JP5959534B2 - 真空太陽熱パネルの製造におけるフリット焼成サイクルの実行方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空太陽熱パネルの製造におけるフリット焼成サイクルの実行方法に関する。

周知のように、真空太陽熱パネルは、少なくとも、太陽の可視光に対して透明で金属外周枠に取り付けられたガラス板を含む、平坦な真空気密外囲器を備えている。真空外囲器の内部には、熱吸収体と、その熱吸収体に接続されて外囲器に出入りするパイプとが配置されている。

太陽放射はこのようにガラス板を通して外囲器に入り、熱吸収体に吸収されて熱に変換され、変換された熱はパイプに伝達され、パイプ内を流れる熱伝導流体に伝達される。

熱吸収体とそれに接続されたパイプの一部を囲む真空外囲器の内部は真空に保持されて、対流による熱の外部への放出を防止する。

周知のタイプの真空太陽熱パネルは、例えば同一出願人による国際公開第２０１０／００３６５３号として公開されたＰＣＴ出願に記載されている。

真空太陽熱パネルには、大気圧に耐え、かつ例えば霰（あられ）による衝撃などの偶発的な衝撃に耐えるために強化ガラス板が必要とされる。

強化ガラス板は、フリットで実現されるガラス−金属の封止によって金属枠へ取り付けられる。この目的を達成するために、強化ガラス板は真空太陽熱パネルの製造時に熱サイクルを受ける。そのような熱サイクルは、ガラスフリットを溶融させるために、５００℃にも達し得る。

しかし、強化ガラス板は高温に長時間さらされると、予応力が低下することがよく知られている。

例えば、約４５０℃のピーク温度で、約３０分間のフリット焼成サイクルを行うと、５ｍｍ厚のフロートガラス板では約３０％程度の予応力の低下がみられる。

種々の温度サイクルを受ける厚いフロートガラスの平均破壊応力の低下が図１に示されている。これは５ｍｍ厚のフロートガラスを使用した出願人による実験結果である。

強化ガラスは、印加応力が機械的変形によるものであって、予応力に近い値となると破断することに留意されたい。強化ガラスに関する一般則として、機械変形による応力は、強化プロセスで導入される予応力の半分未満でなければならない。

図２は、大気圧がガラス板にもたらす応力を、厚さの異なる２枚のガラス板への支持構造点の接触ピッチの関数として示している。図２は、それぞれ厚さ５ｍｍと４ｍｍのフロートガラスを用いて出願人が行った実験結果を示す。

この図から、予応力の値が顕著に低下すると、大気圧に対するガラス板支持構造の、支持点の面密度を上げるか、又はガラス板の厚さを大きくすることが必要であることがわかる。

既知の解決策では、真空太陽熱パネル用の強化ガラス板として十分な厚さのものを選択して、大気圧による機械変形で生じる応力が、フリット焼成サイクルによる低下後においても強化プロセスによる予応力水準の半分より低くなるようにされている。

これとは別に、強化により導入される予応力は、熱強化ではなく化学強化により上昇させることが可能であり、また支持構造の接触点密度を増大させて、大気圧による機械変形で生じる応力を低下させることも可能である。

より具体的には、薄板のガラス板（５ｍｍ未満）と軽量の支持構造を利用した真空太陽熱パネルにおいては、予応力水準の顕著な低下は許容することができない。

例えば、４ｍｍ厚のフロートガラス板と、１００ｍｍ間隔で等間隔に分散された接触点を持つ支持構造を利用した真空太陽熱パネルの場合には、熱強化で導入された約１２０ＭＰａの初期予応力が３０％を超えて低下すると、大気圧による変形による６０ＭＰａを超える応力には適合できなくなる。

従って、より高密度の接触点を持つ支持構造を用いることが必要となり、パネルの重量が増してコストが上がる。また、代替的に非常に高い予応力に到達可能な化学強化プロセスは、所要の化学薬品の保持にタンクを利用するためにガラス板の最大厚さに制限があることが多く、またもともと標準の熱強化プロセスに比べてはるかに高価である。

