CN103868259B - 选择性吸收涂层生产工艺及真空集热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能集热器技术领域，具体涉及一种选择性吸收涂层生产工艺及真空集热器。该选择性吸收涂层生产工艺包括步骤：S1.将一种或多种液态金属调制成金属流体并在调制过程中将部分所述液态金属氧化；S2.在所述金属流体中添加太阳能选择性吸收材料形成液态金属墨水；S3.将所述液态金属墨水附着在真空吸热器内管外表面形成选择性吸收涂层。本发明不但在常规条件下即可完成选择性生产涂层的制备过程，而且大大简化选择性吸收涂层的制备工艺，提高了其生产效率；同时，由于本发明对环境条件要求较低，从而大大降低了生产成本，为进一步推广和普及太阳能热的利用提供了有力的技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能集热器技术领域，具体涉及一种选择性吸收涂层生产工艺及真空集热器。
背景技术
人类对太阳能的利用至今已经形成了太阳能光热和太阳能光伏两大主流技术。太阳能光热利用的基本原理是将太阳能辐射收集起来，通过与传热介质的相互作用转换成热能，然后进行利用。在太阳能热利用中最为关键的环节是把太阳辐射能转换为热能，实现这一功能的设备称为集热器。太阳能集热器按照是否有聚光功能可分为非聚光集热器和聚光集热器两大类。非聚光集热器主要有平板式集热器和真空管式集热器。在非聚光太阳能集热器中，吸热表面的选择性吸收涂层的性能至关重要，为了提高吸热效率，需要在集热器的玻璃或者金属内管的外表面涂上一层高吸收率、低发射率的涂层。现有的太阳能真空管集热器的选择性吸收涂层的生产工艺大多使用真空蒸发、反应蒸发、磁控溅射等方法。这些方法大都要求高温、真空、磁场等环境条件，而且需要使用真空设备甚至更加复杂的磁控溅射设备；不但其复杂的生产过程提高了生产成本，而且其复杂的工艺控制步骤会带来更多的偶然因素，从而降低产品的成品率。最后，这样的涂层一旦损坏，几乎没有办法进行维修或者回收利用，不仅增加了太阳能利用的维护成本，也造成了原料的浪费。
综上所述，传统太阳能集热器的选择性吸收涂层的复杂生产工艺不利于太阳能热利用的进一步推广和普及，亟需寻求一种更加经济和易于实现的选择性吸收涂层生产工艺。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种简便易行的选择性吸收涂层生产工艺及真空集热器，用于简化选择性吸收涂层的制备流程，提高生产效率以及降低生产成本，从而进一步推广和普及太阳能热的利用。
（二）技术方案
本发明技术方案如下：
一种选择性吸收涂层生产工艺，包括步骤：
S1.将一种或多种液态金属调制成金属流体并在调制过程中将部分所述液态金属氧化；
S2.在所述金属流体中添加太阳能选择性吸收材料形成液态金属墨水；
S3.将所述液态金属墨水附着在真空吸热器内管外表面形成选择性吸收涂层。
优选的，所述步骤S1包括：
在空气中搅拌所述液态金属，形成包含0.1wt%-10wt%氧化物的金属流体。
优选的，所述液态金属包括镓、锌、锡、钠、钾、汞、镓锌合金、镓铟合金、镓锡合金、铟锡合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、镓铟锡锌铋合金、铜镓铟合金、铝镓铟合金以及钠钾合金中的一种或多种。
优选的，所述太阳能选择性吸收材料包括纳米黑镍、纳米黑铬、纳米黑钴、纳米氧化铜黑、纳米氧化铁、纳米钨以及纳米钼中的一种或多种。
优选的，所述太阳能选择性吸收材料颗粒直径为1nm-900nm；所述选择性吸收涂层厚度为1nm-900nm。
