专利名称：太阳能集热管的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能集热管技术领域，尤其涉及一种采用着色高硼硅玻璃内管的太阳能真空集热管，还涉及采用该集热管的太阳能集热器。
太阳能的利用率取决于被照射的物体表面的特性，如果物体表面对太阳光谱内的吸收率高，红外发射率低，则该物体的吸收率和热能转化率较高。例如清华阳光公司生产的“晒乐”牌全玻璃真空太阳集热管，其外形如同一根拉长的暖壶内胆，管内的吸收表面是采用直流反应溅射沉积技术制备而成的渐变铝-氮/铝选择性吸收涂层。因涂层具有高吸收率(大于93％)，低发射率(小于6％)的优点，所以在很大程度上增强了太阳热水器的集热效率。
目前的玻璃真空太阳能集热管全部采用无色透明的高硼硅3.3玻璃管制造。其集热内管是通过在外表面采用真空溅射技术镀一层深色的吸热膜(铝、碳、氮、镍、黑铬)而成的，真空溅射又称真空镀膜，该技术所需的设备造价高，镀膜工艺复杂，工作环境要求高，能耗高，成品率低，由此增加了成本，限制了太阳能集热器的推广应用。
现在，提高吸热效率，减少热发射率的技术发展趋向于改进集热内管的吸收涂层和改进集热管的结构。如2001年11月21日公开的中国专利申请01214985.3涉及集热真空管的结构改变；2001年11月28日公开的中国专利申请01118393.4提供了一种太阳光谱选择性吸收涂层。至今还未发现有关替代集热内管吸收涂层的新材料和新技术的有关报道。
本发明采用的技术方案是一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，其特征在于内玻璃管采用添加着色物质原料的高硼硅玻璃。
着色物质原料是Fe、Mn、Co、Cr、Ni、Cu中的任一种着色氧化物，如Fe2O3、MnO2、CoO、Cr2O3、Ni2O3、CuO。这些着色物质均系无机颜料，Mn、Co、Ni着色离子的价位不会随条件的变化发生改变，而Fe、Cr、Cu着色离子的价位变化不会对玻璃的色度产生影响。而且这些氧化物原料和高硼硅玻璃的共熔性能较好，着色度高，玻璃原料中加入占玻璃重量万分之一的CoO就可以用肉眼观察出高硼硅玻璃色度的变化。采用常规的工艺生产时玻璃体内不会产生色斑，色度均匀。
所使用着色物质的氧化物添加量占玻璃重量的百分比为Fe2O31.0～10.0％MnO20.2～6.0％CoO 0.01～1.0％Cr2O30.1～6.0％Ni2O30.1～5.0％CuO 0.1～8.0％着色物质的氧化物添加量占玻璃重量百分比的最佳值为Fe2O33.0～10％MnO22.0～6.0％CoO 0.1～1.0％Cr2O33.0～6.0％Ni2O32.0～5.0％CuO 2.0～8.0％着色物质原料还可以选用Fe、Mn、Co、Cr、Ni、Cu中的两种或两种以上着色氧化物。经测试在玻璃熔融时，各氧化物之间和玻璃体间不会发生排斥，相容性能较好。着色氧化物的添加量根据上述的单着色氧化物的添加量进行合理的调节。
高硼硅3.3玻璃是太阳能集热管玻璃国标中的规定用玻璃，以高硼硅为基础母体，配合料中添加合理比例的着色物质，可使其成为具有吸收光热的黑、兰、灰、紫等深色玻璃体。该玻璃体的理化性能指标同于无色透明的高硼硅玻璃母体，并可与高硼硅3.3玻璃熔融对接。
经检测，着色高硼硅玻璃对太阳光的吸收率为92％～96％，和真空镀膜集热管的吸收率基本相当；发射率约为6％～8％，稍高于真空镀膜集热管；热膨胀系数为3.3×10-6，符合国家标准和吸热效率等各项指标。
本发明所涉及的太阳能集热管的制造工艺如下一、着色高硼硅玻璃的熔制按现有无色透明高硼硅玻璃的生产工艺将合格的原料和符合比例的着色物质进行混合，着色物质原料的细度一般要求应≤100目，原料和着色物质混合的均匀度要达到95％以上，然后将其输送到玻璃窑炉熔制。玻璃窑炉可以采用全电玻璃窑炉、电助熔玻璃窑炉或全火焰玻璃窑炉，按现有的熔制工艺对配合料进行澄清。
二、着色集热管的成型根据现场的条件，将合格的玻璃液进行拉制成型。拉制方法采用常规的垂直引下拉管法、维洛拉管法、垂直引上拉管法和丹纳拉管法等。最后对成型的玻璃管进行退火、切口和烧口，将无色透明的高硼硅玻璃外管和着色玻璃内管进行熔融对接，并抽真空，即得到成品的太阳能集热管。
该太阳能集热管可用于制造太阳能集热器。使用该太阳能集热管可以制造包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管的太阳能集热器，集热管的内玻璃管采用添加着色物质的高硼硅玻璃。该集热器的重要工作单元采用低成本、高吸收率的着色集热管，大大降低了太阳能集热器的生产成本，更有利于太阳能集热器的推广应用。
本发明的有益效果在于，太阳能集热管采用生产工艺简单、热吸收率高的着色内玻璃管，生产成本大大降低；而且在使用的过程中不会出现吸收层剥离，吸收率下降的问题，更有利于太阳能集热器的应用。
将该太阳能集热管组成联合集热管，并和储水装置和支架共同安装成太阳能集热器，其热效率高，生产成本仅相当于镀膜集热管太阳能的50％左右，使用寿命超过现有的太阳能集热管。
实施例2一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料Fe2O3的高硼硅玻璃。Fe2O3占玻璃重量的百分比为1.0％，制备方法同实施例1，得到黑色的太阳能集热管。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为1.0％Fe2O3的高硼硅玻璃。
实施例3一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料Fe2O3的高硼硅玻璃。Fe2O3占玻璃重量的百分比为10.0％，制备方法同实施例1。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为10.0％Fe2O3的高硼硅玻璃。