国際公開第２０１０／００３６５３号パンフレットには、ピーク温度４５０℃で３０分間のフリット焼成サイクルを採用する、真空太陽熱パネルの構築方法が記載されている。

ただし、このような焼成フリットサイクルの従来の加熱処理では、ガラス板の予応力水準が顕著に低下する。それにより上に述べたような、例えば化学強化手段により予応力水準を上げるか、又はガラス板厚を増大させるか、及び／又は支持構造の接触点の面密度を増大させるかする、特定の対抗手段を講じない限り大気圧下でのガラス基板の完全性に明確な脅威が生じる。

米国特許第５，６６８，４９４号明細書には、ガラス−ガラスの封止を、２枚のガラスの周縁端部をマイクロ波放射により選択的に加熱することで実現する、真空絶縁ガラスの製造方法が開示されている。ただし、この明細書は、本発明の技術分野には関係せず、またガラス−金属の封止の実行法に関する教示もない。当業者であれば、ガラス−金属の封止にマイクロ波は利用しないであろう。それは金属中に生じる渦電流が枠を過熱させるからである。

国際公開第２０１０／００３６５３号パンフレット 米国特許第５，６６８，４９４号明細書

本発明のベースにある技術課題は、ガラス−金属封止を形成するフリット焼成サイクルでガラス板の予応力水準を低下させない、真空太陽熱パネルの製造方法を提供することであり、それにより、従来技術による方法が持つ限界を克服することである。

本発明の基礎を成す解決策は、真空太陽熱パネルの製造におけるフリット焼成サイクルの実行方法に関し、強化ガラス板の溶融領域の温度を、その領域を選択的に加熱することによって強化ガラス板の他の部分よりも高温に保持するというものである。

そのような解決策を基に、少なくとも強化ガラス板とそのガラス板に取り付けられた金属枠とを備える真空太陽熱パネルの一製造方法によって、この技術的課題が解決される。その製造方法は、強化ガラス板と金属枠との間のガラス−金属封止を形成するためのフリット焼成サイクルを含み、そのフリット焼成サイクルは、強化ガラス板を、強化ガラス板が好適な予応力水準を保持する最大温度にまで加熱するステップと、最大温度よりも高い第２の温度で、強化ガラス板の溶融領域を選択加熱するステップである追加の加熱ステップと、を含む。選択加熱のステップは、赤外光を含む光でその強化ガラス板を照射するステップを含む。

好ましくは、照射ステップで用いられる光は赤外放射（以下“赤外光”と称す）である。有利には、この第２の温度は３５０℃から６５０℃の間にあり、好ましくは４５０℃である。

更に、この選択加熱ステップは、第１の加熱ステップと同時に実行される。

より具体的には、選択加熱ステップは強化ガラス板の周縁端部に関係する。

有利には、好適なシャドウマスクのお蔭で、光がガラス板の溶融領域のみを照射する。

第１の加熱ステップはその最大温度まで、炉内で実行される。

本発明による方法の特徴と利点は、添付の図面を参照した非制限的な実施例による以下の説明で明らかとなるであろう。

出願人による実験結果をグラフで模式的に示した図である。 出願人による実験結果をグラフで模式的に示した図である。 本発明の一実施形態によるフリット焼成サイクルを受ける熱パネルの模式図である。 本発明により得られた真空太陽熱パネルの展開図である。 本発明の方法により得られた、図４に示すものとは別の、真空太陽熱パネルのガラス−金属封止部の詳細断面図である。

本発明は真空太陽熱パネルの製造方法に関する。

図４は、本発明により得られた真空太陽熱パネルの一実施例の展開図である。

真空太陽熱パネルは、封止容積を画定する真空外囲器を備える。これは、真空排気された場合に大気圧に耐えることができ、可視太陽光に対して透明である強化ガラス板１を備えている。真空外囲器はこの他に周縁の金属枠１８と背面ガラス板５とによって完結する。

複数の熱吸収体１２が取り付けられた熱流体用のパイプ１３が、真空外囲器内に封入されている。このパイプ１３は出口２０を経由して真空外囲器へ出入りする。

図５は、金属枠１８の周縁金属ベルト４を強化ガラス板１に接続する、真空気密のガラス−金属封止６の例の詳細を示している。この図に示す真空太陽パネルは、図４のものと違って、金属枠１８と一体になった金属バックプレート５’を特徴としている。

