鍍太陽能玻璃真空集熱器光譜選擇性無剝離吸收膜的製作方法

2023-06-03 11:49:41

專利名稱：鍍太陽能玻璃真空集熱器光譜選擇性無剝離吸收膜的製作方法
太陽能玻璃真空集熱管(如圖1)由雙層玻璃管組成，內管外壁鍍太陽光譜選擇性吸收膜，兩層玻管之間抽真空。集熱管的作用吸收太陽光能轉化為熱能傳遞給被加熱介質。吸收和轉化的效率很大程度上決定於鍍膜的品質。要求膜牢固的附著於管壁上，太陽光譜吸收係數儘量高，紅外發射係數儘量低，就是講幾乎全部吸收太陽能而發散熱量卻很少。
鍍膜的方法有多種，已經應用的有化學鍍、電鍍、真空蒸鍍、濺射鍍等。成膜材料多為鉻黑，鎳黑，銅黑等。膜與基體玻璃之間基本上屬於物理機械結合，存在界面層，附著力小，溫度升到一定程度或變化劇烈時出現剝落。當前流行的真空濺射鍍膜，成品質量明顯優於其他方法，但設備投資大、技術複雜係數高，需要貴重金屬鎳、鉻等材料。
鑑於原有技術不足，移植了玻璃彩釉技術應用於太陽能集熱管鍍膜，獲得成功。
燒釉在中國已有上千年歷史，由此發展而來的玻璃彩釉也是完全成熟的技術。所用工藝、方法、材料五花八門，各有所長，我們實驗了多種工藝配方。取效果比較理想的兩套詳細介紹。
印刷工藝一、用絲網印刷塗附釉料於管壁。(也可用噴塗、移印、浸漬等方法)二、高溫固化三、化學消光一、絲網印刷(噴塗、移印、浸漬等不做介紹)1.製作印刷油墨既可提出要求，到有關廠家定做，又可自制(用彩釉粉與調墨油製造)a.彩釉粉製作以低熔點玻璃粉(又稱低溫釉.熔劑)與太陽光譜選擇性吸收材料(又稱色劑，我們選用含鈷、鐵、鉻、鎳、銥的無機礦物氧化物)混合而成。
選用熔劑熔化溫度比被鍍玻璃管軟化溫度低10-20℃，二者熱膨脹係數近似，顆粒四百目以下為宜。
色劑選用成熟配方氧化鈷22.5％，氧化鐵40％，氧化鉻35％，高錳酸鉀10％。研細過篩(400目)熔劑與色劑比例80∶20。調合混勻即成玻璃彩釉粉。
b.配製調墨油乙基纖維素3克研細過篩。
醇酸樹脂5毫升(如是幹品應研細)松油醇100毫升松節油(冬季添加)10毫升大劑量配製按以上比例。
C.調印刷油墨將玻璃釉粉與調墨油按重量比10∶6調和即成絲網印刷油墨2.利用圓柱體絲網印刷機將油墨塗印到管壁上(絲印機原理如圖2所示)a.被印玻管放置在兩組平衡滾輪(2、3)上b.絲網框架8放置於玻管上部滑道4上。
c.壓下刮墨板5使絲網7與玻管接觸並保持一定壓力。
d.放油墨6於板後網上。
e.拉動網框使其向前移動，玻管與絲網摩擦滾動，油墨在刮墨板作用下塗印到管子上。
f.抬起框架取下管子，涼乾等待入爐固化。
二、加熱固化1、預熱除油將涼幹了的玻管垂直放置在爐中，由室溫開始控制升溫到500℃，升溫時間30分鐘左右，到溫後保持10分鐘左右。(待無黑煙氣味冒出此時調墨油全部揮發，方可再次升溫)2.加熱固化繼續升溫到玻璃管軟化溫度下20℃，保持10分鐘左右，此時玻璃釉熔化並與玻管表面熔合。(如因溫度控制較低，管與釉不熔合時結合力較差，釉面無光澤，可免去消光處理工藝)。
3.冷卻退火不打開爐門關閉熱源，緩緩冷卻到可出爐溫度，以30-40分鐘為宜。
三、化學消光1.配製消光劑水100份，氫氟酸10份，碳酸鉀2份。
注意消光槽選用鉛或耐酸塑料槽。
2.消光處理將冷卻後的鍍管放入消光槽中2、3秒鐘，馬上提出用清水洗淨乾燥。即可製作集熱管。
熱噴塗工藝熱噴塗是把塗附、加熱統一為一體的工藝。利用熱源將釉料(不單是玻璃釉料)與太陽光譜選擇性吸收材料的混合粉末或棒料加熱，熔化，靠熱源自身的動力或外加氣流，將熔滴霧化推動熔粉成噴射的粒子束。以一定速度噴射到基體表面的工藝方法。
工藝簡介第一步玻管表面粗化採用噴砂，化學腐蝕法都可以，如採用化學粗化可採用如下配方
水100份氫氟酸10份碳酸鈉2份，(粗化槽要求與消光槽要求相同)將管放入腐蝕液中儘量不觸及內壁，粗化完畢後用清水洗淨，乾燥。
第二步熱噴塗成膜設備1.LPC-1型立式噴塗車2.SPH-E2000噴塗槍3.乙炔、氧氣、料箱等配方可直接用氧化鐵、氧化鉻、氧化鎳等噴塗，也可用被噴塗玻璃管同樣的材料研磨成細粉末，與鉻、鐵、鎳、鈷、銥等氧化物鹽類混合，試驗中我們採用印刷法中介紹的玻璃彩釉粉噴塗。
工藝玻璃管以10米/分的線速度轉動，管內放置電爐絲加溫到200℃為宜，噴槍從上向下移動噴塗。
從試驗看來熱噴塗法鍍層比現有技術製作的膜結實，工藝簡單，但與本發明印刷法的製成品相比質量存在一定問題，是一種很有前途，很有開發價值的工藝方法。
本發明特點1.採用玻璃彩釉鍍膜與玻璃管壁結合的物質是低熔點玻璃，二者是同類物質相親相容，結合無明顯界面，附著力變為聚合力，結合力很大，一直到玻璃管軟化變形也不會發生膜基剝離。採用本工藝製做的集熱管，可用於加熱低於玻璃軟化溫度的多種介質。太陽光譜選擇性吸收材料(色劑)均勻分布，包容在玻璃釉層，並不直接參與與玻管的結合，無須考慮與玻璃管壁的結合力，附著力，只考慮光譜選擇吸收性能、材料來源等自身情況，所以可選用價廉，性能最優的材料任意添加。成膜的性能遠優於現行鍍法的膜層。價格佔明顯優勢。
2.設備簡單，有利於大規模生產。
3.可將膜塗與內管內壁，使熱效率大大提高。說明書


