CN101514853B - 选择性吸收辐射涂层、吸收管及其制造方法 - Google Patents

选择性吸收辐射涂层、吸收管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种选择性吸收辐射涂层，其用于抛物面集热器的吸收管。该吸收涂层包括至少两层阻挡层，布置在阻挡层上的在红外线区反射的层，布置在反射层上的至少一层吸收层和布置在吸收层上的抗反射层。本发明涉及一种吸收管，其包括钢管和涂覆在其外部上的吸收涂层。此外本发明还涉及一种制造这种吸收管的方法，根据该方法，第一氧化物阻挡层通过热氧化方式涂覆在不锈钢管上，第二阻挡层通过带有氧气供应的硅的物理气相沉积法形成，在红线外区反射的层通过金、银、铂或铜的物理气相沉积法形成，吸收层通过铝和钼的同时物理气相沉积法形成，抗反射层则通过带有氧气供应的硅的物理气相沉积法形成。

Description

选择性吸收辐射涂层、吸收管及其制造方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分的一种选择性吸收辐射涂层，本发明还涉及具有这种选择性吸收辐射涂层的吸收管，本发明也涉及该吸收管的制造方法和涉及使用这种吸收管的抛物面集热器的操作方法。
背景技术
通常的吸收涂层包括：在红外线区反射并涂覆到基底上(尤其是金属管)的层；在太阳光谱区域具有高吸收性能的金属陶瓷层；和涂覆在金属陶瓷层上的顶层，该顶层被称为抗反射层，由于金属陶瓷层的高折射率该顶层旨在减少金属陶瓷层上的表面反射。
吸收涂层的基本目标就是获得最大的能量产量。由于除了其它因素之外，能量产量取决于吸收系数α和发射系数ε，因此目标就是吸收涂层总是具有大的吸收率(α＞95％)和小的发射率(ε＜10％)。
除此之外，集热器的效率取决于运行时的温度。从这个观点看，期望温度的最大化。然而，由于老化和/或扩散过程，吸收涂层的层系统寿命却随着操作温度的升高而降低，其结果是，例如，金属陶瓷层的吸收性能和在红外线区反射的层的反射性能都会显著降低。
因此DE 101 50 738 C1描述了一种选择性吸收辐射涂层，据说该涂层中没有展示任何有关颜色变化，因此不会有任何老化问题。这是依靠在涂覆由铝和氧化铝组成的第三层期间建立的特定氧气体积流量获得。在该层上涂覆有最终的Al2O3层。
US 5,523,132公开了一种设置多个金属陶瓷层的吸收涂层，这些金属陶瓷层金属含量不同，因此折射率也不同。借助于在不同波长处产生的多个吸收最大值，应该能获得与太阳光谱的更好匹配。在金属陶瓷层与在红外线区反射的层之间或者在金属陶瓷层与抗反射层之间可以设置抗扩散层，但是没有对材料和层厚度作出说明。
DE 102004 010 689 B3公开了一种包括选择性吸收辐射涂层的吸收体，该吸收体包括金属基底、扩散阻挡层、金属反射层、金属陶瓷层和抗反射层。扩散阻挡层是一种氧化层，其由金属底层的被氧化成分构成。
Michael Lanxner和Zvi Elgat在SPIE第1272卷“Optical Materials Technologyfor Energy Efficiency and Solar Energy Conversion IX”(关于能源效率和太阳能转化的光学材料技术IX)(1990)，第240-249页，以“Solar selective absorber coatingfor high service temperature，produced by plasma sputtering(由等离子溅射产生的高服务温度的光选择性吸收涂层)”为标题的文章中描述了一种吸收涂层，这种涂层涂覆在钢基底上，它包括SiO2抗反射层、由Mo/Al2O3成分构成的金属陶瓷层和在红外线区反射的钼层，以及布置在在红外线区反射的层与基底之间的Al2O3扩散阻挡层。
在红外线区反射的层中，典型地使用钼。然而钼层的反射性能却并不是最优的，因此希望使用具有更好反射特性的材料。
已知的几种吸收管在低压下的操作温度为300-400℃。出于上述的原因，希望能进一步提高工作温度，但不会损害，例如，金属陶瓷层的吸收性能和在红外线区反射的层的反射性能。
C.E.Kennedy在2002年7月版的“Technical Report of the National RenewableEnergy Laboratory”(国家可再生能源实验室的技术报告)的“Review of Mid-toHigh-Tremperature Solar Selective Absorber Materials(对从中间温度到高温的太阳光谱选择性吸收材料的总结)”中概述了这样的尝试。该文章公开了一种层结构，该层结构由ZrOxNy或ZrCxNy吸收层和在红外线区反射的Ag或Al层组成，借助于引入Al2O3扩散阻挡层，提高了其在空气中的热稳定性。此外，还发现通过在红外线反射层下面引入扩散阻挡层可以改善低压下的红外线反射层的热稳定性。对于这层阻挡层，建议使用Cr2O3、Al2O3或SiO2作为层材料。这样的目的是希望在高达500℃的温度时能实现银反射层的稳定性。
