、または図６で示されるように、前記周囲枠３Ａは第２の金属プレート２Ａと一体構造となる。

ガラスプレートの組成は、透明度が最大になるように（透過率≧０．９１）選択されるべきである。

さらに、一般に、ガラスプレートにコーティングを塗布することによって、ガラスの透明度が低下すると、パネルに入射する太陽エネルギーの量、ひいてはパネル効率も低下することが当業者に知られている。本発明によれば、逆のことが実現される。実際に、ガラスプレートの内側に赤外低発光コーティング（１Ｃ、２Ｃ）を塗布し、太陽スペクトルの可視部分の透過を低減することによって、パネルの効率は高温において高くなる。これは、吸熱体赤外発光からの放射損失を低減できるという主要な効果のためである。

この結果を得るために、低発光コーティングは、以下のように選択される。４から６ミクロン（２００から４００℃の温度範囲に相当する）に含まれる波長の反射率は０．９より大きく、０．２５から１ミクロンに含まれる波長の透過率は０．７より大きい。例えば、２６５℃で作動するパネルは、５．４ミクロンでピークになる吸熱体からの赤外発光を有する。

本発明のコーティングは、２６５℃でパネル効率を３０％超高めることがわかった。

本発明によれば、パネル効率は、ガラスプレートの外面に第２のコーティング（１Ｂ、２Ｂ）を塗布することによって、さらに高まることがわかった。この第２のコーティングは、一般的な反射防止コーティングである。

本発明によれば、片面パネルの場合、金属プレートの内面に第３のコーティング（図６）を塗布して、その放射率を低減することによって、パネル効率はさらに高まることがわかった。この第３のコーティングは、例えば、一般的な電着銅層である。

さらに、ガラスは安全性を改善し、厚さを低減するために、熱的にプレストレスされる、または熱的に成層化されるべきである。熱的にプレストレスされた超透明なソーダ石灰フロートガラスの場合、ガラスプレートの厚さは、支持構造体が１２０から１６０ｍｍ離間したシャーシ１８を考えると、約５ｍｍとすべきである。

図２は、パネルの分解図であり、より十分に理解できるようにその要素は分解した状態で示されている。

図３、図４、図５は、真空外囲器の周壁の断面図であり、前記周壁は、離間した２枚のプレート１（または図５の１０１）およびプレート２を支持する周囲枠３と、真空気密金属間封止部６（または図５の１１６）および７で周囲枠３に接合され、真空気密バルクガラス金属封止部８（図５の１０８）および９によって、第１のプレート１、１０１およびプレート２に接合された２つの周囲ベルト４（または図５の１０４）および５とを備える。

図６は、金属周囲枠３Ａおよび底プレート２Ａの両方の機能を与える１つの金属片を備える枠２１によって支持されたガラスプレート１Ａと、ガラスプレート１Ａおよびパイプ１３の一部およびそれに接続される吸熱体１２（図６には図示せず）を支持するためのシャーシ１８Ａとを備える片面太陽熱パネルを示す図である。

周囲枠は、上述したように、金属製の周囲ベルト５Ａによってガラスプレートに接続される。好ましくは、周囲ベルト４、５には、Ｎｉ含有量が４８％の膨張制御合金（ＮｉＦｅ合金４８）が使用される。それは、その熱膨張率とソーダ石灰ガラスの熱膨張率とが厳密に一致するためである。

用語「真空気密」に関しては、ヘリウムピーク質量分析計型リーク検出器で試験されたとき、１０Ｅ−１０ ｃｍ^３ ｓ−１未満のリーク量を示す場合、封止部または構成材は、一般に、真空気密であると見なされると理解すべきである。

「バルクガラス金属封止部」８、９、１０８と表すことによって、金属周囲ベルト４、５または１０４の端部１６、１１６（図５）を埋め込んだガラス１４または１１４（図５）を備える、ガラスプレート１、２または１０１と金属周囲ベルト４、５または１０４との真空気密封止部を指す。ガラス１４、１１４を周囲ベルトに直接付着するために、真空気密バルクガラス金属封止部８、９、１０８は、周囲ベルト４、５、１０４の端部１６、１１９（図５）を埋め込んだガラス１４、１１４の溶融とその後の固化によって得られる。

