[发明专利]用于太阳能热水器的真空玻璃集热管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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，本发明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。

本发明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。

根据本发明，本发明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，本发明中，所述内管玻璃表面的聚合物涂层的厚度为75-250μm。

根据本发明，本发明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。