用于太阳能热应用的保护性非晶涂层及其制造方法技术

公开了一种涂覆管和涂覆这种管的方法。该涂覆管可以包括金属管和涂覆在管表面的至少一部分上的选择性涂层。在一些实施方式中，该选择性涂层可以包括吸收层和沉积在吸收层顶部的封装层，该封装层包括厚度为至多200nm的非晶化合物，其中该封装层是抗反射层，并且该非晶化合物可以被选择为使得该抗反射层具有大于空气的折射率且小于吸收层的折射率的折射率，并且其中该封装层可没有缺陷，并且配置为穿透和密封吸收层中的任何宏观和微观缺陷。

Protective amorphous coatings for solar thermal applications and their manufacturing methods

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于太阳能热应用的保护性非晶涂层及其制造方法
本专利技术一般地涉及用于太阳能热应用的涂层领域，并且更确切地涉及用于太阳能热应用的保护性非晶涂层领域。
技术介绍
用于热太阳能发电厂的接收器使用聚光的太阳能发电(CSP)将阳光转化成热。这种接收器由置于真空中的玻璃管内部的金属(例如，不锈钢)管构成。金属管由光学选择性涂层(例如，吸收可见光波长范围的光并反射IR波长范围的背光的涂层)涂覆，因此以最小的热损失有效地吸收日光。在一种方法中，传热流体(HTF)例如热油或熔融盐流过金属管以被日光加热。镜面聚集的阳光被接收器的金属管吸收并加热HTF。存储在加热的HTF中的热能用于产生蒸汽，用于为蒸汽轮机提供动力。利用高温操作的另一种方法是直接生成蒸汽(DSG)，其中水被蒸发以直接在金属管内部变成过热的蒸汽。接收器的金属管吸收的聚集的阳光直接加热水，以产生过热的蒸汽，用于为蒸汽轮机提供动力。同时利用HTF和DSG的现代接收器在高达550℃和更高的温度下工作。在这样的高温下，选择性涂层由于老化机制比如扩散、氧化等的加速而降解。降解可能导致选择性涂层的光学和热特性下降，导致接收器的效率下降。在太阳能塔技术中，接收器通常涂覆有黑色吸收涂料，包括在有机硅树脂中的黑色颜料，例如PyromarkTM。黑色涂料具有很高的太阳能吸收率。然而，在太阳能塔的严酷条件下，例如极高的辐射通量，由于剥落、裂缝和腐蚀导致其吸收率显著降低，黑色涂料涂层遭受急剧的降解。CSP系统中的接收器，比如槽式太阳能和菲涅耳太阳能，也用于工业应用中的热量产生。未排空的涂覆管可用于这些应用中，因为对流损耗在通常较低的工作温度下不是那么关键。未排空的管使接收器的材料和加工的成本显著降低，但是需要在空气中稳定的选择性涂层。因此，为了改善在任何热太阳能发电厂的接收器或任何其他应用中的吸收性和/或选择性涂层的耐久性，在吸收性和/或选择性涂层的顶部添加保护性涂层可能是有益的。保护性涂层(例如，层)可以限制降解机理并提高选择性涂层和/或吸收性涂层在真空和空气二者中在高温下的寿命和耐久性。
技术实现思路
本专利技术的一些方面可涉及涂覆管和涂覆这种管的方法。涂覆管可以包括金属管和涂覆在管表面的至少一部分上的选择性涂层。在一些实施方式中，选择性涂层可以包括吸收层和沉积在吸收层顶部的封装层，该封装层包括厚度为至多200nm的非晶化合物。在一些实施方式中，封装层是抗反射层，并且非晶化合物被选择为使得该抗反射层具有大于空气的折射率且小于吸收层的折射率的折射率。在一些实施方式中，封装层没有缺陷，并且配置为穿透和密封吸收层中的任何宏观、微观和纳米级缺陷。在一些实施方式中，非晶化合物可以选自非晶：Al2O3、SiO2、SiN、SiON、AlN、SiAlN、TiO2、ATO、ITO、掺杂的氧化锡、掺杂的氧化锌及其组合。在一些实施方式中，可以确定封装层的厚度使得封装层提供入射光和反射光之间的相消干涉。在一些实施方式中，选择性涂层可以进一步包括沉积在管的表面和吸收层之间的红外(IR)反射层。在一些实施方式中，封装层进一步配置为穿透和密封穿过吸收层和反射层的缺陷。在一些实施方式中，反射层可以是红外反射层，该红外反射层包括选自下列的金属：Ag、Cu、Mo、W、Al及其合金。在一些实施方式中，选择性涂层可以进一步包括位于吸收层和封装层之间的中间抗反射层。在一些实施方式中，封装层是非晶化合物，该非晶化合物被选择使得该封装层具有大于空气的折射率且小于吸收层的折射率的折射率，并且封装层的厚度与中间抗反射层的厚度一起设计为提供入射光和反射光之间的相消干涉。在一些实施方式中，封装层进一步配置为穿透和密封穿过中间抗反射层、吸收层和IR反射层的缺陷。在一些实施方式中，金属管可具有至少50mm的外径和至少0.5m的长度。在一些实施方式中，涂覆管的方法可以包括：将吸收层施加在金属管的顶部；和通过施加包括非晶化合物的封装层来封装吸收层，该封装层使用原子层沉积(ALD)方法沉积在吸收层顶部。在一些实施方式中，封装层是抗反射层，并且非晶化合物被选择为使得该抗反射层具有大于空气的折射率且小于吸收层的折射率的折射率。在一些实施方式中，封装层没有缺陷，并且配置为穿透和密封吸收层中的任何宏观和微观缺陷。在一些实施方式中，该方法可以进一步包括在施加封装层之前，将中间抗反射层施加在吸收层顶部。在一些实施方式中，金属管可具有至少50mm的外径和至少0.5m的长度。附图说明在说明书的结论部分中特别指出并明确要求保护被视为本专利技术的主题。然而，当结合附图阅读时，通过以下详细描述，可以最好地理解本专利技术的组织和操作方法以及其目的、特征和优点，其中：图1A和1B是根据本专利技术的一些实施方式，用涂层涂覆的管的横截面图解；图2是根据本专利技术的一些实施方式，用涂层涂覆的另一根管的横截面图解；图3是根据本专利技术的一些实施方式，涂覆管的方法的流程图；图4是太阳能吸收率(α)测量值随着在真空中在630℃下的暴露时间变化的图：比较涂覆有常规溅射的选择性涂层的样品和涂覆有根据本专利技术的一些实施方式的选择性涂层的样品；图5A和5B是显示太阳能吸收率(α)和热发射率(ε)的光学测量值随着在空气中在400℃下的暴露时间变化的图：比较涂覆有常规溅射的选择性涂层的样品和涂覆有根据本专利技术的一些实施方式的选择性涂层的样品；图6是在空气中暴露于400℃之后，涂覆有常规溅射的选择性涂层的样品和涂覆有根据本专利技术的一些实施方式的选择性涂层的样品的照片；和图7是在盐室中进行24小时腐蚀测试后，涂覆有常规溅射的选择性涂层的样品和涂覆有根据本专利技术的一些实施方式的选择性涂层的样品的照片。应当理解，为了图解的简单和清楚起见，附图中显示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大。此外，在认为适当的地方，可以在附图之间重复附图标记以指示相应的或相似的元件。具体实施方式在下面的详细描述中，阐明了许多具体细节以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在其他情况下，未详细描述众所周知的方法、过程和组分，以免模糊本专利技术。本专利技术的一些方面可以针对一种用于提高用于例如热太阳能接收器的选择性涂层的寿命和耐久性的保护性涂层，以及制造这种涂层的方法。管可以由合金(例如，不锈钢、碳钢、Inconel625等)制成，并且可以用选择性涂层涂覆。如本文所使用，术语“选择性涂层”可以指具有几种光学特性的多层涂层，光学特性比如吸收在第一波长范围内的太阳辐射，同时反射在第二波长范围内的不期望的辐射的能力，例如，吸收在可见光范围内的阳光，同时反射在IR范围内的阳光。根据本专利技术的一些实施方式的选择性涂层可以包括至少涂覆管的外表面的吸收层和沉积在吸收层顶部的抗反射(AR)层。在一些实施方式中，选择性涂层可以进一步包括在吸收层沉积之前沉积在管的外表面上的红外反射(IRR)层。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涂覆管，其包括：/n金属管；和/n选择性涂层，其涂覆在所述管表面的至少一部分上，/n其中所述选择性涂层包括：/n吸收层；和/n沉积在所述吸收层顶部的封装层，其包括厚度为至多200nm的非晶化合物，/n并且其中所述封装层是抗反射层，并且所述非晶化合物被选择为使得所述抗反射层具有大于空气的折射率且小于所述吸收层的折射率的折射率，/n并且其中所述封装层没有缺陷，并配置为密封所述吸收层中的任何宏观和微观缺陷。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170815 US 62/545,4941.一种涂覆管，其包括：
金属管；和
选择性涂层，其涂覆在所述管表面的至少一部分上，
其中所述选择性涂层包括：
吸收层；和
沉积在所述吸收层顶部的封装层，其包括厚度为至多200nm的非晶化合物，
并且其中所述封装层是抗反射层，并且所述非晶化合物被选择为使得所述抗反射层具有大于空气的折射率且小于所述吸收层的折射率的折射率，
并且其中所述封装层没有缺陷，并配置为密封所述吸收层中的任何宏观和微观缺陷。