真空気密バルクガラス金属封止部は、本発明の第１の実施形態または第２の実施形態に従って、それぞれ、
ａ）ガラスプレート１、２の局所融解とその後の固化によって得られる、周囲ベルト４の端部１６がガラス物質１４内に埋め込まれた整合ガラス金属封止部８（図４）、
ｂ）周囲ベルト１０４をガラスプレート１０１に接合するフリットガラス物質の融解によって得られた、周囲ベルト１０４の端部１１６がガラス物質１１４内に埋め込まれた圧縮ガラス金属封止部１０８（図５）の２つのタイプにすることができる。

これら２つの実施形態では、ガラス物質１４、１１４は、金属周囲ベルト４、１０４に直接付着する。第１の実施形態では、ガラス物質１４とは第１のプレート１の一部であり、常にガラス製であるが、第２の実施形態では、ガラス物質１１４とは、多少付け足されるフリットガラスであり、金属周囲ベルト１０４の端部においてメニスカスを形成する。

ガラスプレートが加熱されると、ガラスプレートは、まず一定の温度で軟化し、その後、それより高い温度で融解し、液体になる、または溶融する。

整合ガラス金属封止部８（図４）では、周囲ベルト４の端部の埋め込みと、金属周囲ベルトへのガラス物質１４の付着とは、ガラスプレート１の局所溶融によって実現される。局所のガラス溶融は、ガラスプレートと一緒に周囲ベルトをガラス軟化点（ソーダ石灰ガラスの場合、約７２０℃）に近く、それを超えない温度で加熱することによって得られる。その後、周囲ベルト４は、（例えば、誘導によって）ガラス軟化温度を超える温度（約８００℃）でさらに加熱され、ガラスプレート１に約１から２ｍｍだけ挿入され、最後に、溶融したガラスが周囲ベルトの両側でメニスカスを形成するように引き戻される。最後に、ガラスプレート１は、焼き戻しの標準的な規則の後に、所望のプレストレスレベルを生じさせるために急速に冷却される。圧縮ガラス金属封止部１０８（図５）では、金属周囲ベルト１０４の端部の埋め込みと、金属周囲ベルト１０４への付着とは、ガラスプレートと比べてはるかに低い軟化温度を有するフリットガラスを融解し、固化した後に周囲ベルト１０４をガラスプレート１０１に接合することによって実現される。ガラス状または不透明のフリットガラスは、封止部にいくらか追加の圧縮力を付与するように、封止される構成材の熱膨張率よりもわずかに低い熱膨張率（λ）を有するように選択される。ソーダ石灰ガラスおよびＮｉＦｅ合金４８の場合、共に熱膨張率λ＝９０^＊１０^−７Ｋ^−１を有するので、７５^＊１０^−７Ｋ^−１のλを有するフリットガラスが使用される。圧縮ガラス金属封止部１０４は、最初に、ガラスプレートの上面に約２ｍｍの高さおよび幅の連続リボンとして、フリットガラス粉末をバインダーおよび適切な溶媒（例えば、ニトロセルロースおよび酢酸アミル）と混合することで得られた厚いペーストを塗布し、その後、前記フリットガラスペーストのリボンに周囲ベルトを挿入し、その後、得られた組立体を、適切な炉の中で、適切な支持構造体によって保持された状態で焼成することによって得られる。

特に、周囲ベルトを挿入する前にフリットガラスのリボンを乾燥し、その後、乾燥したリボンが付着したガラスプレートは逆さに配置され、周囲ベルトの上端部に接触し、適切な支持構造体で定位置に保持され、その後、得られた組立体を炉内で焼成することが有利であることがわかった。このようにして、フリットガラスのリボンは、溶融温度に達した時点で、周囲ベルトの両側に沿って流れ、こうして、図５に示されるようなガラス金属封止部の完全に対称で均一なメニスカスを実現できる。フリット焼成は、物質データシート（典型的なフリットガラスでは、焼成温度は約３０分間で４５０℃に達する）に記載されているような通常の熱サイクルに従うべきである。支持構造体は、残りの組立体の構成材に対する熱膨張差を補償するように作られるべきである。

これは、例えば、適切な鋼（例えば、ＡＩＳＩ４３０）で支持構造体または焼成ジグ（ｇｉｇ）を製造し、それがフリット融解温度で所望の寸法になるように、またこの温度で周囲金属ベルト５、５Ａ、１０４を伸ばし、このベルトを溶融フリットと接触した状態に保ちながらベルトをガラスプレート２に対して所望の位置に位置決めするように寸法決めすることによって達成できる。

