CN113375350A - 一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置 - Google Patents

一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于太阳能光热产品技术领域，公开一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖与聚热器玻璃筒封接成真空密封腔体，真空密封腔体内表面热浇铸有太阳能吸收薄膜层；太阳能吸收薄膜层由纳米粉末、分散剂、分散介质、pH调节剂组成；纳米粉末由TiN颗粒、炭黑颗粒组成；每100g的分散介质中加入2g～3g纳米粉末颗粒、0.3g～0.4g的分散剂、6g～10g的pH调节剂。本发明所使用的纳米粉末的比表面积是34～97.2m2/g。本发明对太阳光具有很大的吸收效率和利用率达到89％～97％。

Description

一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置
技术领域
本发明属于太阳能光热产品技术领域，尤其涉及一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置。
背景技术
目前，随着世界人口的不断增长，能源问题已经成为威胁人类生存发展的重大问题。随着世界上储存的石油、煤炭等资源不断开采以及上述资源带来的环境污染问题，人类迫切需要一种可持续使用且不会对环境施加压力的可再生能源。太阳能作为一种清洁、环保和持久的新能源越来越受到人们重视。已经成为各个国家可持续发展战略的重要内容，并且在日常生活中的重要作用日益凸显。随着我国多项节能减排法律法规的实施，太阳能热利用产品陆续出现，如太阳能热水器等产品已经在很多地区得到普及利用。
如何高效将太阳能转化为热能是太阳能利用产品面临的主要难题之一。现有技术中太阳能热水器的加热温度小于100度，因此热传递装置内的热量传递介质主要为水。中高温太阳能聚热使利用太阳能热的领域耿为宽广，如中温(≥200℃)可用于发电。但是由于水的沸点低，要进一步将太阳能热聚集到100℃以上甚至更高，就必须使用其它热媒流体导热。目前常用的热媒流体为沸点较高的加热油或硝酸铵等盐性物质。
目前现有150℃～200℃的中温使用环境和更高温度使用环境中使用的太阳能热量采集装置大多设计复杂且造价昂贵，不适于在日常生活中普及。另外为了获得高效率的太阳能热，在太阳能聚热器设计上必须要符合以下几点：1.玻筒透过率高，同时强度要好，一般选用硼硅玻璃；2.聚热板为金属基镀吸收膜；3.热媒流体导管采用铜或其它导热性能好的金属管；4.聚热器必须保证长时间内真空度良好。由于硼硅玻璃与传统的可伐材料湿润性很差，难以直接封接。目前均采用过渡玻璃法，此法费工，成本又高，难以产业化。
为解决上述问题，现有技术提供一种中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖，包括端盖体，在所述端盖体上径向分布有贯通所述端盖体内侧表面和外侧表面的太阳能聚热器的热媒流体进口、热流媒体出口和排气孔。
所述端盖体采用压铸成型。
所述端盖体采用硼硅玻璃压铸而成或采用与硼硅玻璃膨胀系数接近的陶瓷材料压铸成型。
在所述热媒流体进口、热流媒体出口内设置有金属套管，所述金属套管不突出所述端盖体的内侧表面；所述金属套管伸出所述端盖体的外侧表面后长度根据需要设定。
所述金属套管为膨胀系数与所述端盖体的膨胀系数接近的金属套管。
所述金属套管与所述端盖体的之间采用钎焊方式连接。
在所述端盖体的内侧表面上插有纳米增强材料。
上述专利的应用原理包括：参见图1，给出的一种中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖，包括压铸成型的端盖体100，在端盖体100上径向分布有贯通端盖体100的内侧表面110和外侧表面120的太阳能聚热器的热媒流体进口130、热流媒体出口140和排气孔150。
端盖体100采用硼硅玻璃压铸而成或采用与硼硅玻璃膨胀系数接近的陶瓷材料压铸成型。如果采用硼硅玻璃压铸而成，该端盖体100则为透明的，如果采用与硼硅玻璃膨胀系数接近的陶瓷材料压铸成型，则为非透明的。
在热媒流体进口130、热流媒体出口140内设置有金属套管210、220，金属套管210、220不突出端盖体100的内侧表面110，即金属套管210、220的内端与端盖体100的内侧表面110平齐。金属套管210、220伸出端盖体100的外侧表面120后长度根据需要设定。
金属套管210、220的材质为膨胀系数与端盖体100的膨胀系数接近的材质，如果端盖体100采用硼硅玻璃压铸而成的话，金属套管210、220材质为铜管；如果端盖体100采用与硼硅玻璃膨胀系数接近的陶瓷材料压铸成型的话，金属套管210、220材质为不锈钢管。金属套管210、220与端盖体100的之间采用钎焊方式连接，钎焊连接处必须能经受250℃热冲击。