2.根据权利要求1所述的涂覆管，其中所述非晶化合物选自非晶：Al2O3、SiO2、SiN、SiON、AlN、SiAlN、TiO2、ATO、ITO、掺杂的氧化锡、掺杂的氧化锌及其组合。


3.根据权利要求1或2所述的涂覆管，其中确定所述封装层的厚度使得所述封装层提供入射光和反射光之间的相消干涉。


4.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆管，其中所述选择性涂层进一步包括：
红外反射层，其沉积在所述金属管表面和所述吸收层之间，并且其中所述封装层进一步配置为穿透和密封穿过所述吸收层和所述红外反射层的缺陷。


5.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆管，进一步包括沉积在所述吸收层和所述封装层之间的中间抗反射层。


6.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆管，其中所述吸收层包括吸收性黑色涂料。


7.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆管，其中所述金属管具有至少20mm的外径和至少0.5m的长度。


8.一种涂覆管的方法，其包括：
将吸收层施加在金属管的顶部；和
通过施加包括非晶化合物的封装层来封装所述吸收层，所述封装层使用原子层沉积(ALD)方法沉积在所述吸收层顶部，
其中所述封装层是抗反...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·戈尔茨坦，
申请(专利权)人：里奥格拉斯太阳能公司，
类型：发明
国别省市：西班牙;ES