可控热发射率的太阳选择性吸收涂层制造技术

本发明专利技术小汲到一种可控热发射率的太阳选择性吸收涂层及制造方法，属于太阳能利用技术领域。适用于光一热转换，特别适用于太阳热水器。本发明专利技术的技术要点是太阳选择性吸收涂层采用对于可见与红外半透乃至作透的金属底层，采用改变金属底层厚度，及邻近金属底层的复合材料薄膜厚度控制发射率，达到抑制集热管空晒温度之目的。优点是效果好，方法简单。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种，属于太阳能热利用
适用于光—热转换，特别适用于太阳集热器。金属一介质复合材料薄膜与高反射底层组成的太阳选择性吸收涂层发展迅速、应用广泛。已公开的专利US3952724、US3960136、US4016860、US4018215、US4033327与GB1566522等是用真空蒸发技术制备的；而GB1558440、GB1570044、DT2725914、CA1075108、CA1083452、US4339484与ZL85100142等是用磁控溅射技术制备的。上述太阳选择性吸收涂层都具有较高的太阳吸收率和较低的热发射率，其中US4339484公开的太阳选择性吸收涂层包括含金属—碳化物吸收层和红外高反射铜底层，太阳吸收率α≈0.82、发射率ε≈0.03(室温)。ZL85100142公开的太阳选择性吸收涂层包括厚度不小于100nm的高反铝膜为底层，厚度80nm-250nm的铝氮复合吸收材料，吸收材料的成分随厚度是渐变的，太阳吸收率α≈0.93，发射率0.06(100℃)(“溅射太阳能选择性吸收涂层及制造方法”说明书第1页第3行至第4页第16行)。涂层结构如附图所示，1是高反射金属底层，2是金属一介质复合材料吸收层，A是载体。以这种涂层制成的全玻璃真空太阳集热管为集热元件组成的太阳热水器，因为具有集热效率高、寿命长、不受环境温度影响，一年四季都运行等诸多优点，深受用户欢迎。但是，由于上述太阳选择性吸收涂层吸收率高，而且都具有不透明的高反射金属底层，发射率几乎是定值，因此，具有这类太阳选择性吸收涂层的集热管的空晒温度就很高，例如具有ZL85100142公开的太阳选择性吸收涂层的全玻璃真空太阳集热管，当太阳辐照度为750W/m2时，全玻璃真空太阳集热管的空晒温度可高达230℃以上。如果采用US4339484公开的太阳选择性涂层时，太阳辐照为800W/m2，集热管的空晒温度可达250℃。这样高效的真空太阳集热管用于获得生活用水的太阳能热水器，如果发生停电、停水或操作不慎就会带来麻烦1.高空晒温度加速密封元件(如胶圈)老化，造成热水器或热水系统漏水；2.突然进入冷水，容易增加集热管环形封口处的玻璃内应力而导致破裂；3.在U形管式集热器中，高的空晒温度还会使联集管的金属管的外表面氧化，甚至脱皮以致降低集热效率。因此，如何保持集热管低温工作时的高效率而又适当降低其空晒温度已引起本领域科技人员的极大关注，例如澳大利亚悉尼大学的S.J奥西和R.E柯林斯对此问题进行了探索研究，他们是在真空集热管内充以特殊有机气体，在低温工作时，特殊气体被吸附在太阳选择性吸收涂层表面，当管内温度升高时，气体逐渐释放，使集热管内气体压强升高，增加导热损失，以达到抑制高空晒温度之目的(“在稀薄的多原子气体中热传导的实验研究”澳大利亚悉尼大学S.J奥西和R.E柯林斯1990年(S.J Oshea and R.E Collins，An Experimental Study of Conduction Heat Transfer in RavefiedPolya tomic Gases University of Sydney，Australia，1990))。这种方法制备工艺十分复杂。本专利技术的目的在于提出一种可控热发射率的太阳选择性吸收涂层及其制备方法，实现在低温工作时保持高吸收率的同时抑制高的空晒温度。