排气孔150的孔壁光滑，孔口平整以利于密封。
中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖制作方法是：将端盖体100压铸成型后，首先进行清洗，清洗后进行干燥，干燥后在端盖体100的内侧表面上插纳米增强材料。然后加工成型金属套管210、220并按照工艺要求进行表面处理。经过表面处理后的金属套管210、220***到热媒流体进口130、热流媒体出口140中，并在金属套管210的外壁与热媒流体进口130之间的间隙中、金属套管220的外壁与热媒流体进口130之间间隙中填入钎焊料，送入钎焊炉进行焊接。焊接完成后，经退火降温后，取出以备后续使用。
中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖与聚热器玻璃筒封接成真空密封腔体，真空密封腔体内置太阳能热采集装置，太阳能热采集装置中的热媒流体导入管、热媒流体导出管穿过端盖体100的金属导管210、220焊接密封，再通过本发明的端盖体100上的排气孔150将真空密封腔体抽成高真空后予以密封，通过太阳能热采集装置中的热媒流体导入管、热媒流体导出管将所聚热量引出备用。
上述专利在解决业内难以直接封接，目前均采用过渡玻璃法，此法费工，成本又高，难以产业化问题上，取得了一定的进步。
但是，如何在中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖基础上进一步提高太阳能聚热器的巨热效应，需要对太阳能热采集装置的采热进行开发。
现有技术中，金属在预设相变温度在230℃-250℃范围内，合金的冷热性能不好，容易导致形变，影响密封性吗，不能保证太阳能聚热器正常应用。
发明内容
为克服相关技术中存在的-问题，本发明公开实施例提供了一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置。所述技术方案如下：
根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，包括中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖，所述中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖与聚热器玻璃筒封接成真空密封腔体，所述真空密封腔体内置太阳能热采集装置，太阳能热采集装置中的热媒流体导入管、热媒流体导出管穿过端盖体的金属导管焊接密封；所述真空密封腔体内表面热浇铸有太阳能吸收薄膜层；
所述太阳能吸收薄膜层由纳米粉末、分散剂、分散介质、pH调节剂组成；
所述纳米粉末由TiN颗粒、炭黑颗粒组成；每100g的分散介质中加入2g～3g纳米粉末颗粒、0.3g～0.4g的分散剂、6g～10g的pH调节剂。
在本发明一实施例中，所述分散剂为聚乙二醇PEG4000，分散介质是去离子水。
在本发明一实施例中，所述pH调节剂为甲酸和氨水混合体，甲酸和氨水体积比1:1.5～3；所述甲酸纯度≥90.0％；所述的氨水纯度为35％～40％；所述pH调节剂的pH为8～10.5。
在本发明一实施例中，所述TiN颗粒、炭黑颗粒由任意比例组成；
所述纳米粉末的纯度大于97wt％。
在本发明一实施例中，所述纳米粉末的粒径为25nm～80nm。
在本发明一实施例中，所述中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖的金属导管采用NiTiPdCu合金代替不锈钢，所述NiTiPdCu合金膨胀系数与中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖的端盖体的膨胀系数接近。
在本发明一实施例中，所述NiTiPdCu合金按重量百分比为镍10.0％～14.5％、钯25.3～35.2％、钛32.5％～49.6％，其余为铜。
在本发明一实施例中，所述NiTiPdCu合金制备包括：
步骤一，按重量百分比称取镍10.0％～14.5％、钯25.3～35.2％、钛32.5％～49.6％，其余为铜；
步骤二，将称取的镍、钯、钛、铜混合放入陶瓷罐，加入陶瓷球，持续充入氩气5分钟～10分钟，在行星式球磨机上进行混料；加入的陶瓷球与镍、钯、钛、铜混合料的质量比为6：1；
步骤三，将混合均匀的原料倒入圆柱形的钢制模具中，放进压力机在150MPa～280MPa的压力下进行压坯；