然而，这篇报告并没有终止朝同时具有改善吸收和发射性能的更耐用的层的方向的发展。
发明内容
在这种背景中，本发明的一个目标是提供一种吸收涂层、带有这种涂层的吸收管和使用这种吸收管的抛物面集热器，该集热器能够更经济、可行地使用更长的时间。
这个目标依靠布置在至少两层阻挡层上的在红外线区反射的层来实现，该至少两层阻挡层的第二阻挡层由SiOx化合物构成。
意外地发现，通过两层阻挡层将在红外线区反射的层与基底隔离开，能够更有效阻止基底材料(特别是铁)的扩散(尤其是热扩散)从钢吸收管进入在红外线区反射的层中，由此提高了涂层的长期热稳定性。
特别是当至少两层阻挡层中的第一阻挡层由通过热处理方法获得的氧化物构成和该至少两层阻挡层中的第二阻挡层由化SiOx合物构成时，阻挡会非常成功，其中，x可以采用1到2的值。更优选地，x＝2，但也可以是1和2之间的值。
优选地，在在红外线区反射的层和吸收层之间布置有第三层阻挡层。该第三层阻挡层有利地由金属陶瓷构成，优选地由AlxOy化合物构成，其中x可以采用1到2的值，y可以采用1到3的值。可选择地，第三层阻挡层优选由SiOx层构成，其中x可以采用1到2的值，优选地取值2，但也可以是1和2之间的值。
在红外线区反射的层植在两层硅层之间或一层硅层与一层氧化铝层之间以及夹层的有关形成具有这样的优点：任何材料都不可能从在红外线区反射的层扩散进入其上面的吸收层，并且不可能通过这种方式来削弱吸收层的吸收性能。因此可以确保充分抑制层系统内的扩散，尤其是进出在红外线区反射的层的扩散和进入金属陶瓷吸收层的扩散。
这样，经过600小时的期间后，有可能第一次在低压和工作温度550℃条件下检测到α＞95.5％的高吸收率和ε＜8.5％的低发射率。这使得具有设置有该涂层的吸收管的集热器的效率在两方面得到了改进：改进的选择比α/ε＞0.95/0.1意味着产生更高的辐射能量，并且工作温度的提升使更有效地转化成电能成为可能，假定仅仅是这种涂层的长寿命保证了包括以这种方式涂敷的吸收管的相应抛物面集热器运行的经济性。
由于吸收涂层的高热稳定性，允许使用便宜的载热介质。直到现在，一直使用昂贵的特种油作为载热流体，其热稳定性仅大概到400℃。吸收涂层的这种高热稳定性现在可以允许将吸收管的工作温度从400℃提升到550℃。
有益地使用沸点小于110℃的载热介质，特别是水，成为可能。在如此高的工作温度下，形成了蒸汽，该蒸汽可以直接被导入蒸汽轮机中。
不再需要用于将热量从目前为止使用的油传递到水的附加热交换器，因此从这个角度看，包含带有创新性吸收涂层的吸收管的抛物面集热器的操作比现行的产品更加经济可行。
另一个优点是可以降低通过吸收管的载热流体的流速，因为可以允许更高的工作温度，而不会对吸收管涂层产生不利。这样，可以节省用于运行抛物面集热器的泵耗费的能量。
优选地，硅和氧化铝层的厚度在5nm到100nm之间。在厚度小于5nm时，根据毗邻层的成分，硅或氧化铝层的阻挡作用不能令人满意。在厚度大于100nm时，出现热应力，该热应力在某些环境下可能导致层分离。硅和铝氧化层的厚度优选在15nm到70nm之间，更优选在20nm至40nm之间。
两层氧化硅层和氧化铝层的厚度可以不同，下层氧化硅层厚度优选地大于上层氧化层的厚度。优选地，设置在底层和在红外线区反射的层之间的氧化硅层的层厚为5nm到100nm，优选地为15nm到70nm，并且设置在在红外线区反射的层和吸收层之间的氧化铝或氧化硅层的层厚为0到50nm，并且根据层的组成，优选地为30nm到40nm或者5nm到15nm。
在红外区线反射的层植在两层氧化层之间还具有这样的优点：在此层中可以应用如银、铜、铂或金这些材料，这些材料更易于扩散但性能远优于金属钼，它们在红外线区的反射性能更好，例如能够实现ε＜10％的发射率。
在红外线区反射的层的厚度依赖层的材料，优选为50nm至250nm。在这个厚度范围内，当特别使用铜或银时，优选100nm至150nm的层厚。当使用银时，优选80nm至150nm的层厚范围。在其它情况下，有用的层厚也是50至100nm，特别是50至80nm。
对于在红外线区反射的层，这些低层厚度是可能的，因为金、银、铂和铜这些材料具有很高的反射率，并且由于被包在两层氧化层之间而不能向其它层扩散或不会由于其它破坏性离子扩散进入而削弱了良好的性能。
由于与在红外线区反射的层的已知厚度相比具有明显低的层厚，因此可以弥补(某些情况下甚至可以过度弥补)贵金属如金、银、铂的较高成本。
作为基底和红外线反射涂层之间的第二阻挡层的SiOx的使用比使用AlxOy更有优势，因为与大约60nm相比仅需要大约30nm的厚度。这样就缩短了处理时间并且增大了产量。
吸收层的厚度优选是60至180nm，更优选为80nm到150nm。吸收层优选为含钼的氧化铝或含钼的氧化锆金属陶瓷层。取代同质吸收层，还可以设置不同成分的多个吸收层，特别是减少金属含量的吸收层，或是渐变的吸收层。金属陶瓷层优选为梯度层，可以理解为意味着层中的金属含量连续升高或降低的层，但是在实际应用中也可以是阶梯式的。
