用于太阳能热水器的真空玻璃集热管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及太阳能热水器领域，具体的说，涉及用于太阳能热水器的真空玻璃集热管及其制备方法；所述制备方法包括：(1)内管玻璃表面喷涂聚合物涂层液，化学镀银；(2)电化学镀金属铬；(3)外管玻璃的内壁贴附聚光膜片，将内管玻璃放入外管玻璃中并偏心布置，将内、外玻璃管的一端熔封；(4)抽真空，将内、外玻璃的另一端熔封；所述的聚合物涂层液包括水性聚合物树脂，硅烷偶联剂、导热剂混配而成，所述的导热剂包括纳米石墨和纳米氮化铝；本发明专利技术提供的用于太阳能热水器的真空玻璃集热管，在内管玻璃的外表面上喷涂聚合物涂层液，防止集热管爆裂带来的安全隐患，同时，聚合物涂层作为导热剂的载体，提高内管玻璃的加热效率。

【技术实现步骤摘要】
用于太阳能热水器的真空玻璃集热管及其制备方法
本专利技术涉及太阳能热水器领域，具体的说，是涉及一种用于太阳能热水器的真空玻璃集热管及其制备方法。
技术介绍
太阳能热水器是将太阳光能转化为热能的加热装置，将水从低温加热到高温，以满足人们在生活、生产中的热水使用。根据结构形式的不同将太阳能热水器分为真空管式和平板式。真空管式太阳能热水器的核心部件在于集热管，传统的集热管多为真空玻璃集热管，其基本结构包括内管和外管，真空玻璃集热管一端开口，内外管作环状熔封，另一端封闭呈半球状，内外管之间被抽成真空。内管表面一般具有涂层以实现光的选择性吸收，涂层一般采用真空蒸镀、磁控溅射等方法制备，随着历史的发展，涂层先后经历了硫化铅/沥青漆涂层、黑铬涂层、紫金涂层等，但这些涂层需要特殊设备进行生产，提高了生产成本。真空管式太阳能热水器的工作原理为：太阳辐射透过真空管的外管，然后被集热镀膜吸收后沿内管壁传递到管内的水，此时水受热而温度逐渐升高，比重减少而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统，随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时温度较低的水沿管的另一侧不断补充，如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。现有技术中的真空集热管往往是同心圆式的布置，这样的结构存在如下的缺陷，处于太阳辐照背面的真空管壁是温度较低的冷水，该部分真空管壁与内管之间的间距并不能充分利用。而热虹吸系统的热水与冷水的移动速度越快，越能更快更均匀的加热储水箱中的热水。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用于太阳能热水器的真空玻璃集热管，便于加快储水箱与集热管中冷热水的交换速率，提高加热效率。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种用于太阳能热水器的真空玻璃集热管的制备方法，包括以下步骤：(1)在内管玻璃表面均匀喷涂一层聚合物涂层液，待固化后将内管玻璃浸于银镜反应液中，在外壁上形成一层镀银层；(2)在步骤(1)中得到的内管玻璃外部通过电化学镀形成一层金属铬；(3)在外管玻璃的内壁上贴附一层聚光膜片，将步骤(2)制得的内管玻璃放入外管玻璃中并偏心布置，使内管玻璃的外壁贴靠在外管玻璃的内壁上，将内、外玻璃管的一端熔封；(4)将内管玻璃与外管玻璃之间的间隙抽真空后，将内、外玻璃的另一端熔封；所述的聚合物涂层液包括水性聚合物树脂，硅烷偶联剂、导热剂混配而成，所述的导热剂包括纳米石墨和纳米氮化铝。