具有陷光结构的太阳能集热管制造技术

具有陷光结构的太阳能集热管，属于太阳能利用领域。由金属内管、玻璃外管、密封波纹管等组成，内管外表面上设置阳光吸收涂层，阳光吸收涂层由内而外依次为金属薄膜光反射层、第1介质层、光吸收层、第2介质层。所述的2个介质层中的一个是由具有陷光功能的薄膜构成，即所述的薄膜表面的平均起伏度超过30纳米。所述的具有陷光功能的薄膜材料为氧化铝、氮化铝或氮氧化铝。与已有技术相比，本发明专利技术结构简单，材料普通，工艺过程也容易控制，工艺成本不高，适合大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为中具有陷光结构的太阳能集热管，属于太阳能利用

技术介绍
太阳能热利用领域，当前的发展重点是中高温集热，工作温度超过400°C的集热管，可用于热发电。中高温集热管中，当工作温度达到400°C时，辐射的峰值波长为4微米左右，距离阳光中的红外线波长很近，普通的选择性涂层很难满足需要，一般情况下表现为发射比太高。实际制作的金属陶瓷为吸收层的中高温集热管中，发射比一般超过10%，即使采用高达100 1的聚光系统，热辐射仍然太大。提高金属陶瓷吸收层中的金属比例可以降低发射比，但必然降低吸收比，往往得不偿失。常规的金属陶瓷吸收材料性能的提高已经基本不可能，只有寻找发现新的材料或结构，才能使光热转化效率有实质性提高。
技术实现思路
针对太阳能高温热利用中存在的问题，本专利技术提出一种新型光集热管，可以达到更高的光热转化效率。具有陷光结构的太阳能集热管，由金属内管、玻璃外管、密封波纹管等组成，内管外表面上设置阳光吸收涂层，阳光吸收涂层由内而外依次为金属薄膜光反射层、第1介质层、光吸收层、第2介质层。本专利技术的技术特征在于所述的2个介质层中的一个是由具有陷光功能的薄膜构成，即所述的薄膜表面的平均起伏度超过30纳米；所述的具有陷光功能的薄膜材料为氧化铝、氮化铝或氮氧化铝。所述的阳光吸收涂层按如下方法制备。首先在金属内管上溅射沉积金属薄膜光反射层，在金属薄膜光反射层上用磁控溅射方法制备铝/氧化铝混合薄膜，溅射气氛为氩气/ 氧气，控制其中的氩气与氧气之间的比例，改变薄膜中铝与氧化铝之间比例。将集热管内管放入沸水中，煮掉混合薄膜中的铝，留下氧化铝，形成第1介质层，该介质层具有起伏表面， 起伏程度与混合薄膜的原始厚度以及铝与氧化铝的比例有关。或在金属薄膜光反射层上用磁控溅射方法制备铝/氮化铝混合薄膜，溅射气氛为氩气/氮气，控制其中的氩气与氮气之间的比例，改变薄膜中铝与氮化铝之间比例。将集热管内管放入沸水中，煮掉混合薄膜中的铝，留下氮化铝，形成第1介质层，该介质层具有起伏表面，起伏程度与混合薄膜的原始厚度以及铝与氮化铝的比例有关。或在金属薄膜光反射层上用磁控溅射方法制备铝/氮氧化铝混合薄膜，溅射气氛为氩气/氧气/氮气，控制其中的氩气与氧气和氧气之间的比例，改变薄膜中铝与氮氧化铝之间比例。将集热管内管放入沸水中，煮掉混合薄膜中的铝，留下氮氧化铝，形成第1介质层，该介质层具有起伏表面，起伏程度与该介质层的原始厚度以及铝与氧化铝的比例有关。在具有起伏表面的第1介质层上依次沉积光吸收层和第2介质层层， 该两层也都具有起伏表面结构。所述的另一种阳光吸收涂层按如下方法制备。首先在金属内管上依次溅射沉积金属薄膜光反射层、第1介质层和光吸收层，在光吸收层上用磁控溅射方法制备铝/氧化铝混合薄膜，溅射气氛为氩气/氧气，控制其中的氩气与氧气之间的比例，改变薄膜中铝与氧化铝之间比例，将集热管内管放入沸水中，煮掉混合薄膜中的铝，留下氧化铝，形成第2介质层，该介质层具有起伏表面，起伏程度与混合薄膜的原始厚度以及铝与氧化铝的比例有关。 或在光吸收层上用磁控溅射方法制备铝/氮化铝混合薄膜，溅射气氛为氩气/氮气，控制其中的氩气与氮气之间的比例，改变薄膜中铝与氮化铝之间比例，将集热管内管放入沸水中，煮掉混合薄膜中的铝，留下氮化铝，形成第2介质层，该介质层具有起伏表面，起伏程度与混合薄膜的原始厚度以及铝与氮化铝的比例有关；或在光吸收层上用磁控溅射方法制备铝/氮氧化铝混合薄膜，溅射气氛为氩气/氧气/氮气，控制其中的氩气与氧气和氧气之间的比例，改变薄膜中铝与氮氧化铝之间比例，将集热管内管放入沸水中，煮掉混合薄膜中的铝，留下氮氧化铝，形成第2介质层，该介质层具有起伏表面，起伏程度与混合薄膜的原始厚度以及铝与氮氧化铝的比例有关。