吸收层上的抗反射层的层厚度优选为60nm至120nm。此层优选由氧化硅或者氧化铝构成。
根据本发明的制造吸收管的方法的特征在于如下的步骤：
-通过热氧化方式在钢管上涂覆第一氧化物阻挡层，
-通过带有氧气供应的硅的物理气相沉积法(PVD)涂覆第二阻挡层，
-通过例如金、银、铂或铜的材料(优选为金、银、铂或铜)的物理气相沉积法涂覆在红外线区反射的层，
-通过铝和钼的同时物理气相沉积法涂覆吸收层，和
-通过带有氧气供应的硅的物理气相沉积法涂覆抗反射层。
钢管在热氧化以前优选进行抛光，优选抛光达到Ra＜0.2μm的表面粗糙度。
本发明的吸收管，特别用于抛物面集热器，包括外部涂覆有选择性吸收辐射涂层的钢管，所述涂层包括在红外线区反射的至少一层层、布置在反射层上的至少一层吸收层、和布置在吸收层之上的抗反射层，其特征在于在钢管和反射层之间布置有至少两层阻挡层，所述至少两层阻挡层中涂覆到钢管上的第一层阻挡层由通过热处理方法获得的氧化物构成，所述至少两层阻挡层的涂覆到第一阻挡层上的第二阻挡层由SiOx化合物构成，其中x可以采用1到2的值。
特别是用于抛物面集热器的吸收管具有外部涂覆选择性吸收辐射涂层的钢管，所述涂层至少包括在红外线区反射的层，包括特别为金属陶瓷材料的吸收层，并包括涂覆到金属陶瓷层上的抗反射层，其特别的特征在于：在红外线区反射的层布置在两层SiOx层之间或一层SiOx层与一层AlyOz层之间，其中的x可以优选设定为2的值，y可以优选的设定为1到2的值，并且z可以设定为1到3的值。
根据本发明的带有吸收管的抛物面集热器的操作方法，载热介质通过所述吸收管，该操作方法的特征在于使用带有选择性吸收辐射涂层的吸收管，所述涂层包括在红外线区反射的至少一层层、布置在反射层上的至少一层吸收层、和布置在吸收层上的抗反射层、在所述吸收管和所述反射层之间布置有至少两层阻挡层，所述至少两层阻挡层的面对吸收管的第一阻挡层由通过热处理方法获得的氧化物构成，所述至少两层阻挡层的涂覆到第一阻挡层上的第二阻挡层由SiOx化合物构成，其中x可以设定为1到2的值。
带有吸收管的抛物面集热器的操作方法，载热介质通过所述吸收管，该操作方法的特别特征在于使用带有选择性吸收辐射涂层的吸收管，所述涂层包括在红外线区反射的至少一层层，特别是由金属陶瓷材料构成的吸收层和抗反射层，所述在红外线区反射的层布置在两层SiOx层之间或是一层SiOx层与一层AlyOz层之间，其中的x可以优选设定为2的值，y可以优选设定为1到2的值，z可以优选设定为1到3的值。
使用的载热流体可以特别是水，或者油或者液体盐。
在其它实施例中，抛物面集热器的操作方法设想将吸收管的操作温度调整到400℃到550℃，特别是480℃到520℃。
附图说明
参见后面的附图对发明的具体实施例做详细的说明。
附图示出：
图1是抛物面集热器
图2是根据本发明一个实施例的吸收管的截面图
具体实施方式
图1示出抛物面集热器10，其包括具有抛物面轮廓的细长抛物面反射体11。抛物面反射体11由支撑结构12支撑。吸收管13沿着抛物面反射体11的焦线延伸，吸收管13固定在连接抛物面集热器的支座14上。抛物面反射体11与支座14和吸收管13形成一个单元，该单元围绕吸收管13的轴线旋转，从而在一根轴线上追踪太阳S的位置。来自太阳S的平行入射太阳辐射通过抛物面反射器11聚焦在吸收管13上。载热介质，特别是水，流过吸收管13并被吸收的太阳辐射加热。在吸收管的出口端，载热介质被取出并被传送给能量消耗者或转换器。
图2示出了吸收管13的横截面示意图。吸收管13具有钢管1，载热介质2流动通过该钢管1，并且该钢管形成吸收涂层20的基底，该吸收涂层涂覆到管1的外侧上。为了简化说明，吸收涂层20的各层的层厚被放大并等厚度地示出。
吸收涂层20由里向外具有铬铁氧化物的第一阻挡层或扩散阻挡层24a，该第一阻挡层通过热氧化的方式涂覆在钢管1上。在该第一阻挡层的上面，在优选为SiO2的SiOx的第二阻挡层24b和优选为氧化硅或氧化铝的第三阻挡层24c之间，植有在红外线区反射的层21，该层21由金、银、铂或铜构成。金属陶瓷层22涂覆到第三阻挡层24c上，并且该层系统的外侧由抗反射层23结束。
根据如图2所示的实施例的吸收管通过下述方法涂覆而成。
钢管1，优选为不锈钢管，先被抛光再进行清洗。抛光优选获得Ra＜0.2μm的表面粗糙度。然后，在大于400℃的温度下对不锈钢管进行约半小时至2小时的热氧化，特别是在500℃下需大约1小时。由此形成厚度在15nm至50nm的氧化物层，优选为30nm±10nm，作为第一阻挡层24a。
随后，钢管被引入真空涂层系统中且该系统被抽真空。在小于5×10-4mbar，优选为1×10-4mbar的压力下，通过物理气相沉积法(PVD)(特别是通过阴极雾化法(喷溅涂覆法))形成后续的层。为此，钢管旋转经过喷溅源，也就是经过由涂层物质(例如Al、Ag和Mo)构成的靶子。
在第一沉积阶段，通过蒸发或雾化硅并供应氧气使之反应沉积的方法涂覆具有SiOx层形式的第二阻挡层24b。在这个过程中，氧气的压力保持在10-2mbar和10-3mbar之间，优选为4至9×10-3mbar。该第二阻挡层的优选层厚为10nm至70nm，更优选为30nm±10nm。
