专利名称：太阳能高温集热管罩玻璃管增透涂层的生产方法及生产线的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能高温集热管罩玻璃管增透涂层的生产方法及生产线，属于高温太阳能集热管制造技术领域。
背景技术：
规范和教科书上对太阳能集热器进行了统一分类，如我国化学工业出版社于2006 年出版的《太阳能实用技术丛书》，均规定按照集热器的工作温度不同可分为100°C以下的低温集热器、10(T20(TC的中温集热器和200°C以上的高温集热器，本申请属于太阳能高温应用领域，也就是工作温度在200°C以上的太阳能应用领域。目前国际上高温太阳能集热管市场占有率最大的肖特、索来尔两公司罩玻璃管的太阳透射比均在96%以上。而我国罩玻璃管太阳透射比最高在91. 5%，与国外先进水平相差至少4个百分点，与太阳能热利用先进技术还有不小的差距，但由于技术封锁，国内目前还不能获得相关技术，为因应新能源社会的提出，需对罩玻璃管表面进行处理以提升其透过率。太阳能高温集热管作为高温应用的核心部件，其结构是包括不锈钢内管(统称内管)、同轴套装该内管的外玻璃管(统称罩玻璃管、通常简称罩管)。内管、罩管与不锈钢封接环、波纹管、端盖互相封接，而形成真空室。其中对罩玻璃管的基本要求是透过能量较高的波长在0. 2^3. 0 μ m之间的太阳辐射，同时对波长3. 0 μ m以上的热辐射透过率越低越好，以构成温室效应。目前国内罩玻璃管表面处理常用的方法有溶胶-凝胶法、等离子喷涂法、磁控溅射法等，这些方法各具有优缺点。不过现有溶胶-凝胶生产线自动化程度低，且只适用于平板玻璃；而等离子喷涂方法膜层附着力低，不能长久耐污染、耐摩擦、耐老化；对于磁控溅射法，其原理及设备无法满足6125XL3980mm等较大规格圆管产品的镀制。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种产品质量稳定且所镀制涂层太阳透射比高的太阳能高温集热管罩玻璃管增透涂层的生产方法，同时，本发明还提供了一种专用于该生产方法的生产线。为了实现本发明的发明目的，所采用的技术方案的一个方面为 一种太阳能高温集热管罩玻璃管增透涂层的生产方法，其包括以下步骤
溶胶液配制a.以无水乙醇为溶剂，将配制好的正硅酸乙酯溶解，并搅拌25 35分钟， 形成溶液A ；
b.将配制好的无水乙醇、盐酸和去离子水混合，搅拌25 35分钟，形成溶液B；
c.将所述溶液A和溶液B混合，搅拌11(Γ130分钟，形成溶胶液C，且该溶胶液C各组分的体积比为正硅酸乙酯无水乙醇去离子水盐酸=1:(2^5) (0. 2 1) (0. 02 0. 15)；
陈化将所述溶胶液陈化不少于2天待用；
清洗干燥将罩玻璃管清洗干净，并在115°C 125°C的条件下干燥25 35分钟；镀膜在温度为30士2°C，湿度为6(T75RH%的条件下在配制陈化好的所述溶胶液C中镀膜，镀制时间观 32分钟，且控制罩玻璃管需勻速进入溶胶液并勻速拉出溶胶液；
干燥在温度为30士2°C，湿度为6(T75RH%的条件下将镀膜后的罩玻璃管干燥5(Γ70 分钟；
烧结将干燥后的罩玻璃管放入烧结装置，勻速升温至44(T460°C，保温25 35分钟； 冷却自然冷却。依据本发明较佳的实施例，所述镀膜步骤中罩玻璃管竖直勻速下降速度为500mm/ min，下降到位后静置，拉出溶胶液时的选择速度在80-300mm/min，以控制罩玻璃管获得合适的膜层厚度，且满足较高的生产效率。优选地，所述清洗干燥步骤中的干燥时间、干燥步骤的干燥时间以及烧结步骤的保温时间选定固定时间时，需控制时间偏差小于0. 5分钟，以保证同批次或者量产罩玻璃
管产品的一致性。进一步地，所述镀膜步骤的镀制时间为30分钟，一旦选定，需严格控制，且控制偏差应小于0. 1分钟，在于形成均勻且一致性的膜层。关于所述无水酒精、正硅酸乙酯、盐酸和去离子水均为分析纯，能够获得质量较高的溶胶液。依据本发明的另一个方面，则是用于上述方法的一种太阳能高温集热管罩玻璃管增透涂层的生产线，包括
