CN102109236A - 铜铝复合涂层蒸汽驱动式太阳真空集热管 - Google Patents

Abstract

本发明专利提供了一种利用铜铝复合氮化膜技术促成的蒸汽驱动式太阳真空集热管，属于太阳能供暖设备类，尤其涉及到太阳能真空集热管及其制备的太阳能热水器类。它是由直径比较大的高硼硅玻璃外管内悬空套装直径比其小的高硼硅玻璃内管，一端内外管同心相互连接封闭；另一端分别封闭后，通过支架同心固定好内外管，在内外管之间形成真空腔，内管的外壁上由内向外依次涂有铝+氮+铝膜层、纯铜膜层、不锈钢膜层、铝+氮+不锈钢复合膜层、铝+氮+铜复合膜层组成的新一代选择性吸收涂层，其特征在于涂层的最外层(减反层)创新使用了铝+氮+铜复合膜层，在保持了原有减反作用的基础上，充分利用铜具有良好的导热性能，提高太阳辐照的吸收率和热传导的效率，从而大大提高了太阳能真空集热管的吸热效率。同时，由于本发明的膜层能使真空管在太阳同样辐照量的情况下，温度更高，易使储存在内管内的水在内管的内壁上形成蒸汽泡，蒸汽泡的快速上浮，有力的加快拉动水的温差循环，提高热交换速率，从而整体大幅提高太阳能真空集热管的集热效率。

Description

铜铝复合涂层蒸汽驱动式太阳真空集热管

所属技术领域

本发明专利属于太阳能供暖设备类，尤其涉及到太阳能真空集热管及其制备的太阳能热水器类。

背景技术

太阳能取之不尽，用之不完，是安全无污染的环保型清洁能源，随着人们生活水平的不断提高和对环保意识的不断增强，太阳能热利用产品必将得到普及化的高速发展。人们为了满足对热水的需求，已经制造出了各种各样的太阳能热水设备，如家用闷晒式太阳能热水器、平板式热水器和真空管式热水器，其中太阳能真空管式热水器的性能好，转换效率高，保温性强，易安装，因此得到人们的喜爱，目前已在中国得到广泛的应用。真空管式太阳能热水器的主要技术包括三大方面：真空管的集热技术、热交换技术和保温技术。而真空管式太阳能热水器最核心的技术就是真空管的集热技术、导热技术和保温技术，它是太阳能热水器产热的核心部件。目前市场上使用的真空集热管有两种：一种是普通铝氮铝选择性吸收涂层真空管，其内管的外壁由内向外依次磁控溅射的涂层为：纯铝膜层(反射层)、铝+氮+铝膜层(吸收层)、渐变铝+氮+铝膜层(减反层)；另外一种是普通的三靶管，其内管的外壁由内向外依次磁控溅射的涂层为：铝+氮+铝复合膜层(起靶)、纯铜膜层、不锈钢膜层(反射层)、铝+氮+不锈钢复合膜层(吸收层)、铝+氮+铝膜层(减反层)。目前这两种太阳能真空集热管的选择性吸收涂层的反射层全部为铝+氮+铝膜层，均片面的追求了减反作用，没有能综合平衡减反和吸收与传导的平衡关系，所以使用效果不够理想。

发明内容

为了解决太阳能真空管集热管选择性吸收涂层减反层只追求减反作用，而没有能综合平衡减反和吸收与传导的平衡关系，使用效果不够理想的问题。本发明专利创造性地将铝+氮+铜的复合氮化膜层作为选择性吸收涂层的减反层，在保持了原有渐变涂层氮化铝具备良好的减反作用的基础上，在膜层上复合进了铜分子颗粒，利用铜具备良好的导热性能，将太阳光的辐照能量快速传导给吸收层，有效提高吸收层的吸热效率，创造性的做到了吸热和减反的有机兼顾，大大提高了真空集热管的综合性能。同时使用铝+氮+铜的复合氮化膜层做选择性吸收涂层作为减反层的真空管集热效率更高，致使真空管的温升速度加快，从而让真空管内管的吸热表面快速形成高温，高温的内管壁与水接触后，易在内管的内壁上形成蒸汽泡，为水的温差循环提供了有续的动力，加速了热交换，适应了真空管低水温拉动的特性，提高了吸热的效率。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明专利的结构为高硼硅玻璃内管、高硼硅玻璃外管、不锈钢内管固定支撑架、三靶多组合复合型选择性吸收涂层、消气剂和真空腔组成。其特征为新型复合型选择性吸收涂层，其涂结构为(由内向外)：铝+氮+铝复合膜层(起靶)、纯铜膜层+不锈钢膜层(反射层)、铝+氮+不锈钢复合膜层(吸收层)、铝+氮+铜膜层(减反层)，尤其是减反层创造性的使用了铝+氮+铜复合膜层。

本发明专利的效果是：解决了片面追求减反的作用，致使太阳辐射能量的吸收和热传导作用削弱的问题。创造性的做到了吸热和减反的有机兼顾，大大提高了真空集热管的综合性能。

本发明专利在不改变现有生产设备的基础上，进行工艺调整即可达到，成本上升幅度很小，易于组织生产和大面积推广，前景十分看好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