在接下来的第二沉积阶段，通过在第二阻挡层24b上沉积金、银、铂或铜(优选为银)涂覆在红外线区反射的层21，该层21的厚度为60nm至150nm，更优选为110nm±10nm。
在第三沉积阶段，通过如第二阻挡层一样蒸发硅或铝并供应氧气使之反应沉积的方法涂覆具有另一种SiOx或AlxOy层形式的第三阻挡层24c。该第三阻挡层的优选层厚不大于50nm，更优选为10nm±5nm。然而，也可以完全取消该阻挡层，因为我们发现，只要具有适当成分的吸收层22涂覆到反射层21上，那么就没有必要通过额外的阻挡层来抑制扩散。
在第四沉积阶段，通过来自同一坩埚或两个分离靶子的铝和钼的共同蒸发/共同雾化方式涂覆吸收层，更特别的在这个实施例中是涂覆金属陶瓷层22。在这个阶段里，优选地将氧气同时引入蒸发/雾化区域，以便除了铝或钼之外也沉积(反应性地沉积)氧化铝。
在第四沉积阶段，通过适当选择操作参数(蒸发/雾化率和氧气量)可以在形成层的过程中有差别地调节混合物甚至改变该混合物。特别是在使用分离靶子的情况下，在吸收层22中，钼成分的沉积相对于铝和/或氧化铝成分的沉积可以配置成可变的。换句话说，吸收层22中的钼成分呈梯度配置，在此情况下在涂覆吸收层22时优选降低钼成分。在内部，降低钼成分优选为体积的25％至体积的70％，更优选为体积的30％至体积的70％，最优选为体积的40±15％，在外部方向上降低至体积的10％至体积的30％，更优选为体积的20±10％。
氧气优选地以低于沉积的铝成分的当量添加，从而使得吸收层22中保留有未氧化的铝成分。然后这可以用作氧化还原电势或氧吸收剂，从而使氧化钼无法形成。在吸收层22中，按照吸收层的总组成计算，未被氧化的铝成分优选在体积上低于10％，更优选在体积上介于0至5％之间。吸收层内未被氧化的铝成分同样地可通过改变蒸发率和氧气量等操作参数而改变。
总体而言，吸收层22的涂覆厚度优选为60nm至180nm，更优选为80nm至150nm，最优选为120±30nm。
在第五沉积阶段，通过带有氧气供应的硅的物理气相沉积法沉积SiO2的方式涂覆具有SiO2形式的抗反射层23。因而，该抗反射层23的优选厚度为70nm至110nm，更优选为90±10nm。
通过这种方式制成的吸收管在真空加热装置内在550℃的温度下被加热600h。加热期间，真空腔内的压力小于1×10-4mbar。600h之后，停止加热。等样品被冷却至100℃以下后，通风真空腔并移走样品。随后对样品进行光谱测定分析，以确保对太阳直射光谱AM1.5和波长范围350-2500nm的太阳光的整体吸收达到95.5％±0.5％。温度为400℃的基底的热发射确定为7.5％±2％。
附图标记列表
1钢管
2载热流体
10抛物面集热器
11抛物面反射器
12支撑结构
13吸收管
14支座
20选择性吸收辐射涂层
21在红外线区反射的层
22吸收层
23抗反射层
24a第一阻挡层
24b第二阻挡层
24c第三阻挡层

Claims (19)

1.一种用于抛物面集热器(10)的吸收管(13)的选择性吸收辐射涂层(20)，该涂层包括：
在红外线区反射的反射层(21)；
布置在反射层(21)上的至少一层吸收层(22)；和
布置在吸收层(22)上的抗反射层(23)，所述反射层(21)布置在至少两层阻挡层(24a，24b)上，所述的至少两层阻挡层中的第二阻挡层(24b)由SiOx化合物构成，
在反射层(21)和吸收层(22)之间布置有第三阻挡层(24c)。
2.如权利要求1所述的选择性吸收辐射涂层(20)，其特征在于：所述的至少两层阻挡层中的第一阻挡层(24a)由通过热处理方法获得的氧化物构成，所述的至少两层阻挡层中的第二阻挡层(24b)由SiOx化合物构成，其中，x的值采用1至2。
3.如权利要求1所述的选择性吸收辐射涂层(20)，其特征在于：第三阻挡层(24c)由AlxOy化合物构成，其中，x的值采用1至2，y的值采用1至3。
4.如权利要求1所述的选择性吸收辐射涂层(20)，其特征在于：第三阻挡层(24c)由SiOx化合物构成，其中，x的值采用1至2。
5.如权利要求1-4中任一项所述的选择性吸收辐射涂层(20)，其特征在于：吸收层(22)由金属陶瓷材料构成。
6.如权利要求1-4中任一项所述的选择性吸收辐射涂层(20)，其特征在于：在红外线区反射的反射层(21)包括金、银、铂或铜，或由金、银、铂或铜构成。
7.如权利要求1-4中任一项所述的选择性吸收辐射涂层(20)，其特征在于：第一阻挡层(24a)包括氧化铁。
8.如权利要求1-4中任一项所述的选择性吸收辐射涂层(20)，其特征在于：第一阻挡层(24a)包括氧化铬。
9.一种用于抛物面集热器的吸收管(13)，该吸收管包括在其外部上涂覆有选择性吸收辐射涂层(20)的钢管(1)，该涂层包括：
在红外线区反射的至少一层反射层(21)；
布置在反射层(21)上的至少一层吸收层(22)；和