轨道，具有一个装卸工位；
自行小车，运行于所述轨道上，配有驱动该自行小车的伺服电机，并设有罩玻璃管夹具，以携带罩玻璃管沿所述轨道运行；
溶胶池、干燥装置、烧结炉，与作为初始位置的装卸工位一起沿所述轨道依次布置，且都配有控温装置；
升降装置，设置在所述自行小车上或者设置在所述溶胶池位置，且含有闭环控制装置， 以驱动罩玻璃管勻速的下降或者上升；以及
控制装置，控制所述自行小车沿所述轨道运行和在装卸工位、溶胶池、干燥装置以及烧结炉间的流转。较佳的，所述轨道为环线轨道，效率更高，由于控制点减少，使得使用的控制装置
更简单。所述自行小车5为四台，工作状态下，运行于不同工位，以提高设备利用率和生产效率。为了方便控制，当采用所述升降装置设置于所述溶胶池位置的方案时，所述轨道在溶胶池位置开有缺口，该升降装置的的驱动端设有恰好桥接所述缺口的一段轨道。进一步地，一种控制精度比较高的所述升降装置包括 支架；
丝杠丝母机构，设置于所述支架上，且丝杠竖直设置，且丝母上安装有用于桥接的一段轨道；
升降伺服电机，输出连接所述丝杠，以驱动所述丝母上下运动；以及导向装置，对所述丝母上下运动进行导向。
依据本发明的上述方案，所获得产品的质量稳定，产品的一致性好，太阳透射比有比较高的提高，与国外同类产品相比，在性能上有比较高的竞争价值。
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步的阐述，使本领域的技术人员能够充分理解本发明，其中
图1为依据本发明的一种太阳能高温集热管罩玻璃管增透涂层的生产方法的工艺流程图。图2为较佳实施例中生产线的俯视结构示意图。图3为一种较佳轨道的结构示意图。图4为一种升降装置的结构示意图。图5为一种自行小车的结构示意图。图6为一种溶胶池结构示意图。图中1、装卸平台；2、定位轨道；3、环形轨道；4、升降机构；5、自行小车；6、溶胶池；7、控温系统；8、烧结炉；9、生产线电控柜；10、装卸机构；11、镀膜机构；12、干燥装置。3-1、环形铝轨；3-2、滑触线；3-3、钢结构；3_4、连接构件。4-1、升降伺服电机；4-2、滚珠丝杠；4-3辅助滑轨；4_4、滑轨座；4_5、滚珠轴承； 4-6、连接轨道。5-1、自行伺服电机；5-2、转轮；5-3、夹具头；5_4、过渡夹套；5_5、夹套卡口 ；5_6、
紧固螺栓。6-1、外壳；6-2、毛细管束；6-3、外包钢箍。
具体实施例方式参照说明书附图2，为一种采用环线轨道3或者说环形轨道的一种太阳能高温集热管罩玻璃管增透涂层的生产线，环形轨道不像直线轨道那样需要控制运行在该轨道上的自行小车5的进退，只需要沿一个方向运行即可，控制难度大大降低；当然，采用直线轨道也是可行选择。图中环线轨道3的结构为腰行，相关工位在其直线轨道段，半圆形轨道段最好不要设置工位，不便于相关工艺部件的设置。进一步地，参见说明书附图2所示的生产线，其基本结构为其包括
轨道，如图中所示的环线轨道3，应具有一个装卸工位，便于定点装卸，从而，能够为实现自动装卸提供基础，也为工艺流转提供初始位置，是自行小车5运行的起点；
自行小车5，运行于所述轨道上，配有驱动该自行小车的伺服电机，如图5中的自行伺服电机5-1，并设有罩玻璃管夹具，以携带罩玻璃管沿所述轨道运行，采用伺服电机的主要目的是方便精确控制自行小车5停止的位置，进而保证工艺的可靠进行；
溶胶池6、干燥装置12、烧结炉，与作为初始位置的装卸工位一起沿所述轨道依次布置，且都配有控温装置，以保证匹配的工艺温度，对应各工位；
升降装置，设置在所述自行小车上或者设置在所述溶胶池位置，且含有闭环控制装置， 以驱动罩玻璃管勻速的下降或者上升；以及
控制装置，控制所述自行小车沿所述轨道运行和在装卸工位、溶胶池、干燥装置以及烧
