CN103557612A - 高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构 - Google Patents

高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构 Download PDF

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Abstract

本发明所公开的是一种高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构，包括不锈钢管和高温太阳能选择性吸收膜系，以其还包括氢渗透阻挡层，且所述氢渗透阻挡层处在不锈钢管的表面，而高温太阳能选择性吸收膜系处在氢渗透阻挡层的表面为主要特征，具有结构合理，制备工艺易控好做，能阻挡氢扩散渗透，太阳能集热管的集热效率长期稳定和正常使用寿命长等特点。

Description

高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构
技术领域
本发明涉及一种高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构，属于太阳能热利用装备技术，具体涉及一种主要适用于槽式太阳能热发电抗氢渗透的集热管内管制备技术。
背景技术
不锈钢管尤其是奥氏体不锈钢管，由于其具有极好的抗氧化性能，而被作为太阳能集热管内管的首选材料。
而存在于所述不锈钢管内富含氢（含原子和分子）的集热介质（例如导热油）中的氢，在常温及高温条件下的扩散渗透是非常显著的，特别是太阳能热发电的集热管更为明显。
众所周知，太阳能集热管的不锈钢内管与玻璃管外罩之间的夹层内，除了真空度达到3×10-2~5×10-3Pa以上外，还加了一定质量的吸气剂，来确保在其长期的高温（≥400℃）运行中，保持良好的足够的真空度，以有效提高集热管的集热效率。
实践试验表明，要使所述夹层间的真空度保持25~30年，并非是件易事。尤其是存在于集热介质中的氢原子和氢分子的不间断的扩散渗透，且迁延至所述夹层内，这就造成了所述夹层内真空度的不间断下降。以致严重影响了所述集热管的集热效率。
然而，无奈地更换集热管所造成的更新改造资金的消耗是很可观的，而且对于太阳能热发电装备来说，这种更换改造集热管的工程不但浩大而且也烦难。
矛盾总是对立统一的。要想长期保持所述夹层的真空度在理想的范围内，其方式之一是阻挡存在于导热介质中的氢原子或氢分子的渗透扩散。然而这种方式，至今未有报道。
发明内容
本发明旨在提供一种高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构，解决已有技术所存在的问题，以谋求长期保持所述太阳能集热管真空夹层内的真空度，为提高太阳能热发电的热效率提供有效的技术支持。
本发明实现其目的的技术构想，是在不锈钢（奥氏体）内管表面，与已有的高温太阳能选择性吸收膜系之间，加上一层氢渗透阻挡层，令存在于导热介质（导热油）中的氢原子或氢分子，约束在所述不锈钢内管内，使之不会渗透扩散到所述真空夹层中，从而实现本发明的目的。
本发明实现其目的的技术方案是：
一种高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构，包括不锈钢管和高温太阳能选择性吸收膜系，而其还包括氢渗透阻挡层，且所述氢渗透阻挡层处在不锈钢管的表面，而高温太阳能选择性吸收膜系处在氢渗透阻挡层的表面。
由以上所给出的本发明主旨技术方案可以明了，由于氢阻挡层的存在，阻挡了导热介质中氢的扩散渗透，这样就保证了所述集热管真空夹层的真空度（除了漏气），实现了本发明的目的。
而所述氢阻挡层要满足耐高温和阻挡氢迁延能力强的技术要求。通过长期反复的实验研究，本发明还主张，所述氢渗透阻挡层是碳化硅氢渗透阻挡层，或者是碳化钛氢渗透阻挡层，或者是钛化铝氢渗透阻挡层；其厚度在1.0~2.0μm范围内。其中本发明优选的是碳化硅氢渗透阻挡层。
而所述高温太阳能选择性吸收膜系，实用工艺要求其在较高温度（≥400℃）的工作条件下，具有良好的稳定性，吸收率高和发射率低等技术性能，同时具有较高的性价比，据此，本发明通过反复对比试验后主张，所述高温太阳能选择性吸收膜系由内至外依次是扩散阻挡层，红外反射层，选择性吸收层，减反射层。但并不局限于此。
而所述的扩散阻挡层，是AI2O3层，或者是SiO2层，或者是AIN层；所述红外反射层是AI层，或者是Mo层，或者是Ag层,或者是Au层；所述选择性吸收层，是SS-AIN层，或者是Ti-AI2O3层，或者是Mo-AI2O3层，或者是W- AI2O3层；所述减反射层是AI2O3层，或者是SiO2层。或者是Si3N4层，但并不局限于此。而其中SS为不锈钢。
上述技术方案得以实施后，本发明所具有的结构合理，制备工艺易控好做，阻挡氢扩散渗透，集热管集热效率长时期稳定和正常使用寿命长等特点，是显而易见的。
附图说明
图1是本发明一种具体实施方式的镀层结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过具体实施方式的描述，对本发明作进一步说明。但并不局限于此
实施例之一，如附图1所示。
一种高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构，包括奥氏体不锈钢管1和高温太阳能选择性吸收膜系2，还包括氢渗透阻挡层3，且所述氢渗透阻挡层3处在不锈钢管1的表面，而高温太阳能选择性吸收膜系2处在氢渗透阻挡层3的表面。
所述氢渗透阻挡层3是碳化硅氢渗透阻挡层，其厚度在1.0~2.0μm范围内。
所述高温太阳能选择性吸收膜系2由内至外依次是扩散阻挡层2-1，红外反射层2-2，选择性吸收层2-3，减反射层2-4。
而所述扩散阻挡层2-1是AI2O3层，红外反射层2-2是AI层，选择性吸收层2-3是SS-AIN层，减反层2-4是AI2O3层，但并不局限于此。
实施例之二，如附图1所示。
一种高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构，包括奥氏体不锈钢管1和高温太阳能选择性吸收膜系2，还包括氢渗透阻挡层3，且所述氢渗透阻挡层3处在不锈钢管1的表面，而高温太阳能选择性吸收膜系2处在氢渗透阻挡层3的表面。
所述氢渗透阻挡层3是碳化钛氢渗透阻挡层，其厚度在1.0~2.0μm范围内。
所述高温太阳能选择性吸收膜系2由内至外依次是扩散阻挡层2-1，红外反射层2-2，选择性吸收层2-3，减反射层2-4。
而所述扩散阻挡层2-1是SiO2层，红外反射层2-2是Mo层，选择性吸收层2-3是Ti-AI2O3层，减反射层2-4是Si3N4层，但并不局限于此。
实施例之三，如附图1所示。
一种高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构，包括不锈钢管1和高温太阳能选择性吸收膜系2，还包括氢渗透阻挡层3，且所述氢渗透阻挡层3处在不锈钢管1的表面，而高温太阳能选择性吸收膜系2处在氢渗透阻挡层3的表面。
所述氢渗透阻挡层3是钛化铝氢渗透阻挡层，其厚度在1.0~2.0μm范围内。
所述高温太阳能选择性吸收膜系2由内至外依次是扩散阻挡层2-1，红外反射层2-2，选择性吸收层2-3，减反射层2-4。
而所述扩散阻挡层2-1是AIN层，红外反射层2-2是Ag层，选择性吸收层2-3是Mo-AI2O3层，减反射层2-4是SiO2层，但并不局限于此。
本发明制备过程的简要描述是：以实施例之一为例，建议采用离子束辅助镀膜技术和双室镀膜机，将SiC沉积在不锈钢321H内管表面之后，再采用中频磁控溅射技术，在SiC镀层表面依次镀布扩散阻挡层2-1，红外反射层2-2，选择性吸收层2-3和减反射层2-4。所述选择性吸收膜系2各镀层的层厚控制在80~120nm范围内。但不局限于此，可以根据实际应用要求对其厚度作适当调整。
如以上所描述实施例的本发明的测试结果是：吸收率≥95.5％，发射率≤12％（400℃时）。取得了令人满意的技术经济效果。