步骤四，将压制成型的试样放在反应室中电阻炉内,抽真空后充入氩气，气氛流量为60ml/min，反复洗气，采用温度980℃～1050℃，以15℃/min～35℃/min加热速度进行加热，当电阻炉出气口冒出大量白烟，温度记录仪显示的试样加热曲线出现峰值，此时突变温度在1200℃，然后关掉加热电源，反应完成后通入氩气使试样以260℃/S快速冷却。
本发明另一目的在于提供一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置中太阳能吸收薄膜层的制备方法，所述太阳能吸收薄膜层的制备方法包括：
每100g的分散介质中加入2g～3g纳米粉末颗粒、0.3g～0.4g的分散剂、6g～10g的pH调节；
混合均匀，得到稳定的太阳能吸收薄膜层料浆。
在本发明一实施例中，所述太阳能吸收薄膜层料浆通过中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖的排气孔注入真空密封腔体内，注入的太阳能吸收薄膜层料浆完全淹没太阳能热采集装置中的热媒流体导入管、热媒流体导出管。
本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明在解决了高温热媒流体出入真空聚热器容易造成爆管的难题，简化了制造工艺基础上，进一步提高了吸热效率的提高，同时具备了良好的抗冷热冲击的能力，延长了真空集热器的使用寿命。
本发明由于纳米粉末颗粒尺寸属于纳米级，具有很大的比表面积，利用纳米颗粒的体积效应和表面效应，当太阳光照射时，对太阳光的吸收效率较薄膜和涂层材料高。
本发明使用的纳米炭黑颗粒的真实密度是1.85g/cm3,所使用的纳米粉末的比表面积是34～97.2m2/g。本发明对太阳光具有很大的吸收效率和利用率达到89％～97％。
本发明由NiTiPdCu为主要原料，预设相变温度在230℃-250℃范围内，且合金的冷热加能较好，完全可恢复应变可达5％左右。可满足太阳能聚热器需要，采用本发明合金的制备方法所使用的设备比较简单、节能、省时。
当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本发明实施例提供的现有技术中，中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖示意图。
图2是本发明实施例提供的NiTiPdCu合金制备方法流程图。
图3是本发明实施例提供的太阳能吸收薄膜层的制备方法历程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明提供一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，包括中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖，所述中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖与聚热器玻璃筒封接成真空密封腔体，所述真空密封腔体内置太阳能热采集装置，太阳能热采集装置中的热媒流体导入管、热媒流体导出管穿过端盖体的金属导管焊接密封；所述真空密封腔体内表面热浇铸有太阳能吸收薄膜层；
所述太阳能吸收薄膜层由纳米粉末、分散剂、分散介质、pH调节剂组成；
所述纳米粉末由TiN颗粒、炭黑颗粒组成；每100g的分散介质中加入2g～3g纳米粉末颗粒、0.3g～0.4g的分散剂、6g～10g的pH调节剂。
优选地，所述分散剂为聚乙二醇PEG4000，分散介质是去离子水。
优选地，所述pH调节剂为甲酸和氨水混合体，甲酸和氨水体积比1:1.5～3；所述甲酸纯度≥90.0％；所述的氨水纯度为35％～40％；所述pH调节剂的pH为8～10.5。
优选地，所述TiN颗粒、炭黑颗粒由任意比例组成；
所述纳米粉末的纯度大于97wt％。
优选地，所述纳米粉末的粒径为25nm～80nm。
优选地，所述中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖的金属导管采用NiTiPdCu合金代替不锈钢，所述NiTiPdCu合金膨胀系数与中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖的端盖体的膨胀系数接近。
优选地，所述NiTiPdCu合金按重量百分比为镍10.0％～14.5％、钯25.3～35.2％、钛32.5％～49.6％，其余为铜。
优选地，如图2所示，所述NiTiPdCu合金制备包括：
S101，按重量百分比称取镍10.0％～14.5％、钯25.3～35.2％、钛32.5％～49.6％，其余为铜；
S102，将称取的镍、钯、钛、铜混合放入陶瓷罐，加入陶瓷球，持续充入氩气5分钟～10分钟，在行星式球磨机上进行混料；加入的陶瓷球与镍、钯、钛、铜混合料的质量比为6：1；
S103，将混合均匀的原料倒入圆柱形的钢制模具中，放进压力机在150MPa～280MPa的压力下进行压坯；