本発明のさらなる態様によれば、バルクガラス金属封止部は、少なくともフリットガラスに埋め込まれる金属構成材がこのようなバルクガラス金属封止部を形成する前に酸化処理された場合、有利に改良されたものとなる。前記酸化処理は、好ましくは、ほぼ均一で安定した酸化被膜４Ａ、５Ｂをほぼ一定の厚さで生成するため、また、好ましくは、せん断試験によって測定されたときに、ガラスの金属への接着強度を少なくとも１０％改善するためのものである。

前記金属構成材のプレ酸化処理は、好ましくは、金属構成材の表面に均一な酸化被膜を生成するのに適した温度で、炉内で加熱することによって実現される。当然、例えば、酸素富化雰囲気で加熱するなどの他の処理も考えられる。

また、圧縮バルクガラス金属封止部は、あまり好ましくはないが、まず、ガラスプレート１の表面に周囲ベルト１０４（図５）を配置し、次に、ガラスプレート１の上面で周囲ベルト１０４の片側または両側にフリットガラスペーストのリボン１１４を付着させることによっても得られる。次に、前記フリットガラスのリボンは、融解され、再び固化されて、ガラス金属封止部が得られる。この最後に説明した技術は、先に説明した技術よりも複雑であり、周囲ベルトの片側のみにフリットガラスのリボンがあることで、ガラス金属封止部がより脆弱になる。

整合ガラス金属封止部８および圧縮ガラス金属封止部１０８は共に、周囲ベルトの片側または両側で適切なエポキシ樹脂の封止によって補強できる。真空側のエポキシ樹脂は、後でベークアウトのサイクルに耐えられるように、ガス放出特性が非常に低く、高温で十分な安定性を有するように選択されるべきである（すなわち、商品名「Ｔｏｒｒ Ｓｅａｌ（Ｖａｒｉａｎ社製）」で知られているエポキシ樹脂が使用されることができる）。

周囲ベルト４、１０４の厚さは、例えば、大気圧下での亀裂を避けると同時に、溶接時の熱伝導を低減してガラス金属封止部の加熱（封止部をそれ以上真空気密にできない可能性がある）を防ぐために、好ましくは、０．１から１ｍｍで選択されるべきである。

本発明によれば、金属周囲ベルトは、連続体で（すなわち、連続ベルトを形成するように溶接される）、真空気密性ベルトであり、前記外囲器の排気プロセス、パネルの熱処理、およびガラスプレートと接合される金属周囲ベルトとの潜在的な相互変位を受けたときのバルクガラス金属封止部の損傷やその真空気密性の低下を避けるように少なくとも弾性的に変形可能である少なくとも１つの弾性的に変形可能な部分を備えることに留意すべきである。

パネルの「熱処理」という表現は、ガラス金属封止プロセスと、例えば、熱分解によって内圧を下げると同時にパネルのクリーニング要件を制限するために、２００℃より高い温度で行われるパネルのべークアウト熱処理のような他の処理との両方を指すことに留意すべきである。

金属周囲ベルト４、５、１０４の上述した少なくとも１つの弾性的に変形可能な部分１０、１１０は、好ましくは、少なくとも、前記ベルトがガラスプレートに垂直な軸に対して０．１から０．３ｍｍ伸長するように弾性的に変形可能である。

本発明のさらなる態様によれば、金属周囲ベルト４、１０４は、前記金属ベルトの第１の部分と第２の部分との間に設けられた中間部分を備える。前記第１の部分は、第１のガラスプレート１、１０１に接合し、真空気密バルクガラス金属封止部８、１０８を備え、前記金属周囲ベルト４、１０４の前記第２の部分は、周囲枠３に接合し、真空気密金属間封止部６、１１６を備え、少なくとも１つの弾性的に変形可能な部分は、前記中間部分に設けられる。

本発明のさらなる態様によれば、少なくとも１つの弾性的に変形可能な部分１０、１１０は、好ましくは、少なくとも１つの非直線部、または少なくとも１つの少なくとも部分的に曲線の部分、または少なくとも１つのリブ部１０、１１０を備える。このリブ部１０、１１０は、好ましくは、半円状で、その半径は２から４ｍｍであり、周囲ベルトの全長にわたって伸びる。