所述的光吸收层可以由钼、钨、铬、钒、铌、钽、钛、锆、铁、钴、镍等金属薄膜构成，所述的光吸收层也可以由上述这些金属之间的合金薄膜构成，所述的光吸收层还可以由上述这些金属与镁、铝、铜、银或金之间的合金薄膜构成。所述的光吸收层可以由钼、钨、铬、钒、铌、钽、钛、锆、铁、钴、镍、铝、镁、铜、银、金等金属与氧化铝、氮化铝、氮氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅之间的混合薄膜构成。所述的光吸收层可以由多层吸收系数不同的薄膜构成。所述的金属薄膜光反射层可以由钼、钨、铬、钒、铌、钽、钛、锆、铁、钴、镍、镁、铝、铜、银、金等金属薄膜构成。与已有技术相比，本专利技术结构简单，材料普通，工艺过程也容易控制，工艺成本不高，适合大规模生产。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。其中11-金属内管，12-金属薄膜光反射层，13-第1介质层，14-光吸收层，15-第 2介质层，16-玻璃外管。图2为本专利技术的另一种结构示意图。其中21-金属内管，22-金属薄膜光反射层，23-第1介质层，24-光吸收层，25-第 2介质层，26-玻璃外管。具体实施例方式以下结合具体实施例对本专利技术进一步进行说明。实施例1 磁控溅射制备太阳能集热管内管，该内管采用不锈钢管，长度为4. 3米，有效溅射薄膜长度为4米。真空系统中设置三个圆柱型靶，靶材分别为铝、铌和铜。先在氩气氛下溅射一层80纳米的铌作为金属薄膜光反射层。用纯铝靶在氩气和氧气气氛下反应溅射铝/ 氧化铝层，氧气比例为2%，厚度为60纳米。将集热管内管在沸水中煮5分钟，完全去除铝 /氧化铝层中的铝，形成具有起伏表面的氧化铝陷光薄膜，作为第1介质层。沉积15纳米厚的金属铌薄膜作为光吸收层，再沉积80纳米厚的氧化铝薄膜作为第2介质层，形成完整的阳光吸收涂层。该阳光吸收涂层的吸收比为0. 95，400°C时的发射比小于0. 08，100倍聚光条件下的光热转化效率超过90%。实施例2 反应磁控溅射制备太阳能集热管内管，该内管采用不锈钢管，长度为4. 3米，有效溅射薄膜长度为4米。真空系统中设置三个圆柱型靶，靶材分别为铝、钼和铜。先在氩气氛下溅射一层100纳米的钼作为金属薄膜光反射层。用纯铝靶在氩和氮气气氛下反应溅射铝 /氮化铝层，氮气比例为5 %，厚度为70纳米。将集热管内管在沸水中煮5分钟，完全去除铝/氮化铝层中的铝，形成具有起伏表面的氮化铝陷光薄膜，作为第1介质层。沉积15纳米厚的金属钼薄膜作为光吸收层，再沉80纳米厚的氧化铝薄膜作为第2介质层，形成完整的阳光吸收涂层。该阳光吸收涂层的吸收比为0. 95，400°C时的发射比小于0. 1，100倍聚光条件下的光热转化效率超过90%。实施例3 反应磁控溅射制备太阳能集热管内管，该内管采用不锈钢管，长度为4. 3米，有效溅射薄膜长度为4米。真空系统中设置三个圆柱型靶，靶材分别为铝、钼和铜。先在氩气氛下溅射一层100纳米的钼作为金属薄膜光反射层，在氩气/氧气气氛下沉积40纳米厚的氧化铝作为第1介质层，在氩气气氛下沉积15纳米厚的金属钼薄膜作为光吸收层。用纯铝靶在氩和氮气气氛下反应溅射铝/氮化铝层，氮气比例为5%，厚度为120纳米。将集热管内管在沸水中煮5分钟，完全去除铝/氮化铝层中的铝，形成具有起伏表面的氮化铝陷光薄膜，作为第2介质层，形成完整的阳光吸收涂层。该阳光吸收涂层的吸收比为0. 95，400°C时的发射比小于0. 1，100倍聚光条件下的光热转化效率超过90%。实施例4 反应磁控溅射制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．具有陷光结构的太阳能集热管，由金属内管、玻璃外管、密封波纹管等组成，内管外表面上设置阳光吸收涂层，阳光吸收涂层由内而外依次为金属薄膜光反射层、第１介质层、光吸收层、第２介质层，其特征在于：所述的２个介质层中的一个是由具有陷光功能的薄膜构成，即所述的薄膜表面的平均起伏度超过３０纳米；所述的具有陷光功能的薄膜材料为氧化铝、氮化铝或氮氧化铝。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李德杰，
申请(专利权)人：李德杰，
类型：发明
国别省市：11