本专利技术提供的真空玻璃集热管，通过在内管玻璃的表面喷涂并形成聚合物涂层，不仅能在集热管发生炸裂时防止碎片溅射，起到安全防护作用，同时能在集热管碎裂出现漏水时起到防漏作用；所述的聚合物涂层作为导热剂的载体，贴靠内管玻璃内壁的位置汇集有导热剂，能快速吸收热量并传递给内管玻璃内盛装的水。根据本专利技术，本专利技术中所述的聚合物涂层的厚度过薄时，不利于起到安全防护的作用，而厚度过厚时，对加热效率的影响过大，本专利技术中，所述内管玻璃表面的聚合物涂层的厚度为75-250μm。根据本专利技术，本专利技术中所述的聚合物涂层液中各组分的重量份为：水性聚合物树脂50-70份；硅烷偶联剂10-18份；导热剂120-140份；去离子水100份。聚合物涂层中采用水性聚合物树脂，确保环境友好，所述的水性聚合物树脂可以为水性丙烯酸酯树脂、水性聚氨酯树脂、水性环氧树脂、水性氨基树脂中的至少一种。所述的硅烷偶联剂为KH-550，KH-550能让纳米粉体均匀的粘附在树脂上，分散更加均匀；同时，KH-550具有胺基，能有效的同后续形成的金属镀层表面的官能团反应，提高聚合物涂层的牢固性。所述的导热剂中，纳米石墨与纳米氮化铝的质量比为1：(1.2-2.5)，纳米氮化铝形成导热网结构，可同时提高涂层强度和导热效果，而导热网结构中分布有大量的纳米石墨，进一步的提高了内管玻璃的吸热、导热能力。进一步优选的，所述的纳米石墨的粒径为300-800nm，纳米石墨的主要作用在于提供吸热、导热的作用，若粒径过大，则吸热及导热效果不明显，而粒径过小，性价比较低；所述的纳米氮化铝的粒径为30-70nm。为了降低生产成本，本专利技术采用电化学镀的方法在内管玻璃的最外层形成一层金属铬层，充分吸收太阳辐照的热量并传递给内层。为了实现金属铬层的电化学镀，首先将内管玻璃浸没到银镜反应液中，形成一层镀银层，本专利技术对所述的银镜反应液没有特殊要求，能在内管玻璃的外表面上形成一层致密的镀银层即可，所述银镜反应液的配制可以为所述领域技术人员所公知的，具体的，在反应容器中加入硝酸银溶液，再逐渐滴加氨水，并不断震荡，直至所产生的沉淀恰好消失，放入内管玻璃，再滴加葡萄糖或戊二醛溶液，水浴加热，即可在内管玻璃的外表面形成一层致密的镀银层。采用电化学镀的方法在镀银的内管玻璃上形成镀铬层。所述电化学镀的方法为：以镀银的内管玻璃为阴极，浸入含有三价铬的电镀液中，在常温(25℃)的条件下，以电流密度10-20A/dm2进行电镀，在内管玻璃的外表面上形成黑色三价氧化铬镀层，然后置于真空烘箱中，消除应力，即得镀有黑色铬层的内管玻璃。为了进一步的降低内管玻璃的减反射性能，防止太阳辐照被反射出去，本专利技术中将内管玻璃放入酸性蚀刻液中浸泡1-3min，在内管玻璃的内壁上形成凹陷结构，利用去离子水对其进行冲洗即可。所述的酸性蚀刻液由50wt％的氢氟酸、20wt％的双氧水和去离子水按照1：4：10的体积比混配而成。根据本专利技术，为了提高对内管玻璃的加热效果，在外管玻璃的内壁上贴附有一层聚光膜片，所述的聚光膜片为在聚酯树脂基材上涂覆光学胶水并通过结构辊压制成的微棱镜结构涂层。本专利技术还提供了一种用于太阳能热水器的真空玻璃集热管，由上述制备方法制备得到。根据本专利技术，由于真空玻璃集热管安装在太阳能热水器上，处于太阳辐照背面的真空管壁处是温度较低的冷水，该部分真空管壁与内管玻璃之间的间距并不能充分利用。为此，本专利技术所述的集热管的内管玻璃为圆柱管，外管玻璃为椭圆柱管，内管玻璃贴靠在外管玻璃的内壁上并处于偏心布置的位置，且内管玻璃与外管玻璃贴靠的一侧位于太阳辐照的背面，确保处于迎向太阳辐照的一侧内管玻璃快速升温，提高了热虹吸系统的热水与冷水的移动速度，提高了加热效率。