プレート１および２が共にガラス製である場合、周囲ベルトはバルク真空気密ガラス金属封止部によって取り付けられる。第１のプレート１がガラス製で、第２のプレート２が金属製である場合、例えば、従来のはんだ付け、溶接、またはろう付けによって得られる真空気密金属間封止部が、周囲枠を金属プレートに接合するのに直接施されるか、または上述したように、周囲枠と金属底プレートとが一体構造の金属片に作られてもよい。

本発明の太陽熱パネルの真空外囲器はさらに、真空ポンプ（図示せず）に接続された一般的には銅管製のポンプポート１９を備える。真空外囲器の排気の後に、ポンプポート１９は、冷凍回路で使用される一般的な方法であるピンチオフによって封止されることができる。

一般にステンレス鋼管製またはベローズ製の出口ポート２０で、周囲枠３を通って真空外囲器３０の外側に吸熱パイプ１３を案内し、それと同時に、周囲枠への熱伝導を最小限に抑える出口ポート２０も存在しなければならない。

また、連続的にどのような残留ガス（特に希ガスを除いて）も送り出すために、知られているタイプのゲッターポンプが真空外囲器内部に存在する場合もある。

本発明はまた、封止容積を画定し、排気されたときに大気圧に耐えることができ、ガラス製の少なくとも第１のプレート１、２、１０１、金属周囲ベルト４、５、１０４、およびガラスプレート１、２、１０１と金属周囲ベルト４、５、１０４との間のバルクガラス金属封止部を有する、真空外囲器を備える真空太陽熱パネルの製造方法に関する。

本発明によれば、ガラス物質１４、１１４は、周囲ベルト４、１０４の端部１６、１１６近くに配置される。前記ガラス物質は、前記第１のプレート１の一部または多少付け足されるフリットガラス物質１０４とすることができる。前記ガラス物質１４、１１４は、その融解温度より高い温度で加熱され、その後、前記温度より低い温度で冷却されて、ガラス物質を周囲ベルトに付着させ、周囲ベルトをガラスプレート１に接合すると同時に、周囲ベルトの端部を埋め込むガラス物質となる。これは、以下の２つの形によって得られる。１つは、周囲ベルトの端部近くに位置決めされ、融解され、その後、再び固化される前記ガラス物質がガラスプレートの一部からなる形、またはフリットガラスペーストのリボンからなる形である。このガラス物質は、周囲ベルトがその端部をガラスプレート１０１の表面上にその端部を用いて置かれる場合、周囲ベルト１０４の両側に配置される。

バルクガラス金属封止部を形成するガラスがガラスプレート１からなる場合（整合ガラス金属封止部の場合）、真空太陽熱パネルの製造方法は以下のステップによって説明されることができる：
ガラスプレート１がその軟化温度に近いが軟化温度を超えない温度まで加熱されるステップ、
周囲ベルト４がガラスプレート１の軟化温度より高い温度まで加熱されるステップ、
局所溶融を行い、周囲ベルト４の端部１６をガラスプレート１内に挿入するために、端部１６がガラスプレート１の表面に押圧されて、周囲ベルト４の端部１６がガラスプレート１のガラス１４によって埋め込まれるステップ、
周囲ベルト４がガラスプレート１から引き戻されて、周囲ベルト４の端部１６の両側でメニスカスを形成するステップ、
ガラスプレート１と周囲ベルト４とがガラスプレート軟化温度より低い温度まで冷却されて、ガラスプレート１と金属周囲ベルト４との間の真空気密ガラス金属封止部を形成するステップ。

バルクガラス金属封止部を形成するガラスがフリットガラスペーストのリボンからなる場合（圧縮ガラス金属封止部の場合）、方法は以下のステップによって説明されることができる：
フリットガラス物質を含むフリットガラスペーストが準備されるステップ。前記フリットガラスペーストは、フリットガラス物質の粉末と溶媒とバインダーとを混合することで得られる。
フリットガラスペーストがガラスプレート１０１の上面に配置されて、連続リボンを形成するステップ、
この後、太陽熱パネルの製造方法を実行する２つの形が可能である：
リボンが乾燥され、次に、乾燥したリボンが付着したガラスプレート１０１が逆さに周囲ベルト１０４に配置され、周囲ベルト１０４の端部１１６に接触し、適切な支持構造体で定位置に保持されるステップ、
周囲ベルト１０４の端部１１６が、同じようにガラスプレート１０１の表面に接触するフリットガラスペーストのリボン内に挿入されるステップ、
フリットガラスペーストが加熱され、融解されて、周囲ベルト１０４の側面とガラスプレート１０１の表面との間に溶融したフリットガラスのメニスカスを形成するステップ、
フリットガラスが冷却され、固化されて、ガラスプレート１０１と金属周囲ベルト１０４との間の真空気密ガラス金属封止部を形成するステップ。