图1是本发明专利的结构示意图。

图2是本发明专利的涂层示意图。

图3是本发明专利的蒸汽泡驱动热交换示意图。

具体的实现方法：

一、图1中：1是铜铝复合型选择性吸收涂层，2是内外管固定支撑架，3是消气剂，4是玻璃内管，5是玻璃外管，6是真空腔。

1、下料：根据所需要的规格切取相应长度的内玻璃管(4)和外玻璃管(5)。并用纯净离子水对内外管进行清洗烘干。

2、封口：分别对内管(4)和外管(5)的左端进行拉圆封口。形成真空管内外管各自封闭断，内管(4)内便于盛水，外管(5)便于形成真空腔(6)。

3、清洗：对内管(4)外管(5)使用等离子纯净水进行清洗烘干。祛除表面不洁物，增加涂层的吸附力。

4、外管(5)接排气管：在外管左端(即真空管底部)烧结排气嘴，为形成真空腔(6)抽真空做准备。

5、内管镀膜(关键工序)：利用三靶(铜、铝、不锈钢)机进行镀膜，形成铜铝复合型选择性吸收涂层(1)，实现的方式见图二的说明：

6、套管：将内管(4)的底部套上带有消气剂(3)的支撑架(2)，插入外管(5)内。形成内外套装管。

7、内外管封口：将内管(4)和外管(5)的右端进行同心封接。

8、排气：上排气台，通过外管底部的接管进行抽真空处理，在内外管之间形成真空腔(6)，达到优良的保热作用。

9、烧高频：通过高频机，击活消气剂(3)，形成左端(底部)镜面，祛除真空腔中残留的空气，增加真空度。

二、图2中：1是玻璃外管，2是玻璃内管，3是铝+氮+铝膜层，4是铜膜层，5是不钢膜层，6是铝+氮+不锈钢膜层(颜色浅)，7是铝+氮+不锈钢膜层(颜色中)，8是是铝+氮+不锈钢膜层(颜色深)，9是是铝+氮+铜膜层，实现的方法见下表：

步骤	靶材工作状态	充入氮气量	时间控制	涂层	图2中代码
						1	铝靶起靶溅射	30Sccm/min	0.5min	起靶层	(3)

2	铜靶单独溅射	0Sccm/min	6.0min	反射层	(4)
						3	不锈钢靶单独溅射	0Sccm/min	2.0min	反射层	(5)
4	不锈钢和铜靶同时溅射	40Sccm/min	4.0min	吸收层	(6)
						5	不锈钢和铜靶同时溅射	45Sccm/min	4.0min	吸收层	(7)
6	不锈钢和铜靶同时溅射	45Sccm/min	4.0min	吸收层	(8)
						7	铝和铜靶同时溅射	58Sccm/min	25.0min	减反层	(9)

三、图3中：1是向上运动热水，2是下移的温度较低的水，3是玻璃外管，4是玻璃内管，5是真空腔，6是选择性吸收涂层，7蒸汽泡。

当阳光投过外玻璃管(3)，穿过真空腔(5)，辐照到选择性吸收涂层(6)上，通过减反层的减反射和吸收传导作用，将太阳光的辐照能量传给吸收层吸收后，导入到内管(4)的内壁上，高温在内管(4)的内壁上集聚，使与内管(4)壁接触的水汽化产生蒸汽泡(7)，由于蒸汽泡的向上运动，增加了温差循环的速度，从而造成热水快速向上运动(1)，温度较低的水自然下移(2)，大大提高了热交换的效率。

本发明专利通过以上技术方案，可显著提高太阳能真空集热管的吸热效率和热交换速率，从而综合提高真空管的集热性能，开创了太阳能热利用产品的新纪元，让消费者使用起来更加方便好用，市场潜力巨大。

Claims (4)

1.一种铜铝复合涂层蒸汽驱动式太阳真空集热管，它由内管、外管、内管固定支撑架、三靶多组合复合型选择性吸收涂层、消气剂和真空腔组成，其特征是内管的外壁涂有铝靶、铜靶、不锈钢靶三种材料多组合复合溅射及部分氮化而形成的新型复合型选择性吸收涂层。

2.按权利要求1所述的铜铝复合涂层蒸汽驱动式太阳真空集热管，其特征是：内管外壁的复合型选择性吸收涂层，由内向外依次溅射有铝+氮+铝膜层、纯铜膜层、不锈钢膜层、铝+氮+不锈钢复合氮化膜层、铝+氮+铜复合氮化膜层，其中最内层的铝+氮+铝膜层为起靶层，极薄；纯铜膜层和不锈钢膜层为反射层；铝+氮+不锈钢复合氮化膜层为吸收层；铝+氮+铜复合氮化膜层为减反层，由以上膜层复合成全新的复合型选择性吸收涂层。

3.按权利要求1所述的铜铝复合涂层蒸汽驱动式太阳真空集热管，其特征是：拥有全新的复合型选择性吸收涂层，尤其是内管外壁上的选择性吸收涂层的反射层为创新的铝+氮+铜的复合镀膜层。

4.按权利要求1所述的铜铝复合涂层蒸汽驱动式太阳真空集热管，其特征是：多靶组合复合的涂层形成了高温高效复合膜系，能使在内管中等待加热的水易在高温内管的内壁上形成水蒸汽泡，快速拉动水进行温差循环。

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