6结炉间的流转。关于控制装置，可以采用如附图1所示的生产线电控柜9进行集中控制，方便系统编程，也可以在比如溶胶池6设置独立的控温装置，可以更好的控制温度，主要在于减少了控制信号和反馈信号的通信时间，响应速度更快，可以更可靠的进行控温。较佳的选择是采用集中分散控制系统(Total Distributed Control System，TDCS)，在生产线电控柜9侧设置总控制器，并在具体工位再设置与该总控制器通信的分布式子控制器。自行小车的数量选择可匹配工位数量，可以有效地提高设备利用率，由于本方案涉及多个控温点，若能够采用多个自行小车的结构形式，必然也会节约能耗。需要说明的是，由于自行小车在每个工位的工时并不一样，会存在等待，这在程序上是容易解决的，可以设置独立的等待位置。关于升降装置的设置，有上述两种基本方案，一种是安装在所述自行小车5上， 因不需要考虑自行小车与升降装置分离状态下的位置停靠，结构简单，但惯性大，不容易控制，整体能耗高，且由于升降的幅度取决于罩玻璃管的长度，显然，相应的升降装置必须很高，比如罩玻璃管长3980mm，则升降装置的高度至少为3980mm，或者控制行程至少为 3980mm，非常容易失稳，并且对车间的整体高度有比较高的要求。另一种方案则是独立设置，所述轨道在溶胶池位置开有缺口，该升降装置的的驱动端设有恰好桥接所述缺口的一段轨道。为了控制小车的升降，需要加以匹配的设置轨道桥结构，具体参见说明书附图4所示的一种结构，省略环线轨道，图中，升降装置的驱动端， 图中下部，也就是实现上下运动的构件连接一段轨道，当自行小车5运行到该段轨道时，升降装置可以驱动该段轨道带动小车上下运行，进而带动罩玻璃管上下运行。当然，为了方便自行小车的运行，以及升降速度精度的要求，升降装置最好选择升降精度比较高的装置，也可以采用止点控制，比如液压缸，具有上止点和下止点，停止作用比较准确，液压缸行程非常容易控制，且速度跟液压油的流量直接相关，速度也非常容易控制，缺点就是长行程的液压缸成本太高；气压缸不能使用在本方案中，气压缸的速度无法精确控制。另一种控制采用闭环控制，引入带有导向结构的链传动机构，导向结构用于保证运行的平稳性，比如双链结构，两链条间设置载板，以安装一段轨道，载板设置导柱进行导向。较佳的选择参考说明书附图4，采用丝母丝杠机构，竖直设置，不用设置辅助支撑， 行程完全可以满足罩玻璃管镀膜的要求，且成本也比较低。图中含有一个竖直的支架，作为所述丝母丝杠机构的机架，支架也作为丝母丝杠机构导向装置的安装基体，如图中的对称设置在所述支架上的辅助滑轨4-3，在辅助滑轨上设置滑轨座4-4，丝母安装在滑轨座互联形成的架体上，导向精度非常高；丝母上安装有用于桥接的一段轨道，从而，实现经由丝母的控制实现对用于桥接轨道的控制。驱动所述丝母上下运动的装置采用升降伺服电机4-1，输出控制精度比较高。关于丝母的导向，最简单的还是采用导柱进行导向，成本比较低，且精度也可以满足要求。关于丝母丝杠的选择，最好采用滚珠丝杠结构，使用寿命长，且传动精度高。参见说明书附图3和5所示的结构，图3中，自行小车悬吊于轨道上，属于一种较常见的结构形式，一般结构是按照轨道运行路线设置钢结构3-3，然后通过连接构件3-4在钢结构上装配环形铝轨3-1。并沿环形铝轨设置滑触线3-2，这是一种较常见的结构，在此不再赘述。更详细的，参见说明书附图5，上部两水平线表示轨道3，四个转轮5-2支撑在轨道上用于连接自行小车5的车架，小车下端设置夹具头5-3，用于装夹罩玻璃管，每个自行小车可以配有多个夹具，成组装夹罩玻璃管，提高效率。自行小车采用伺服电机控制，如图中的自行伺服电机5-1，通过闭环控制实现自行小车的准确停靠。关于夹具的选择，由于罩玻璃管是柱面结构，能够在竖直方向进行对罩玻璃管定位的夹具就都可以使用，机械领域的技术人员比较容实现。另一种选择是，避开柱面结构使用夹具不便的特点，采用在罩玻璃管上预装件，如附图5中由具有夹具卡口 5-5的环形过渡夹套5-4，预先通过紧固件装在罩玻璃管上，然后再匹配所述夹具卡口 5-5设置夹具头，这样夹具头的选择具有比较大的选择性，可以为实现自动上料提供基础。进而，参见说明书附图2，在装卸工位设置工作台，如图中的装些平台，进行自动装卸，当然，也可以人工装卸。