整合ガラス金属封止部を形成する方法は、ガラスプレートの熱的プレストレスが必要である場合に好ましい。それは、プレストレス処理時、コストゼロでプレストレスを加えられるためである。一方、圧縮ガラス金属封止部を形成する方法は、ガラスプレートの熱的プレストレスが想定されないとき（すなわち、層状ガラスの場合）に使用されるべきである。それは、熱的プレストレスよりかなり低い温度が必要であるためである。

いずれの場合（整合ガラス金属封止部または圧縮ガラス金属封止部の場合）も、ガラス金属封止部は、その後、上述したように、適切なエポキシ樹脂によって、周囲ベルトの片側または両側で補強される。

本発明の１つの利点は、製造しやすく、さらに信頼性の高いガラス金属封止部を有する真空気密外囲器を備えた太陽熱パネルを提供できる点である。

周囲ベルトは、リブ部を有することによって変形可能に作られる。このことで、外囲器の排気時の内側と外側との間の圧力差によって、またパネルの熱処理時、特に、２００℃を超えるベークアウトサイクルときのパネル構成材の熱膨張差によって、ガラス金属封止部に生じる応力を低減することができる。

さらなる利点は、外囲器が有毒または危険な物質を使用しない点である。

最後に、説明した本発明の多くは、別々に真空太陽熱パネルに組み込まれることに留意されたい。これは、特に、以下の発明のことである：
ａ１）請求項１によって製造されたガラス金属封止部を備え、好ましくは、付属請求項２から６に記載のうちの１つまたは複数の特徴を備える真空太陽熱パネル、
ａ２）請求項２１に記載した真空太陽熱パネルの製造方法で、好ましくは、請求項２２から２５のうちの１つまたは複数を含む真空太陽熱パネルの製造方法、
ｂ）請求項１の前提特徴部の特徴を備える真空太陽熱パネルであって、金属周囲ベルトは、連続体で真空気密性ベルトであり、外囲器の排気プロセス、パネルの熱処理、およびガラスプレートと接合される金属周囲ベルトとの潜在的な相互変位を受けたときのバルクガラス金属封止部の損傷やその真空気密性の低下を避けるように少なくとも弾性的に変形可能である少なくとも１つの弾性変形可能な部分を備えることを特徴とする真空気密太陽熱パネル。このベルトは、好ましくは、付属請求項１０から１３に記載の特徴のうち１つまたは複数をさらに含むことに留意されたい。
ｃ１）ガラスプレート（１、２）の内側に赤外線ミラーコーティングを備え、および／またはガラスプレートの外側に反射防止コーティングを備え、および／または底金属プレートの内側に赤外線ミラーコーティングを備える真空太陽熱パネル。このコーティングは、好ましくは、付属請求項１４から１６の特徴部に記載の特徴をさらに含むことに留意されたい。
ｃ２）真空太陽熱パネルの効率を高める方法であって、ガラスの外面および／または内面および／または底金属プレートの内側に（１、２、１Ａ、２Ａ）に反射防止コーティングおよび／または赤外線ミラーコーティングを塗布するステップを特徴とする方法。この方法は、好ましくは、付属請求項２６から２８の特徴部に記載のステップをさらに含むことに留意されたい。
ｄ）請求項１の前提特徴部に記載の片面真空太陽熱パネルであって、さらに周囲枠３とパネルの底金属プレートとの両方を一体構造で製造した金属枠を備える片面真空太陽熱パネル、
ｅ）請求項１の前提特徴部に記載の真空太陽熱パネルの支持構造体または焼成ジグ（ｇｉｇ）であって、適切な鋼（例えば、ＡＩＳＩ４３０）で製造され、それがフリット融解温度で所望の寸法になるように、またこの温度で周囲金属ベルトを伸ばし、このようなベルトを溶融フリットと接触した状態に保ちながらベルトをガラスプレートに対して所望の位置に位置決めするように寸法決めされた支持構造体または焼成ジグ、
ｆ）ガラス系フリットを使用して形成された真空気密ガラス金属封止部を有する真空太陽熱パネルであって、バルクガラス金属封止部を形成する前に、フリット内に埋め込まれる少なくとも金属構成材が酸化処理された真空太陽熱パネル。前記酸化処理は、好ましくは、ほぼ均一で安定した酸化被膜をほぼ一定の厚さで生成するため、また、好ましくは、せん断試験によって測定されたときに、ガラスの金属への接着強度を少なくとも１０％改善するためのものである。