S104，将压制成型的试样放在反应室中电阻炉内,抽真空后充入氩气，气氛流量为60ml/min，反复洗气，采用温度980℃～1050℃，以15℃/min～35℃/min加热速度进行加热，当电阻炉出气口冒出大量白烟，温度记录仪显示的试样加热曲线出现峰值，此时突变温度在1200℃，然后关掉加热电源，反应完成后通入氩气使试样以260℃/S快速冷却。
如图3所示，本发明提供一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置中太阳能吸收薄膜层的制备方法，所述太阳能吸收薄膜层的制备方法包括：
S201，每100g的分散介质中加入2g～3g纳米粉末颗粒、0.3g～0.4g的分散剂、6g～10g的pH调节；
S202，混合均匀，得到稳定的太阳能吸收薄膜层料浆。
优选地，所述太阳能吸收薄膜层料浆通过中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖的排气孔注入真空密封腔体内，注入的太阳能吸收薄膜层料浆完全淹没太阳能热采集装置中的热媒流体导入管、热媒流体导出管。
下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步描述。
实施例1
本发明提供一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，包括中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖，所述中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖与聚热器玻璃筒封接成真空密封腔体，所述真空密封腔体内置太阳能热采集装置，太阳能热采集装置中的热媒流体导入管、热媒流体导出管穿过端盖体的金属导管焊接密封；所述真空密封腔体内表面热浇铸有太阳能吸收薄膜层；
所述太阳能吸收薄膜层由纳米粉末、分散剂、分散介质、pH调节剂组成；
所述纳米粉末由TiN颗粒、炭黑颗粒组成；每100g的分散介质中加入2g纳米粉末颗粒、0.3g的分散剂、6g的pH调节剂。本发明对太阳光具有很大的吸收效率和利用率达到89％。
实施例2
本发明提供一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，包括中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖，所述中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖与聚热器玻璃筒封接成真空密封腔体，所述真空密封腔体内置太阳能热采集装置，太阳能热采集装置中的热媒流体导入管、热媒流体导出管穿过端盖体的金属导管焊接密封；所述真空密封腔体内表面热浇铸有太阳能吸收薄膜层；
所述太阳能吸收薄膜层由纳米粉末、分散剂、分散介质、pH调节剂组成；
所述纳米粉末由TiN颗粒、炭黑颗粒组成；每100g的分散介质中加入3g纳米粉末颗粒、0.4g的分散剂、10g的pH调节剂。本发明对太阳光具有很大的吸收效率和利用率达到97％。
实施例3
本发明提供一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，包括中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖，所述中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖与聚热器玻璃筒封接成真空密封腔体，所述真空密封腔体内置太阳能热采集装置，太阳能热采集装置中的热媒流体导入管、热媒流体导出管穿过端盖体的金属导管焊接密封；所述真空密封腔体内表面热浇铸有太阳能吸收薄膜层；
所述太阳能吸收薄膜层由纳米粉末、分散剂、分散介质、pH调节剂组成；
所述纳米粉末由TiN颗粒、炭黑颗粒组成；每100g的分散介质中加入2.5g纳米粉末颗粒、0.35g的分散剂、8gg的pH调节剂。本发明对太阳光具有很大的吸收效率和利用率达到92％。
下面结合实验数据对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明由于纳米粉末颗粒尺寸属于纳米级，具有很大的比表面积，利用纳米颗粒的体积效应和表面效应，当太阳光照射时，对太阳光的吸收效率较薄膜和涂层材料高。
本发明使用的纳米炭黑颗粒的真实密度是1.85g/cm3,所使用的纳米粉末的比表面积是34～97.2m2/g。本发明对太阳光具有很大的吸收效率和利用率达到89％～97％。