Claims (4)

1.一种高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构，包括不锈钢管（1）和高温太阳能选择性吸收膜系（2），其特征在于，还包括氢渗透阻挡层（3），且所述氢渗透阻挡层（3）处在不锈钢管（1）的表面，而高温太阳能选择性吸收膜系（2）处在氢渗透阻挡层（3）的表面。
2.根据权利要求1所述的高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构，其特征在于，所述氢渗透阻挡层（3）是碳化硅氢渗透阻挡层，或者是碳化钛氢渗透阻挡层，或者是钛化铝氢渗透阻挡层，其厚度在1.0~2.0μm范围内。
3.根据权利要求1或2所述的高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构，其特征在于，所述高温太阳能选择性吸收膜系（2）由内至外依次是扩散阻挡层（2-1），红外反射层（2-2），选择性吸收层（2-3），减反射层（2-4）。
4.根据权利要求3所述的高温抗氢渗透太阳能集热管内管表面的镀层结构，其特征在于，所述扩散阻挡层（2-1），是AI2O3层，或者是SiO2层，或者是AIN层；所述红外反射层（2-2）是AI层，或者是Mo层，或者是Ag层,或者是Au层；所述选择性吸收层（2-3），是SS-AIN层，或者是Ti-AI2O3层，或者是Mo-AI2O3层，或者是W- AI2O3层；所述减反射层（2-4）是AI2O3层，或者是SiO2层，或者是Si3N4。
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