本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术提供的用于太阳能热水器的真空玻璃集热管，在内管玻璃的外表面上喷涂聚合物涂层液，防止集热管爆裂带来的安全隐患，同时，所述的聚合物涂层作为导热剂的载体，提高内管玻璃的加热效率；2、本专利技术提供的用于太阳能热水器的真空玻璃集热管，采用电镀的方式在内管玻璃表面形成吸热的黑铬镀层，无需使用特殊的设备进行真空蒸镀或磁控溅射，降低了生产成本；3、本专利技术提供的用于太阳能热水器的真空玻璃集热管，采用偏心设置的方式，增大真空玻璃集热管的太阳辐照的迎面与背面的温差，增大热虹吸系统的温差，从而提高冷热水的交换速度，提高了加热效率。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术。本专利技术中所述的纳米石墨商购自南京冠业化工有限公司生产的GYC型；所述的纳米氮化铝商购自上海超威纳米科技有限公司的CW-AlN系列；所述的硅烷偶联剂KH-550商购自广州保成新材料科技有限公司；实施例1一种用于太阳能热水器的真空玻璃集热管的制备方法：(1)制备聚合物涂层液：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于太阳能热水器的真空玻璃集热管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在内管玻璃表面均匀喷涂一层聚合物涂层液，待固化后将内管玻璃浸于银镜反应液中，在外壁上形成一层镀银层；(2)在步骤(1)中得到的内管玻璃外部通过电化学镀形成一层金属铬；(3)在外管玻璃的内壁上贴附一层聚光膜片，将步骤(2)制得的内管玻璃放入外管玻璃中并偏心布置，使内管玻璃的外壁贴靠在外管玻璃的内壁上，将内、外玻璃管的一端熔封；(4)将内管玻璃与外管玻璃之间的间隙抽真空后，将内、外玻璃的另一端熔封；所述的聚合物涂层液包括水性聚合物树脂，硅烷偶联剂、导热剂混配而成，所述的导热剂包括纳米石墨和纳米氮化铝。

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳能热水器的真空玻璃集热管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在内管玻璃表面均匀喷涂一层聚合物涂层液，待固化后将内管玻璃浸于银镜反应液中，在外壁上形成一层镀银层；(2)在步骤(1)中得到的内管玻璃外部通过电化学镀形成一层金属铬；(3)在外管玻璃的内壁上贴附一层聚光膜片，将步骤(2)制得的内管玻璃放入外管玻璃中并偏心布置，使内管玻璃的外壁贴靠在外管玻璃的内壁上，将内、外玻璃管的一端熔封；(4)将内管玻璃与外管玻璃之间的间隙抽真空后，将内、外玻璃的另一端熔封；所述的聚合物涂层液包括水性聚合物树脂，硅烷偶联剂、导热剂混配而成，所述的导热剂包括纳米石墨和纳米氮化铝。2.根据权利要求1所述的用于太阳能热水器的真空玻璃集热管的制备方法，其特征在于：内管玻璃表面的聚合物涂层的厚度为75-250μm。3.根据权利要求1所述的用于太阳能热水器的真空玻璃集热管的制备方法，其特征在于：所述的聚合物涂层液中各组分的重量份为：水性聚合物树脂50-70份；硅烷偶联剂10-18份；导热剂120-140份；去离子水100份。4.根据权利要求1所述的用于太阳能热水器的真空玻璃集热管的制备方法，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为KH-550。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪涛，
申请(专利权)人：汪涛，
类型：发明
国别省市：安徽,34