圖1是太陽能玻璃真空集熱管原理圖。
圖2是鍍膜工藝設備示意圖。形似圓管絲網印刷機。其主要構件為1.被鍍玻管 2、3.平衡滾輪組 4.滑道5.刮墨板6.油墨(鍍膜材料)7.絲網 8.絲網框架在平直光滑的硬質滑道(4)上，放置可前後活動的絲網框架(8)。框架上固定繃緊的150-250目絲網。上面放置刮墨板(5)，被鍍材料(6)置於絲網上。平衡滾輪2-3間距與玻管被鍍長度相似。玻管1放置在平衡滾輪上面可自由滾動。
權利要求
採用彩釉法製造太陽光譜選擇性吸收層應用於太陽能集熱裝置，是參考了現有技術噴塗、熱噴塗、絲網印刷、玻璃表層處理、玻璃彩釉裝飾、太陽能加熱裝置後，集百家之大成，根據需要調整工藝，配方，形成了一套獨立完整的鍍太陽光譜選擇性吸收膜彩釉法工藝。技術特徵以釉料為熔劑，以太陽光譜選擇性材料為色劑形成彩釉。成膜工藝可通過塗附、燒結、消光多道工緒完成(參考說明書印刷工藝)，也可多道工緒合而為一完成(參考說明書中熱噴塗工藝)。但不論採用何種工藝，使用彩釉法使太陽光譜選擇性吸收材料與基體結合，應用於太陽能真空集熱管是我們首先發明，應受到專利法保護。現有技術成膜方法有通過化學沉積或電沉積的化學鍍、電鍍，也有必須在真空室中進行的蒸鍍、濺射鍍，都與我們工藝路線，材料選用無相似之處。由權力要求1，我們在鍍制太陽光譜選擇性吸收層時，採用了熱噴塗法，根據我們得到的資料查未有先例。應受專利法保護。由權力要求1及說明書中知我們採用的選擇性吸收材料都是礦物性化合物，在現有技術製作的太陽能玻璃真空管集熱器中從未有過。應受專利法保護。
全文摘要
本發明公開了一種應用於太陽能玻璃真空集熱管上鍍太陽光譜選擇性吸收膜技術。該技術鍍膜保持了現有技術鍍膜,光熱轉換效率高的優點。消除了膜基結合不牢固、高溫下玻璃管炸裂、鍍膜形式、應用材料單一等不足。應用本發明鍍膜設備簡單,同一設備可鍍長短、粗細、形式各異的多種玻璃管。根據本發明特點,可應用於熱水器、開水器及升溫不高於玻璃管軟化溫度的多種液體介質加熱器。稍加改造可應用於太陽能發電和其他換能裝置。
文檔編號F24J2/48GK1188216SQ96108759
公開日1998年7月22日 申請日期1996年7月1日 優先權日1996年7月1日
發明者李秋儒, 彭淑琴 申請人:李秋儒, 彭淑琴