实施例4一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料MnO2的高硼硅玻璃。MnO2占玻璃重量的百分比为0.2％，制备方法同实施例1。得到黑色的太阳能集热管。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为0.2％ MnO2的高硼硅玻璃。
实施例5一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料MnO2的高硼硅玻璃。MnO2占玻璃重量的百分比为6.0％，制备方法同实施例1。得到黑色的太阳能集热管。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为6.0％ MnO2的高硼硅玻璃。
实施例6一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料CoO的高硼硅玻璃。CoO占玻璃重量的百分比为1.0％，制备方法同实施例1。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为1.0％ CoO的高硼硅玻璃。
实施例7一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料Cr2O3的高硼硅玻璃。Cr2O3占玻璃重量的百分比为0.1％，其制备过程如下将高硼硅玻璃的生产原料二氧化硅、硼砂、氧化铝等按比例混合均匀，再将占成品玻璃总重量0.1％的Cr2O3研磨至粒度≤100目，并加入分散剂、助溶剂预混，然后和玻璃原料混合均匀，并将其输送到玻璃窑炉中采用全火焰玻璃窑炉，在1600～1650℃的温度下熔制、澄清，采用常规的维洛拉管法将熔融的玻璃液拉制成型，可得到色度均匀的黑色玻璃管，对成型的着色玻璃管进行退火，以消除内应力，在进行常规的加工后就可和无色透明的高硼硅玻璃外管进行熔融对接、真空处理，最后制得太阳能集热管。
将该太阳能集热管组成联合集热管，并和储水装置和支架共同安装成太阳能集热器，其热效率高，生产成本仅相当于镀膜集热管太阳能的50％左右，使用寿命超过现有的太阳能集热管。
实施例8一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料Cr2O3的高硼硅玻璃。Cr2O3占玻璃重量的百分比为6.0％，制备方法同实施例7。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为6.0％ Cr2O3的高硼硅玻璃。
实施例9一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料Ni2O3的高硼硅玻璃。Ni2O3占玻璃重量的百分比为0.1％，制备方法同实施例7。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为0.1％ Cr2O3的高硼硅玻璃。
实施例10一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料Ni2O3的高硼硅玻璃。Ni2O3占玻璃重量的百分比为5.0％，制备方法同实施例7。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为5.0％ Ni2O3的高硼硅玻璃。
实施例11一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料CuO的高硼硅玻璃。CuO占玻璃重量的百分比为0.1％，制备方法同实施例7。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为0.1％ CuO的高硼硅玻璃。
实施例12一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料CuO的高硼硅玻璃。CuO占玻璃重量的百分比为8.0％，制备方法同实施例7。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为8.0％ CuO的高硼硅玻璃。
实施例13一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料CuO的高硼硅玻璃。CuO占玻璃重量的百分比为2.0％，制备方法同实施例1。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为2.0％ CuO的高硼硅玻璃。
实施例14一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料CuO的高硼硅玻璃。CuO占玻璃重量的百分比为3.0％，制备方法同实施例1。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为3.0％ CuO的高硼硅玻璃。
实施例15一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料Ni2O3的高硼硅玻璃。Ni2O3占玻璃重量的百分比为2.0％，制备方法同实施例1。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为2.0％ Ni2O3的高硼硅玻璃。
实施例16一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料Cr2O3的高硼硅玻璃。Cr2O3占玻璃重量的百分比为3.0％，制备方法同实施例1。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为3.0％ Cr2O3的高硼硅玻璃。
实施例17一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料CoO的高硼硅玻璃。CoO占玻璃重量的百分比为0.1％，制备方法同实施例7。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为0.1％ CoO的高硼硅玻璃。