布置在吸收层(22)上的抗反射层(23)，在所述钢管(1)和所述反射层(21)之间布置有至少两层阻挡层，该至少两层阻挡层的第一阻挡层(24a)涂覆在钢管(1)上，该第一阻挡层(24a)由通过热处理方法获得的氧化物构成，该至少两层阻挡层的第二阻挡层(24b)涂覆在第一阻挡层(24a)上，该第二阻挡层(24b)由SiOx化合物构成，其中x的值采用1至2，
在反射层(21)和吸收层(22)之间布置有第三阻挡层(24c)。
10.如权利要求9所述的吸收管(13)，其特征在于：第三阻挡层(24c)由AlxOy化合物构成，其中，x的值采用1至2，y的值采用1至3。
11.如权利要求9所述的吸收管(13)，其特征在于：第三阻挡层(24c)由SiOx化合物构成，其中，x的值采用1至2。
12.一种吸收管(13)的制造方法，包括如下步骤：
通过热氧化方式在钢管上涂覆第一氧化物阻挡层(24a)；
通过带有氧气供应的硅的物理气相沉积(PVD)法涂覆第二阻挡层(24b)；
通过金、银、铂或铜的物理气相沉积法涂覆在红外线区反射的反射层(21)；
通过铝和钼的同时物理气相沉积法涂覆吸收层(22)；
通过带有氧气供应的硅的物理气相沉积法涂覆抗反射层(23)；和
在涂覆在红外线区反射的反射层(21)之后，通过带有氧气供应的铝或硅的物理气相沉积法涂覆第三阻挡层(24c)。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：钢管在热氧化前被抛光，并通过所述抛光获得Ra＜0.2μm的表面粗糙度。
14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于：在低于5×10-4mbar的环境压力下实施物理气相沉积。
15.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于：在物理气相沉积过程中，钢管旋转经过包括每种情况下要涂覆的物质的靶子。
16.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于：吸收层(22)中的铝成分的沉积带有氧气供应。
17.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于：在吸收层(22)中，钼成分的沉积相对于铝成分和／或氧化铝成分的沉积配置成可变化的。
18.一种带有吸收管(13)的抛物面集热器的操作方法，载热介质(2)从该吸收管(13)中通过，其特征在于：使用带有选择性吸收辐射涂层(20)的吸收管(13)，所述涂层(20)包括：
在红外线区反射的至少一层反射层(21)；
布置在反射层(21)上的至少一层吸收层(22)；和
布置在吸收层(22)上的抗反射层(23)，在所述吸收管(13)和所述反射层(21)之间布置有至少两层阻挡层，所述至少两层阻挡层的面对吸收管(13)的第一阻挡层(24a)由通过热处理方法获得的氧化物构成，所述至少两层阻挡层的涂覆在第一阻挡层(24a)上的第二阻挡层(24b)由SiOx化合物构成，其中x采用1至2的值，在反射层(21)和吸收层(22)之间布置有第三阻挡层(24c)。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：吸收管(13)的操作温度调整至400℃至550℃。
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8378280B2 (en) 2007-06-06 2013-02-19 Areva Solar, Inc. Integrated solar energy receiver-storage unit
KR20100032408A (ko) 2007-06-06 2010-03-25 오스라, 인크. 조합 사이클 파워 플랜트
US9022020B2 (en) 2007-08-27 2015-05-05 Areva Solar, Inc. Linear Fresnel solar arrays and drives therefor
US20090056703A1 (en) 2007-08-27 2009-03-05 Ausra, Inc. Linear fresnel solar arrays and components therefor
DE102008010199A1 (de) 2008-02-20 2009-08-27 Schott Ag Strahlungsselektive Absorberbeschichtung, Absorberrohr und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102009022059A1 (de) 2009-05-20 2010-11-25 Schott Solar Ag Strahlungsselektive Absorberbeschichtung und Absorberrohr mit strahlungsselektiver Absorberbeschichtung