图中设置定位轨道2，在定位轨道上设置定位构件，这种定位比较简单，采用一行程开关即可实现，罩玻璃管过来碰撞行程开关，同时受到行程开关的限制，不能再往前移动，在行程开关处停止形成限位。工艺中此类定位普遍采用抵靠定位，实现起来相对容易。只要位置确定，那么通过自行小车5的控制，就可以实现罩玻璃管的拾取和卸载。图中的装卸机构10，是为了方便罩玻璃管的上料和卸料，可以采用传送带机构。图6则示出了一种溶胶池6结构，为满足罩玻璃管的镀制，溶胶池的高度不小于罩玻璃管的长度，因此为了保证使用的安全性，在溶胶池外壳6-1加装多道外包刚箍6-3，外壳采用PP材料制作。在溶胶池6壁设置毛细管束6-2，是为了通过外部冷热水机组保持溶胶液温度的稳定，保证溶胶液质量，同时延长使用寿命。参见说明书附图1，一种太阳能高温集热管罩玻璃管增透涂层的生产方法，其包括以下步骤
溶胶液配制a.以无水乙醇(EtOH)为溶剂，将配制好的正硅酸乙酯(TEOS)溶解，并搅拌25 35分钟，形成溶液A ；
b.将配制好的无水乙醇、盐酸(HCl溶液)和去离子水(吐0)混合，搅拌25 35分钟，搅拌时间为选择时间，最好采用30分钟，形成溶液B ；
c.将所述溶液A和溶液B混合，搅拌11(Γ130分钟，优选120分钟，形成溶胶液C，且该溶胶液C各组分的体积比为正硅酸乙酯无水乙醇去离子水盐酸 =1: (2 5) (0. 2 1) (0. 02 0. 15)；
陈化将所述溶胶液陈化不少于2天待用，通常2天即可，因要先制备，后采用，可能陈化时间被延长；使用时把所获得溶胶液C放入溶胶池6 ；
清洗干燥将罩玻璃管清洗干净，并在115°C 125°C的条件下干燥25 35分钟，不上流水线，干燥时间30分钟左右为宜，为实现流水作业，选择固定时间；清洗依次采用洗洁精溶液清洗、去离子水超声清洗、去离子水漂洗后放入洁净干燥箱中以高于水的气化点进行干燥，温度120°C为宜，水的蒸发速度比较适当。装夹，在附图2中装卸工位对罩玻璃管进行装夹，定位在自行小车上；镀膜自行小车运行到溶胶池6处，在温度为30士2°C，湿度为6(T75RH%的条件下在配制陈化好的所述溶胶液C中镀膜，镀制时间观 32分钟，且控制罩玻璃管需勻速进入溶胶液并勻速拉出溶胶液；
干燥在温度为30士2°C，湿度为6(T75RH%的条件下将镀膜后的罩玻璃管干燥5(Γ70 分钟，实际应用中，干燥装置12可以仅是工位，但为了保证所要求的环境参数，最好选择室状的装置，构造相应气氛；
烧结将干燥后的罩玻璃管放入干燥装置，如图2中的烧结炉，勻速升温至44(T460°C， 保温25 35分钟； 冷却自然冷却。所述镀膜步骤中罩玻璃管竖直勻速下降速度优选为500mm/min，下降到位后静置， 拉出溶胶液时的选择速度在80-300mm/min。这里需要考虑自行小车的运送可能与轨道侧设置的工艺性部件，比如烧结炉8，自行小车采用悬吊的结构就是便于小车悬吊着罩玻璃管进入烧结炉，而自行小车位于烧结炉外，参见附图5中的中部杆性连接件，该杆性连接件下端连接夹具头5-3，上端连接自行小车本体。关于温度控制，均应采用闭环控制，以获得比较好的温度控制条件。由于所述清洗干燥步骤中的干燥时间、干燥步骤的干燥时间以及烧结步骤的保温时间选定固定时间时，需控制时间偏差小于0. 5分钟。而所述镀膜步骤的镀制时间为30分钟，且控制偏差小于0. 1分钟。较佳地，所述无水酒精、正硅酸乙酯、盐酸和去离子水均为分析纯。实施例1、
按照溶胶液体积比TE0S:Et0H: H2OiHCl溶液=1 2 :0. 2 :0. 02进行溶胶液C的配制标记为组分1，在上述生产线进行高温集热管罩玻璃管增透膜层的镀制。其他工艺条件相同的情况下按照不同的提拉速度进行镀膜，通过镀制后太阳透射比指标进行表征。对于溶液A和B使用无水乙醇(EtOH)的多少并没有严格的要求，等于是按照整体用量把无水乙醇分成两份，每一份都足以把相应的待溶解的组分均勻溶解。结果见附表1
表1提拉速度对组分1的影响
权利要求