实施例18一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料MnO2的高硼硅玻璃。MnO2占玻璃重量的百分比为2.0％，制备方法同实施例7。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为2.0％ MnO2的高硼硅玻璃。
实施例19一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料MnO2的高硼硅玻璃。MnO2占玻璃重量的百分比为3.0％，制备方法同实施例7。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为3.0％ MnO2的高硼硅玻璃。
实施例20一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质Fe2O3的高硼硅玻璃。Fe2O3占玻璃重量的百分比为3.0％，制备方法同实施例7。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为3.0％ Fe2O3的高硼硅玻璃。
实施例21一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料Fe2O3和MnO2的高硼硅玻璃。Fe2O3占玻璃重量的百分比为1.0％，MnO2占玻璃重量的百分比为0.2％，制备方法同实施例1。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为3.0％ Fe2O3和0.2％ MnO2的高硼硅玻璃。
实施例22一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料Ni2O3和Cr2O3的高硼硅玻璃。Ni2O3占玻璃重量的百分比为0.1％，Cr2O3占玻璃重量的百分比为0.1％，制备方法同实施例1。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为0.`％ Ni2O3和0.1％ Cr2O3的高硼硅玻璃。
实施例23一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料Fe2O3和CuO的高硼硅玻璃。Fe2O3占玻璃重量的百分比为8.0％，CuO占玻璃重量的百分比为0.1％，制备方法同实施例1。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为8.0％ Fe2O3和0.1％ CuO的高硼硅玻璃。
实施例24一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料MnO2、CoO和CuO的高硼硅玻璃。Fe2O3占玻璃重量的百分比为3.0％，CoO占玻璃重量的百分比为0.1％，CuO占玻璃重量的百分比为1.0％，制备方法同实施例1。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为8.0％ Fe2O3、0.1％ CoO和1.0％ CuO的高硼硅玻璃。
实施例25一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，内玻璃管采用添加着色物质原料MnO2、Cr2O3、Ni2O3和CuO的高硼硅玻璃。MnO2占玻璃重量的百分比为0.1％，Cr2O3占玻璃重量的百分比为0.05％，Ni2O3占玻璃重量的百分比为0.05％，CuO占玻璃重量的百分比为0.05％，制备方法同实施例1。
一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，集热管的内玻璃管采用添加占玻璃重量的百分比为0.1％ MnO2、0.05％ Cr2O3、0.05％Ni2O3和0.05％ CuO的高硼硅玻璃。
权利要求
1.一种太阳能集热管，为真空套装的内、外双层管，其特征在于内玻璃管采用添加着色物质原料的高硼硅玻璃。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热管，其特征在于所述的着色物质原料是Fe、Mn、Co、Cr、Ni、Cu中的任一种着色氧化物。
3.根据权利要求2所述的太阳能集热管，其特征在于所述的着色物质原料添加量占玻璃重量的百分比为Fe2O31.0～10.0％MnO20.2～6.0％CoO 0.01～1.0％Cr2O30.1～6.0％Ni2O30.1～5.0％CuO 0.1～8.0％
4.根据权利要求2所述的太阳能集热管，其特征在于所述着色物质原料的添加量占玻璃重量的百分比为Fe2O33.0～10％MnO22.0～6.0％CoO 0.1～1.0％Cr2O33.0～6.0％Ni2O32.0～5.0％CuO 2.0～8.0％
5.根据权利要求1所述的太阳能集热管，其特征在于所述的着色物质原料可以是Fe、Mn、Co、Cr、Ni、Cu中的两种或两种以上着色氧化物。
6.根据权利要求1所述的太阳能集热管，其特征在于所述的太阳能集热管用于制造太阳能集热器。
全文摘要
一种太阳能集热管，属于太阳能真空集热管技术领域。为真空套装的内、外双层管，其特征在于内玻璃管采用添加着色物质原料的高硼硅玻璃。着色物质原料是Fe、Mn、Co、Cr、Ni、Cu中任一种着色氧化物，还可以是两种或两种以上的着色氧化物的混合物。本发明还提供了一种太阳能集热器，包括具有真空套装的内、外双层管的太阳能集热管，其特征在于集热管的内玻璃管采用添加着色物质原料的高硼硅玻璃。它采用生产工艺简单、热吸收率高的着色内玻璃管，生产成本大大降低，可更有利于太阳能集热器的推广应用。
文档编号F24J2/50GK1455213SQ0311225
公开日2003年11月12日 申请日期2003年5月19日 优先权日2003年5月19日
发明者张琪 申请人:张琪