本发明还提供了一种包括上述选择性吸收涂层的真空集热器：
一种真空集热器，包括多根真空集热管；所述真空集热管包括内管以及同轴密封罩设在其外部的外管；所述内管与外管之间为真空夹层；所述内管外壁上覆有如权利要求1-5任意一项所述的选择性吸收涂层。
优选的，所述述内管与外管之间设置有弹性体，所述弹性体保证内管与外管轴线重合。
优选的，所述弹性体由弹簧钢带冲压定型制成。
优选的，所述真空夹层内装有吸气剂。
优选的，所述吸气剂为钡铝合金、钡铝镍合金、钡钛合金以及渗氮钡铝中的一种或多种。
（三）有益效果
本发明的一种选择性吸收涂层生产工艺利用液态金属调制金属流体并添加太阳能选择性吸收材料形成液态金属墨水，将液态金属墨水附着在真空吸热器内管外表面即可形成选择性吸收涂层；本发明不但在常规条件下即可完成选择性生产涂层的制备过程，而且大大简化选择性吸收涂层的制备工艺，提高了其生产效率；同时，由于本发明对环境条件要求较低，从而大大降低了生产成本，为进一步推广和普及太阳能热的利用提供了有力的技术支持。
附图说明
图1是本发明的真空集热器的结构示意图；
图2是图1中真空集热器的真空集热管的结构示意图。
其中，1：外管；2：内管；3：弹性体；4：吸气剂；5：真空夹层；6：选择性吸收涂层；7：真空集热管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
一种选择性吸收涂层生产工艺，包括步骤：
S1.由于液态金属如镓、铟、锡等的熔点都比较低，将这些低熔点金属按照一定比例配成合金后，熔点进一步降低，因此非常便于制成可直接印刷或涂覆在各种材料上的金属墨水；本发明将一种或多种液态金属调制成金属流体，并在调制过程中通过接触氧气将部分液态金属氧化；氧化的主要目的是增加液态金属的粘度同时增加其在各种基底材料上的粘附性，氧化的手段可以是在金属流体中通入氧气或者直接将金属流体暴露中空气中；本实施例中，该步骤具体为：
在空气中搅拌液态金属，形成包含0.1wt%-10wt%氧化物的金属流体；搅拌时间越长，生成的氧化物越多，从而液态金属的粘度以及在各种基底材料上的粘附性越高。
其中，液态金属包括镓、锌、锡、钠、钾、汞、镓锌合金、镓铟合金、镓锡合金、铟锡合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、镓铟锡锌铋合金、铜镓铟合金、铝镓铟合金以及钠钾合金中的一种或多种。
S2.在金属流体中添加太阳能选择性吸收材料，从而形成液态金属墨水；太阳能选择性吸收材料对太阳能有强烈吸收作用，添加太阳能选择性吸收材料会极大的增强对太阳能的转化效率；其中，太阳能选择性吸收材料包括纳米黑镍、纳米黑铬、纳米黑钴、纳米氧化铜黑、纳米氧化铁、纳米钨以及纳米钼中的一种或多种。
S3.将液态金属墨水利用简便易行的印刷或者喷涂等方式均匀的附着在真空吸热器内管外表面上，形成选择性吸收涂层；选择性吸收涂层厚度优选为1nm-900nm，这样既节省了成本又不会减弱对太阳能的转化效率，太阳能选择性吸收材料颗粒的直径同样优选为1nm-900nm，从而不影响选择性吸收涂层的厚度；印刷或喷涂液态金属墨水可借助现有的印刷或喷涂设备如打印机式印刷设备或点胶机式印刷设备，还可以借助蘸有上述液态金属墨水的油墨刷或充填有液态金属墨水的笔型装置来完成；使用油墨刷所带来的便利是可以在各种形状的透光基底背面完成选择性吸收薄膜的制作，油墨刷可用毛笔、油画笔或油漆刷；充填有液态金属墨水的笔型装置包括：钢笔式笔型装置、圆珠笔式笔型装置、中性笔式笔形装置以及喷头式笔型装置等；上述方法形成的选择性涂层可以很容易的擦除和进行二次涂覆或者印刷；因此当薄膜损坏后，可以非常方便地重新涂覆，这样使真空集热器的维护简单易行，成本低廉。