CN101660117B (zh) * 2009-09-22 2011-04-13 皇明太阳能股份有限公司 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
DE102009048672A1 (de) 2009-09-30 2011-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Zentralrohr für ein linear konzentrierendes solarthermisches Kraftwerk mit Absorberschicht sowie Verfahren zum Aufbringen dieser Absorberschicht
DE102009049471B3 (de) 2009-10-15 2011-04-07 Schott Solar Ag Strahlungsselektive Absorberbeschichtung und Absorberrohr mit strahlungsselektiver Absorberbeschichtung
CN101694328B (zh) * 2009-10-28 2012-12-12 董晏伯 一种多靶太阳能吸收膜层及其生产方法
US8783246B2 (en) * 2009-12-14 2014-07-22 Aerojet Rocketdyne Of De, Inc. Solar receiver and solar power system having coated conduit
CN101876490B (zh) * 2009-12-25 2012-10-10 四川中科百博太阳能科技有限公司 一种太阳能中高温选择性吸热涂层
US20110185728A1 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 General Electric Company High efficiency solar thermal receiver
JP2015111011A (ja) * 2012-03-23 2015-06-18 旭硝子株式会社 光選択吸収膜、集熱管、および太陽熱発電装置
US9746206B2 (en) 2012-05-01 2017-08-29 Dexerials Corporation Heat-absorbing material and process for producing same
JP2015166637A (ja) * 2012-07-03 2015-09-24 旭硝子株式会社 光選択吸収膜、集熱管および太陽熱発電装置
ITMI20121572A1 (it) * 2012-09-21 2014-03-22 Eni Spa Procedimento per la produzione di un rivestimento otticamente selettivo di un substrato per dispositivi ricevitori solari ad alta temperatura e relativo materiale ottenuto
JP5896889B2 (ja) 2012-12-07 2016-03-30 株式会社豊田自動織機 光学選択膜
EP2801767A1 (en) 2013-05-06 2014-11-12 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Method for manufacturing a solar absorber body, a solar absorber body and a concentrating solar power system comprising said solar absorber body.
CN103267379B (zh) * 2013-05-27 2015-01-14 欧阳俊 一种全氮化物耐候性光热涂层及其制备方法
DE102013214863A1 (de) 2013-07-30 2015-02-05 Schott Ag Rohrförmiger Körper aus austenitischem Stahl
CN103954059B (zh) * 2014-06-11 2016-05-25 江苏奥蓝工程玻璃有限公司 一种太阳能选择吸收复合涂层及其制备方法
WO2015190536A1 (ja) * 2014-06-12 2015-12-17 コニカミノルタ株式会社 光学反射フィルムおよび光学反射体
DE102015200881A1 (de) 2015-01-21 2016-07-21 Schott Ag Rohrförmiger Körper aus austenitischem Stahl sowie Solarreceiver