金属構成材の前記プレ酸化処理は、好ましくは、金属構成材の表面に均一な酸化被膜を生成するのに適した温度で、炉内で加熱することによって実現される（ＮｉＦｅ合金４８では、一般には、５６０℃で１０分）。さらに、例えば、酸素富化雰囲気で加熱するなどの他の処理も考えられることに留意されたい。

Claims (34)

1. 封止容積を画定し、排気されたときに大気圧に耐えることができる真空外囲器（３０）と、真空外囲器（３０）内部に配置される少なくとも１つの吸熱体（１２）と、外囲器（３０）に出入りし、吸熱体（１２）と接触するパイプ（１３）とを備え、前記真空外囲器（３０）が、ガラス製の第１のプレート（１、１０１）と、第１のプレート（１、１０１）のほぼ周囲に配置される周囲枠（３）と、周囲枠（３）を第１のプレート（１、１０１）に接合する金属周囲ベルト（４、５、１０４）とを備える真空太陽熱パネルであって、前記金属周囲ベルト（４、１０４）が、ガラス物質（１４、１１４）を備える真空気密バルクガラス金属封止部（８、１０８）によって第１のガラスプレート（１、１０１）に接合され、前記真空気密ガラス金属封止部（８、１０８）が前記ガラス物質（１４、１１４）の溶融とその後の固化によって得られることを特徴とする、真空太陽熱パネル。
2. 真空気密バルクガラス金属封止部（８、１０８）の前記ガラス物質（１４、１１４）が、周囲ベルト（４、１０４）の端部（１６、１１６）を埋め込むことを特徴とする、請求項１に記載の真空太陽熱パネル。
3. 前記真空気密バルクガラス金属封止部（８、１０８）の前記ガラス物質（１４、１１４）が、金属周囲ベルト（４、１０４）に直接付着することを特徴とする、請求項１に記載の真空太陽熱パネル。
4. 前記真空気密バルクガラス金属封止部（８）が、周囲ベルト（４）の端部（１６）近くの第１のガラスプレート（１）のガラス物質（１４）の局所溶融とその後の固化によって得られることを特徴とする、請求項１に記載の真空太陽熱パネル。
5. 前記真空気密バルクガラス金属封止部が、金属周囲ベルト（１０４）を第１のプレート（１０１）に接合するフリットガラス（１１４）のメニスカスを備えることを特徴とする、請求項１に記載の真空太陽熱パネル。
6. 前記金属周囲ベルト（４、１０４）が、前記金属周囲ベルト（４、１０４）を弾性的に変形可能にする少なくとも１つのリブ部（１０、１１０）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の真空太陽熱パネル。
7. 平面太陽熱パネルを得るために、第１のプレート（１）にほぼ平行な第２のプレート（２）を備え、吸熱体（１２）が真空外囲器（３０）内で第１のプレート（１）と第２のプレート（２）との間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の真空太陽熱パネル。
8. 両面太陽熱パネルにするために、前記第２のプレート（２）がガラス製であることを特徴とする、請求項７に記載の真空太陽熱パネル。
9. 金属周囲ベルトが、連続体で真空気密性ベルトであり、外囲器の排気プロセス、パネルの熱処理、およびガラスプレート（１、２）と接合される金属周囲ベルト（４、５、１１０）との潜在的な相互変位を受けたときのバルクガラス金属封止部の損傷やその真空気密性の低下を避けるように少なくとも弾性的に変形可能である少なくとも１つの弾性変形可能な部分（１０、１１０）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の真空太陽熱パネル。
10. 金属周囲ベルト（４、５、１０４）の少なくとも１つの弾性的に変形可能な部分（１０、１１０）が、少なくとも、前記周囲ベルトがガラスプレート（１）に垂直な軸に対して少なくとも０．１ｍｍ弾性伸長できるように弾性的に変形可能であることを特徴とする、請求項９に記載の真空太陽熱パネル。
11. 金属周囲ベルト（４、１０４）が、前記金属ベルトの第１の部分と第２の部分との間に設けられた中間部分を備え、前記第１の部分が、第１のガラスプレート（１、１０１）に接合し、真空気密バルクガラス金属封止部（８、１０８）を備え、前記金属周囲ベルト（４、１０４）の前記第２の部分が、周囲枠３に接合し、真空気密金属間封止部（６、１１６）を備え、少なくとも１つの弾性的に変形可能な部分（１０、１１０）が、前記中間部分に設けられることを特徴とする、請求項９に記載の真空太陽熱パネル。
12. 少なくとも１つの弾性的に変形可能な部分（１０、１１０）が、少なくとも１つの非直線部、または少なくとも１つの少なくとも部分的に曲線の部分、または少なくとも１つのリブ部（１０、１１０）を備えることを特徴とする、請求項９に記載の真空太陽熱パネル。