实际操作中上述选择性吸收涂层生产工艺可以为：在室温下将直径为200nm的纳米黑镍颗粒按重量比20%添加到含有0.25wt%镓氧化物的液态镓中，制成可涂覆在基底上的液态金属墨水；在内径为20mm，厚度为2mm的真空集热器内管外表面上用油画笔将液态金属墨水均匀地涂覆形成一层选择性吸收涂层，涂层厚度为200nm。
本发明的选择性吸收涂层生产工艺制备的选择性吸收涂层，可以用于太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调、太阳灶、太阳能热电站等领域，为进一步推广和普及太阳能热的利用提供了有力的技术支持。
实施例二
如图1中所示的一种真空集热器，包括并列设置的多根真空集热管7，真空集热管7主要用于将太阳能转化为热能；真空集热管7包括内管2以及同轴密封罩设在其外部的外管1；内管2与外管1之间为真空夹层5，这样类似杜瓦管的结构可以很大程度上减少已转换的热能向外辐射，从而减少能源的浪费；外管1优选采用热稳定性好、耐热冲击性好、化学稳定性佳、机械强度高、透光率高的硼硅玻璃制备，形状优选为便于加工的直管；内管2可以为玻璃管、铜管、铝管或者不锈钢管等，其形状同样优选为便于加工的直管；真空夹层5通过抽真空之后形成；内管2外壁上覆有实施例一中所述的选择性吸收涂层6，由于该选择性吸收涂层6具有高吸收率以及低发射率的优点，可以大大增强真空集热器对太阳能的转化效率。
其中，述内管2与外管1之间设置有弹性体3，弹性体3的主要作用是保证内管2与外管1轴线重合，不发生偏移；弹性体3可以是弹簧或者其他能够起到定位作用的结构体；本实施例中弹性体3优选为由两个完全相同的不锈钢弹簧钢带冲压定型制成的弹簧卡，经电阻焊形成十字交叉形状，其弹性部分延伸至内管和外管的夹层，从而起到固定作用。
其中，真空夹层5内装有吸气剂4，吸气剂主要用于保证真空夹层5的真空度；吸气剂4可以为钡铝合金、钡铝镍合金、钡钛合金以及渗氮钡铝中的一种或多种；吸气剂受热蒸散后，飞溅出来的原子与管内空间的气体分子碰撞，发生化学反应产生的化合物沉积在外管内表面上形成吸气膜。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。
Claims (4)
1.一种选择性吸收涂层生产工艺，其特征在于，包括步骤：
S1.将一种或多种液态金属调制成金属流体，并在调制过程中向该金属流体中通入氧气将部分所述液态金属氧化，使该金属流体包含0.1wt％-10wt％的氧化物；
S2.在所述金属流体中添加太阳能选择性吸收材料形成液态金属墨水；其中，将直径为200nm的纳米黑镍颗粒按重量比20％添加到含有0.25wt％镓氧化物的液态镓中，制成可涂覆在基底上的液态金属墨水；
S3.将所述液态金属墨水附着在真空吸热器内管外表面形成选择性吸收涂层。
2.一种真空集热器，包括多根真空集热管；其特征在于，所述真空集热管包括内管以及同轴密封罩设在其外部的外管；所述内管与外管之间为真空夹层；所述内管外壁上覆有如权利要求1所述选择性吸收涂层生产工艺制成的选择性吸收涂层；其中，
所述内管与所述外管之间设置有弹性体，所述弹性体保证内管与外管轴线重合；所述弹性体由完全相同的不锈钢弹簧钢带冲压定型制成的弹簧卡，经电阻焊形成十字交叉形状，其弹性部分延伸至内管和外管的夹层，从而起到固定作用。
3.根据权利要求2所述的真空集热器，其特征在于，所述真空夹层内装有吸气剂。
4.根据权利要求3所述的真空集热器，其特征在于，所述吸气剂为钡铝合金、钡铝镍合金、钡钛合金以及渗氮钡铝中的一种或多种。
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