US20180105459A1 (en) * 2015-04-20 2018-04-19 Agency For Science, Technology And Research A multilayer coating
GB2540384B (en) * 2015-07-15 2020-04-29 Energy Transitions Ltd Transpired solar collector
CN105549133B (zh) * 2015-12-09 2017-12-15 同济大学 一种基于双曲特异材料微腔的近红外全向吸收器
ES2877451T3 (es) * 2016-01-29 2021-11-16 Toyota Jidoshokki Kk Tubo colector de calor solar y procedimiento de producción del mismo
US11009264B2 (en) * 2016-01-29 2021-05-18 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Solar heat collector tube
JP6549491B2 (ja) * 2016-01-29 2019-07-24 株式会社豊田自動織機 太陽熱集熱管
CN106799872A (zh) * 2016-12-27 2017-06-06 兰州空间技术物理研究所 一种发射率可控的热控薄膜
CN106756851A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 兰州空间技术物理研究所 一种发射率可控热控材料及其制备方法
JP6995025B2 (ja) * 2018-08-09 2022-02-04 株式会社豊田自動織機 太陽熱集熱管

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4511439A (en) * 1982-03-20 1985-04-16 Ruhrchemie Aktiengesellschaft Solar-selective layers and method for producing same
CN1512119A (zh) * 2002-12-30 2004-07-14 北京欧科能太阳能技术有限公司 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN1670446A (zh) * 2004-02-27 2005-09-21 肖特股份有限公司 含选择性辐射吸收涂层的吸收体及其制备方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2811393A1 (de) 1978-03-16 1979-09-27 Reynolds Metals Co Duenne molybdaenueberzuege auf aluminium zur sonnenenergieabsorption
JPS58200959A (ja) * 1982-05-18 1983-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 太陽熱集熱板
US4559926A (en) * 1984-10-03 1985-12-24 Butler Barry L Centerless-drive solar collector system
IN185567B (zh) 1991-07-19 2001-03-03 Univ Sydney
FR2734811B1 (fr) * 1995-06-01 1997-07-04 Saint Gobain Vitrage Substrats transparents revetus d'un empilement de couches minces a proprietes de reflexion dans l'infrarouge et/ou dans le domaine du rayonnement solaire
FR2755962B1 (fr) * 1996-11-21 1998-12-24 Saint Gobain Vitrage Vitrage comprenant un substrat muni d'un empilement de couches minces pour la protection solaire et/ou l'isolation thermique
FR2757151B1 (fr) * 1996-12-12 1999-01-08 Saint Gobain Vitrage Vitrage comprenant un substrat muni d'un empilement de couches minces pour la protection solaire et/ou l'isolation thermique