本发明由NiTiPdCu为主要原料，预设相变温度在230℃-250℃范围内，且合金的冷热加能较好，完全可恢复应变可达5％左右。可满足太阳能聚热器需要，采用本发明合金的制备方法所使用的设备比较简单、节能、省时。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，包括中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖，所述中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖与聚热器玻璃筒封接成真空密封腔体，所述真空密封腔体内置太阳能热采集装置，太阳能热采集装置中的热媒流体导入管、热媒流体导出管穿过端盖体的金属导管焊接密封；其特征在于，所述真空密封腔体内表面热浇铸有太阳能吸收薄膜层；
所述太阳能吸收薄膜层由纳米粉末、分散剂、分散介质、pH调节剂组成；
所述纳米粉末由TiN颗粒、炭黑颗粒组成；每100g的分散介质中加入2g～3g纳米粉末颗粒、0.3g～0.4g的分散剂、6g～10g的pH调节剂。
2.根据权利要求1所述的应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，其特征在于，所述分散剂为聚乙二醇PEG4000，分散介质是去离子水。
3.根据权利要求1所述的应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，其特征在于，所述pH调节剂为甲酸和氨水混合体，甲酸和氨水体积比1:1.5～3；所述甲酸纯度≥90.0％；所述的氨水纯度为35％～40％；所述pH调节剂的pH为8～10.5。
4.根据权利要求1所述的应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，其特征在于，所述TiN颗粒、炭黑颗粒由任意比例组成；
所述纳米粉末的纯度大于97wt％。
5.根据权利要求1所述的应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，其特征在于，所述纳米粉末的粒径为25nm～80nm。
6.根据权利要求1所述的应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，其特征在于，所述中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖的金属导管采用NiTiPdCu合金代替不锈钢，所述NiTiPdCu合金膨胀系数与中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖的端盖体的膨胀系数接近。
7.根据权利要求6所述的应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，其特征在于，所述NiTiPdCu合金按重量百分比为镍10.0％～14.5％、钯25.3～35.2％、钛32.5％～49.6％，其余为铜。
8.根据权利要求7所述的应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置，其特征在于，所述NiTiPdCu合金制备包括：
步骤一，按重量百分比称取镍10.0％～14.5％、钯25.3～35.2％、钛32.5％～49.6％，其余为铜；
步骤二，将称取的镍、钯、钛、铜混合放入陶瓷罐，加入陶瓷球，持续充入氩气5分钟～10分钟，在行星式球磨机上进行混料；加入的陶瓷球与镍、钯、钛、铜混合料的质量比为6：1；
步骤三，将混合均匀的原料倒入圆柱形的钢制模具中，放进压力机在150MPa～280MPa的压力下进行压坯；
步骤四，将压制成型的试样放在反应室中电阻炉内,抽真空后充入氩气，气氛流量为60ml/min，反复洗气，采用温度980℃～1050℃，以15℃/min～35℃/min加热速度进行加热，当电阻炉出气口冒出大量白烟，温度记录仪显示的试样加热曲线出现峰值，此时突变温度在1200℃，然后关掉加热电源，反应完成后通入氩气使试样以260℃/S快速冷却。
9.一种权利要求1所述的应用于太阳能聚热器真空腔体的压铸封接端盖组合装置中太阳能吸收薄膜层的制备方法，其特征在于，所述太阳能吸收薄膜层的制备方法包括：
每100g的分散介质中加入2g～3g纳米粉末颗粒、0.3g～0.4g的分散剂、6g～10g的pH调节；
混合均匀，得到稳定的太阳能吸收薄膜层料浆。
10.根据权利要求9所述的太阳能吸收薄膜层的制备方法，其特征在于，所述太阳能吸收薄膜层料浆通过中温、高温太阳能聚热器真空腔体所用的压铸封接端盖的排气孔注入真空密封腔体内，注入的太阳能吸收薄膜层料浆完全淹没太阳能热采集装置中的热媒流体导入管、热媒流体导出管。
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