本製造方法はフリット焼成サイクルを含み、この方法では溶融領域において強化ガラス板の温度は、この領域を選択的に加熱することによって強化ガラスの他の領域よりも高温に保持される。特に、本発明の好適な実施形態においては、溶融領域は強化ガラスの周縁端部であり、そこでフリット溶融が起きる。フリット溶融により、強化ガラス板１とそのガラス板に取り付けられた金属枠１８との間に、ガラス−金属封止６が形成される。より具体的には、本方法では、強化ガラス板１を最大温度Ｔｍにまで上げる初期加熱ステップが含まれる。この温度では、強化ガラス板１の好適な予応力水準が保持される。

本発明の一態様によれば本方法は、特に強化ガラス板の溶融領域を選択加熱する、更なる加熱ステップも含み、この選択加熱ステップは、最大温度Ｔｍよりも高い第２の温度Ｔｈで実行される。

この第２の温度Ｔｈは、３５０℃から６５０℃の間、好ましくは４５０℃である。

このようにして、第１の加熱ステップの最大温度Ｔｍを周知の方法に比べて下げることが可能となり、強化ガラスの予応力を大幅に下げない様にすることができる。第１の加熱ステップの低減された最大温度Ｔｍは、２００℃から３００℃の間である。

本発明の好適な態様によれば、溶融領域は強化ガラスの周縁端部であり、そこでフリット溶融が起きてガラス−金属封止６が形成される。

更には、本発明の別の態様によれば、選択加熱ステップが第１の加熱ステップと同時に実行される。

具体的には、強化ガラス板１の選択加熱は、炉内において溶融領域の内側の全てにシャドウマスクを使用した状態で、光を用いて実行される。

この照射ステップの実行には本技術分野で周知の加熱ランプを使用することができる。

本発明の好適な実施形態において、照射には赤外ランプが用いられ、従って利用される光は赤外光である。

具体的には図３に模式的に示すように、強化ガラス板１と、図には示されていない金属枠とから成る熱パネルが、シャドウマスク２で部分的に覆われ、強化ガラス板の周縁端部に対応して非遮蔽部３を残す。次にシャドウマスク２で覆われていない強化ガラス板１の、特に周縁端部の非遮蔽部３にのみ赤外光が照射され、温度を上昇させる。

こうして、真空太陽熱パネル用の、フリット焼成された強化ガラス板が得られ、これはこのフリット焼成サイクルのために、予応力水準の低下はわずかである。従って、本発明の方法では、フリット焼成サイクルのお蔭で、予応力水準の低下を気にすることなく、限られた厚さのガラス板、特に４ｍｍ厚のガラス板の使用が可能となる。本発明によれば、ガラス板の厚さを増大させることは最早必要ではない。また、支持構造の接触点の表面密度を増加させる必要もない。

付随的かつ特定の要求に対応しようとする当業者は、明らかに上記の方法に対するいくつかの修正をもたらすであろうが、これらはすべて添付の特許請求の範囲で規定される本発明の保護範囲にある。

Claims (5)

1. 少なくとも強化ガラス板（１）と該強化ガラス板（１）に取り付けられた金属枠（１８）とを備える真空太陽熱パネルの製造方法であって、
   前記強化ガラス板（１）と前記金属枠（１８）との間にガラス−金属封止（６）を形成するためのフリット焼成サイクルを含み、
   前記フリット焼成サイクルは、
   前記強化ガラス板（１）を、前記強化ガラス板（１）の好適な予応力水準が保持される最大温度（Ｔｍ）にまで加熱する第１の加熱ステップと、
   前記最大温度（Ｔｍ）よりも高い第２の温度（Ｔｈ）で、前記強化ガラス板（１）の溶融領域を選択加熱する選択加熱ステップである追加の加熱ステップと、
   を含み、
   前記選択加熱ステップは、前記強化ガラス板（１）を光で照射する照射ステップを含み、前記照射ステップに用いられる前記光は赤外光である、方法。
2. 前記第２の温度（Ｔｈ）は、３５０℃から６５０℃の間である、請求項１に記載の方法。
3. 前記選択加熱ステップは、前記第１の加熱ステップと同時に実行される、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記光は好適なシャドウマスクによって前記強化ガラス板（１）の前記溶融領域にのみ照射される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記第１の加熱ステップは、前記最大温度（Ｔｍ）まで炉中において実行される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。

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