EP0918044A1 (en) * 1997-11-19 1999-05-26 Glaverbel Solar control glazing
US6632542B1 (en) * 2000-05-11 2003-10-14 Sandia Corporation Solar selective absorption coatings
DE10150738C1 (de) 2001-10-13 2003-05-22 Schott Glas Verfahren zur Herstellung eines Glasrohres mit strahlungsabsorbierender alterungsbeständiger Beschichtung sowie desssen Verwendung
JP4027212B2 (ja) * 2002-11-26 2007-12-26 日本板硝子株式会社 太陽熱温水器
AU2003903853A0 (en) 2003-07-25 2003-08-07 Antoine Bittar Barriers, materials and processes for solar selective surfaces
DE102004060982B3 (de) 2004-12-17 2006-11-23 Alanod Aluminium-Veredlung Gmbh & Co. Kg Beschichtung für einen Solarabsorber
US20060141265A1 (en) * 2004-12-28 2006-06-29 Russo David A Solar control coated glass composition with reduced haze
AU2006248999B2 (en) * 2005-05-11 2012-08-23 Agc Glass Europe Sun blocking stack
JP5405106B2 (ja) * 2005-05-12 2014-02-05 エージーシー フラット グラス ノース アメリカ，インコーポレイテッド 低太陽熱利得係数、優れた化学及び機械的特性を有する低放射率コーティング及びその製造方法
DE102005057277B4 (de) * 2005-11-25 2010-08-12 Schott Ag Absorberrohr
DE202006009369U1 (de) 2006-06-13 2007-10-18 Alanod Aluminium-Veredlung Gmbh & Co. Kg Witterungsbeständiges Verbundmaterial
DE102006037872A1 (de) * 2006-08-11 2008-02-14 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Absorber, Vorrichtung zur Herstellung eines Absorbers und Verfahren zur Herstellung eines Absorbers
DE102006056536B9 (de) * 2006-11-27 2008-06-05 Schott Ag Strahlungsselektive Absorberbeschichtung, Absorberrohr und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102008010199A1 (de) 2008-02-20 2009-08-27 Schott Ag Strahlungsselektive Absorberbeschichtung, Absorberrohr und Verfahren zu dessen Herstellung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4511439A (en) * 1982-03-20 1985-04-16 Ruhrchemie Aktiengesellschaft Solar-selective layers and method for producing same
CN1512119A (zh) * 2002-12-30 2004-07-14 北京欧科能太阳能技术有限公司 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN1670446A (zh) * 2004-02-27 2005-09-21 肖特股份有限公司 含选择性辐射吸收涂层的吸收体及其制备方法

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Publication number Publication date
IL197081A0 (en) 2009-12-24
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