13. リブ部（１０、１１０）が、半円状で、その半径が約２ｍｍであり、周囲ベルトの全長にわたって伸びることを特徴とする、請求項１２に記載の真空太陽熱パネル。
14. ガラスプレート（１、２）の内側に赤外低発光コーティング（１Ｃ、２Ｃ）を備えること、および、前記コーティングが、４から６ミクロンに含まれる波長の反射率が０．９より大きく、０．２５から１ミクロンに含まれる波長の透過率が０．７より大きくなるように選択されることを特徴とする、請求項１に記載の真空太陽熱パネル。
15. ガラスプレートが外側に、反射防止コーティング（１Ｂ、２Ｂ）を備えることを特徴とする、請求項１４に記載の真空太陽熱パネル。
16. ４から６ミクロンに含まれる波長の反射率を高めるために、内側に低発光コーティング（２Ｄ）を備える金属プレート（２Ａ）を備える片面平面真空太陽熱パネルであることを特徴とする、請求項１４に記載の真空太陽熱パネル。
17. 周囲枠（３）と底金属プレート（２）との両方を備える一体構造で製造された金属枠を備える片面平面真空太陽熱パネルであることを特徴とする、請求項１に記載の真空太陽熱パネル。
18. 真空気密バルクガラス金属封止部（８、１０８）内に埋め込まれる周囲ベルト（４、１０４）の端部（１６、１１６）が、ガラスプレート（１、２）にほぼ垂直であることを特徴とする、請求項２に記載の真空太陽熱パネル。
19. 周囲ベルト（４、１０４）が、０．１から１ｍｍに含まれる厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の真空太陽熱パネル。
20. 真空気密バルクガラス金属封止部（８、１０８）内に埋め込まれる周囲ベルト（４、１０４）の少なくとも金属部分が、ほぼ一定の厚さであり、および／または、せん断試験によって測定されたときにガラスの金属への接着強度を少なくとも１０％改善するためのほぼ均一で安定した酸化被膜（４Ａ、５Ｂ）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の真空太陽熱パネル。
21. 封止容積を画定し、排気されたときに大気圧に耐えることができる真空外囲器（３０）を備え、前記外囲器（３０）がガラス製の第１のプレート（１、１０１）と金属周囲ベルト（４、１０４）とを備え、第１のプレート（１、１０１）と金属周囲ベルト（４、１０４）との間に真空気密ガラス金属封止部（８、１０８）を提供する真空太陽熱パネルの製造方法であって、ガラス物質（１４、１１４）が周囲ベルト（４、１０４）の端部（１６、１１６）近くに配置され、その融解温度より高い温度で加熱され、その後、前記温度より低い温度で冷却されて、ガラス物質（１４、１１４）を金属周囲ベルト（４、１０４）に付着させ、金属周囲ベルト（４、１０４）を第１のプレート（１、１０１）に接合することを特徴とする、方法。
22. 第１のガラスプレート（１）がその軟化温度に近いが軟化温度より低い温度まで加熱されるステップと、
    周囲ベルト（４）が第１のプレート（１）の融解温度より高い温度まで加熱されるステップと、
    局所溶融を行い、周囲ベルト（４）の端部（１６）を第１のプレート（１）内に挿入するために、端部（１６）が第１のプレート（１）に押圧されて、周囲ベルト（４）の端部（１６）が第１のプレート（１）のガラス（１４）内に埋め込まれるステップと、
    第１のプレート（１）と周囲ベルト（４）とが第１のプレート（１）の軟化温度より低い温度まで冷却されて、第１のプレート（１）と金属周囲ベルト（４）との間の整合真空気密ガラス金属封止部（８）を形成するステップとを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
23. 周囲ベルト（４）の端部（１６）を第１のガラスプレート（１）内に挿入した後、周囲ベルト（４）が第１のプレート（１）から少なくとも部分的に引き戻されて、周囲ベルト（４）の端部（１６）の両側でメニスカスを形成することを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
24. フリットガラス物質とバインダーとを含むフリットガラスペーストが準備されるステップと、
    フリットガラスペーストが第１のプレート（１０１）の上面に配置されて、連続リボンを形成するステップと、
    周囲ベルト１０４の端部１１６が、同じようにガラスプレート１０１の表面に接触するフリットガラスペーストのリボン内に挿入されるステップと、