1.一种太阳能高温集热管罩玻璃管增透涂层的生产方法，其特征在于，其包括以下步骤溶胶液配制a.以无水乙醇为溶剂，将配制好的正硅酸乙酯溶解，并搅拌25 35分钟， 形成溶液A ；b.将配制好的无水乙醇、盐酸和去离子水混合，搅拌25 35分钟，形成溶液B；c.将所述溶液A和溶液B混合，搅拌11(Γ130分钟，形成溶胶液C，且该溶胶液C各组分的体积比为正硅酸乙酯无水乙醇去离子水盐酸=1:(2^5) (0. 2 1) (0. 02 0. 15)；陈化将所述溶胶液陈化不少于2天待用；清洗干燥将罩玻璃管清洗干净，并在115°C 125°C的条件下干燥25 35分钟； 镀膜在温度为30士2°C，湿度为6(T75RH%的条件下在配制陈化好的所述溶胶液C中镀膜，镀制时间观 32分钟，且控制罩玻璃管需勻速进入溶胶液并勻速拉出溶胶液；干燥在温度为30士2°C，湿度为6(T75RH%的条件下将镀膜后的罩玻璃管干燥5(Γ70 分钟；烧结将干燥后的罩玻璃管放入烧结装置，勻速升温至44(T460°C，保温25 35分钟； 冷却自然冷却。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述镀膜步骤中罩玻璃管竖直勻速下降速度为500mm/min，下降到位后静置，拉出溶胶液时的选择速度在80-300mm/min。
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，所述清洗干燥步骤中的干燥时间、干燥步骤的干燥时间以及烧结步骤的保温时间选定固定时间时，需控制时间偏差小于0. 5分钟。
4.根据权利要求1至3任一所述的生产方法，其特征在于，所述镀膜步骤的镀制时间为 30分钟，且控制偏差小于0. 1分钟。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述无水酒精、正硅酸乙酯、盐酸和去离子水均为分析纯。
6.一种太阳能高温集热管罩玻璃管增透涂层的生产线，其特征在于，包括 轨道，具有一个装卸工位；自行小车(5)，运行于所述轨道上，配有驱动该自行小车的伺服电机，并设有罩玻璃管夹具，以携带罩玻璃管沿所述轨道运行；溶胶池(6)、干燥装置(12)、烧结炉，与作为初始位置的装卸工位一起沿所述轨道依次布置，且都配有控温装置；升降装置，设置在所述自行小车上或者设置在所述溶胶池位置，且含有闭环控制装置， 以驱动罩玻璃管勻速的下降或者上升；以及控制装置，控制所述自行小车沿所述轨道运行和在装卸工位、溶胶池、干燥装置以及烧结炉间的流转。
7.根据权利要求6所述的生产线，其特征在于，所述轨道为环线轨道(3)。
8.根据权利要求7所述的生产线，其特征在于，所述自行小车(5)为四台，工作状态下， 运行于不同工位。
9.根据权利要求6至8之一所述的生产线，其特征在于，当采用所述升降装置设置于所述溶胶池(6)位置的方案时，所述轨道在溶胶池位置开有缺口，该升降装置的的驱动端设有恰好桥接所述缺口的一段轨道。
10.根据权利要求9所述的生产线，其特征在于，所述升降装置包括 支架；丝杠丝母机构，设置于所述支架上，且丝杠竖直设置，且丝母上安装有用于桥接的一段轨道；升降伺服电机(4-1)，输出连接所述丝杠，以驱动所述丝母上下运动；以及导向装置，对所述丝母上下运动进行导向。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能高温集热管罩玻璃管增透涂层的生产方法及生产线，前者包括以下步骤溶胶液配制；陈化；清洗干燥；镀膜；干燥；烧结；以及冷却。生产线则包括轨道，具有一个装卸工位；自行小车；溶胶池、干燥装置、烧结炉，与作为初始位置的装卸工位一起沿所述轨道依次布置，且都配有控温装置；升降装置；以及控制装置，控制所述自行小车沿所述轨道运行和在装卸工位、溶胶池、干燥装置以及烧结炉间的流转。依据本发明产品质量稳定且所镀制涂层太阳透射比高。
文档编号C03C17/23GK102491648SQ201110405668
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者刘希杰, 刘广磊, 房颜辉, 李义凯, 杜勇, 葛少海 申请人:山东力诺新材料有限公司