本专利技术的技术要点是在玻璃、陶瓷、高分子材料或金属、合金块材等载体上以对于可见与近红外半透乃至全透的金属膜为底层。采用真空蒸发或磁控溅射减小金属底层的厚度，或加大邻近金属底层的复合材料薄膜的厚度，或者减小金属底层厚度的同时加大邻近金属底层的复合材料薄膜厚度的方法，都能得到高的太阳吸收率的同时降低空晒温度。本专利技术的优点是能够保持高的吸收率的同时能够抑制高的空晒温度，从而使集热器在低温工作时密封元件不易老化，集热管不易炸裂，联集管内金属不易氧化损坏。并且具有制备方法简便的优点。 附图说明附图是太阳选择性吸收涂层结构示意图。实施例实施例1、在制造全玻璃真空太阳集热管时，采用专利技术专利ZL95l00142制备太阳选择性吸收涂层，沉积铝底层的厚度为40nm，铝-氮吸收材料层厚度180nm，该太阳选择性吸收涂层，经真空烘烤处理后，平均太阳吸收率为0.927(AMZ)，法向发射率为0.10(80℃)，当太阳辐照度为750W/m2，真空集热管空晒温度为185℃。实施例2、在制造全玻璃真空太阳集热管时，于氩压强下，非反应磁控溅射铜底层，厚度25nm，在氩和乙炔混合气体中反应溅射不锈钢—碳复合材料吸收层厚160nm，此太阳选择性吸收涂层，经真空烘烤后，平均太阳吸收率为0.921(AMZ)，法向发射率0.09(光温)，当太阳辐照度为800W/m2，真空集热管的空晒温度为190℃。权利要求1.一种可控热发射率的太阳选择性吸收涂层，由金属底层、金属—介质复合材料吸收层构成，复合材料的成分是渐变的，其特征在于所说的金属底层是对于可见与近红外是半透乃至全透的。2.按照权利要求1所说的可控热发射率的太阳选择性吸收涂层，其特征在于所说的金属—介质复合材料为不锈钢—碳，所说的对于可见与近红外半透乃至全透的金属底层为铜膜，厚度为0-100nm。3.按照权利要求1和2所说的可控热发射率的太阳选择性吸收涂层，其特征在于所说的钢膜厚度也可以为25nm。4.按照权利要求1所说的可控热发射率的太阳选择性吸收涂层，其特征在于所说的金属—介质复合材料为铝—氮时，所说的对于可见与近红外半透乃至全透的金属底层为铝膜，厚度为0-100nm。5.按照权利要求1-4所说的可控热发射率的太阳选择性吸收涂层，其特征在于所说的铝膜厚度也可以是40nm。6.一种可控热发射率的太阳选择性吸收涂层的制备方法，其特征是采用真空蒸发或磁控溅射的方法减小金属底层的厚度或增加邻近金属底层复合材料薄膜的厚度。7.按照权利要求6所说的可控热发射率的太阳选择性吸收涂层的制备方法，其特征是也可以减小金属底层厚度同时增加邻近金属底层的复合材料薄膜的厚度。全文摘要本专利技术涉及到一种,属于太阳能热利用
适用于光—热转换,特别适用于太阳热水器。本专利技术的技术要点是太阳选择性吸收涂层采用对于可见与红外半透乃至全透的金属底层,采用改变金属底层厚度,及邻近金属底层的复合材料薄膜厚度控制发射率,达到抑制集热管空晒温度之目的。优点是效果好,方法简单。文档编号F24J2/48GK1180822SQ9612041公开日1998年5月6日 申请日期1996年10月25日 优先权日1996年10月25日专利技术者殷志强, 严习元 申请人:北京清华大学太阳能电子厂 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控热发射率的太阳选择性吸收涂层，由金属底层、金属－介质复合材料吸收层构成，复合材料的成分是渐变的，其特征在于所说的金属底层是对于可见与近红外是半透乃至全透的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：殷志强，严习元，
申请(专利权)人：北京清华阳光能源开发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]