    フリットガラスペーストが加熱され、融解されて、周囲ベルト（１０４）の側面と第１のプレート（１０１）の表面との間に溶融したフリットガラスのメニスカスを形成するステップと、
    フリットガラスが冷却され、固化されて、第１のプレート（１０１）と金属周囲ベルト（１０４）との間の圧縮真空気密バルクガラス金属封止部（１０８）を形成するステップとを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
25. フリットガラス物質とバインダーとを含むフリットガラスペーストが準備されるステップと、
    フリットガラスペーストが第１のプレート（１０１）の上面に配置されて、連続リボンを形成するステップと、
    リボンが少なくとも部分的に乾燥されるステップと、
    前記リボン乾燥ステップのために、前記周囲ベルトに流れることはない乾燥リボンが付着したプレート（１０１）が周囲ベルト（１０４）上に逆さに、前記周囲ベルトの上端部に接触して配置されるステップと、
    フリットガラスペーストが加熱され、融解されて、少なくとも部分的に周囲ベルトの両側に沿って流れ、周囲ベルト１０４の側面とガラスプレート１０１の表面との間で溶融フリットガラスのほぼ対称で均一なメニスカスを形成するステップと、
    フリットガラスが冷却され、固化されて、第１のプレート（１０１）と金属周囲ベルト（１０４）との間の圧縮真空気密バルクガラス金属封止部（１０８）を形成するステップとを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
26. ガラスプレート（１、２）の内側に、４から６ミクロンに含まれる波長の前記コーティングの反射率が０．９より大きく、０．２５から１ミクロンに含まれる波長の透過率が０．７より大きくなるように選択される赤外低発光コーティング（２Ｃ、１Ｃ）を塗布するステップを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
27. ガラスプレート（１、２）が外側に、反射防止コーティング（２Ｂ、１Ｂ）を備えることを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
28. ４から６ミクロンに含まれる波長の反射率を高めるために、内側に低発光コーティング（２Ｄ）を備える金属プレート（２Ａ）を備える片面平面真空太陽熱パネルであることを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
29. ガラス金属封止の後、２００℃より高い温度で、パネルにベークアウト熱処理を行うステップを特徴とする、請求項２１の記載の方法。
30. ガラス物質（１４、１１４）を周囲ベルト（４、１０４）の端部（１６、１１６）近くに位置決めするための支持構造体を使用するステップと、前記ガラス物質をその融解温度より高い温度で加熱するステップとを特徴とし、前記支持構造体が、それがガラス物質の融解温度で所望の寸法になるように、またこの温度で周囲金属ベルト（５、５Ａ、１０４）を伸ばし、このようなベルトを溶融したガラス物質と接触した状態に保ちながらベルトをガラスプレート（２）に対して所望の位置に位置決めするように寸法決めされることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
31. このようなバルクガラス金属封止部を形成する前に、真空気密ガラス金属封止部（８、１０８）内に埋め込まれた少なくとも周囲金属ベルト（５、５Ａ、１０４）の一部を酸化処理するステップであって、前記酸化処理が、ほぼ均一で安定した酸化被膜（４Ａ、５Ｂ）をほぼ一定の厚さで生成するためのものであることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
32. 前記酸化処理が、せん断試験によって測定されたときに、ガラスの金属への接着強度を少なくとも１０％改善するためのものであることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
33. 金属部分のプレ酸化処理が、金属構成材の表面にほぼ均一な酸化被膜を生成するのに適した温度で、炉内で加熱することによって実現されることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
34. 酸化処理が、酸素富化雰囲気で行われることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。

Images