CN201463375U - 一种太阳能集热管 - Google Patents

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杨连民
安利娟
徐永厚
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Abstract

一种该太阳能集热管，包括内管、设置在内管外表面上的选择性吸收涂层；其特征是：选择性吸收涂层由从内管外表面向外依次层叠的镍薄膜反射层、由金属不锈钢和碳组成的复合陶瓷薄膜吸收层、氮-铝薄膜减反层组成；复合陶瓷薄膜吸收层包括高金属含量吸收层、低金属含量吸收层；高金属含量吸收层附着在镍薄膜反射层的外侧，低金属含量吸收层附着在高金属含量吸收层的外侧；镍薄膜反射层的厚度为30～45nm；高金属含量吸收层的厚度为35nm；低金属含量吸收层的厚度为35nm；氮-铝薄膜减反层的厚度为25nm。它对可见-近红外光谱吸收率高，红外光谱发射率极低，真空烘烤热稳定性好，可用于300℃以上的高温工作温度，高温区域稳定性好，而且制造成本低。

Description

一种太阳能集热管
技术领域
本实用新型涉及太阳能集热技术领域，具体是一种太阳能全玻璃真空集热管。
背景技术
太阳能利用的重要形式是光热利用，全玻璃真空集热管是太阳能热水器和集热器的关键部件，其涂层的性能直接影响太阳能热水器和集热器的热性能。
目前太阳能光热应用范围主要为低温范围(小于100℃)，主要使用普通太阳能热水器，应用范围为家庭、宾馆洗浴以及生活用水和采暖。该种热水器对集热元件的温度要求不高，普通太阳能全玻璃真空管即可满足要求。普通太阳能全真空管广泛应用了Al-N/Al渐变膜选择性吸收涂层。这种选择性吸收涂层的优点是：Al单靶直流磁控溅射镀膜工作，设备操作简单，膜层吸收率较高，对在低温范围使用全玻璃真空管的比较适用。但缺点是：对于中温及高温使用，由于其红外发射率随温度上升明显升高，长期使用后膜层不稳定，造成集热器热损增大，热效率明显下降。
所以为适应中温和高温的应用要求，选择性吸收涂层必须能够做到高吸收率和低发射率特点。
中高温领域(100-300℃)和高温领域(300℃以上)应用发展逐步开始成为发展方向。随着使用Al-N/Al渐变膜的太阳能热水器市场逐步饱和，以及各国政府对节能环保重视程度逐步加大，太阳能热水器和集热器的应用逐步向更广阔的高端、高温领域延伸。目前中高温主要应用于海水淡化、工业以及农业应用(如大棚种植等)。在该领域内主要应用的选择性吸收涂层具有AlNx/Cu等膜层结构。但是，尽管Cu比AL稳定，但是这种涂层在高温范围内是AlNx结构的膜层因为氧化等因素造成吸收率衰变较大。
实用新型内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本实用新型的目的是提供一种太阳能集热管，它在高温区域的稳定性好，且对可见-近红外光谱吸收率高，红外光谱发射率极低、真空烘烤热稳定性好。
为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：该太阳能集热管，包括内管、设置在内管外表面上的选择性吸收涂层；所述选择性吸收涂层由从内管外表面向外依次层叠的镍薄膜反射层、复合陶瓷薄膜吸收层、氮-铝薄膜减反层组成；所述复合陶瓷薄膜吸收层包括高金属含量吸收层、低金属含量吸收层；且高金属含量吸收层附着在镍薄膜反射层的外侧，低金属含量吸收层附着在高金属含量吸收层的外侧；所述镍薄膜反射层的厚度为30～45nm；高金属含量吸收层的厚度为35nm；低金属含量吸收层的厚度为35nm；氮-铝薄膜减反层的厚度为25nm。
本实用新型的有益效果是：它具有增透、耐磨的特点，且可见-近红外光谱吸收率高，红外光谱发射率极低，真空烘烤热稳定性好，可用于300℃以上的高温工作温度，吸收率高，发射比较小.它在高温区域具有好的稳定性，且降低了红外发射率，同时生产工艺简单、成本低.
附图说明
下面结合附图和实施方式对本实用新型做进一步的描述：
图1是本实用新型的结构示意图，
图中：1内管，2镍薄膜反射层，3复合陶瓷薄膜吸收层，31高金属含量吸收层，32低金属含量吸收层，4氮-铝薄膜减反层。
具体实施方式
如图1所示，该太阳能集热管包括内管1、设置在内管外表面上的选择性吸收涂层。
选择性吸收涂层由从内管外表面向外依次层叠的镍薄膜反射层2、由金属不锈钢和碳组成的复合陶瓷薄膜吸收层3、氮-铝薄膜减反层4组成。
其中镍薄膜反射层2的厚度为30～45nm。镍薄膜反射层2因为镍分子量大，热稳定性高，所以镜面反射性好，镍薄膜还具有红外波段发射率低的特性，有效减少内管的散热；此外镍材料容易获得，较其他高分子金属成本低，从而有效降低太阳能集热管的生产成本。
复合陶瓷薄膜吸收层3包括高金属含量吸收层31、低金属含量吸收层32。高金属含量吸收层31附着在镍薄膜反射层2的外侧，低金属含量吸收层32附着在高金属含量吸收层31的外侧。高金属含量吸收层31的厚度为35nm，其中的金属不锈钢体积比为0.75，非金属碳体积比为0.25。低金属含量吸收层32的厚度为35nm，其中的金属不锈钢体积比为0.25，非金属碳体积比为0.75。采用高金属含量吸收层、低金属含量吸收层叠加，可大大提高复合陶瓷薄膜吸收层3的吸收率，将发射率降至最低。
氮-铝薄膜减反层4的厚度为25nm。
本实用新型采用逐层溅射镀膜，镀膜时采用镍靶、不锈钢、铝三靶溅射制备，镀膜环境为真空。在镀膜过程中保护气体为氩气。首先在玻璃管即内管6上镀镍薄膜反射层2，然后充入反应气体，在镍薄膜反射层2上加镀高金属含量吸收层31，随后在高金属含量吸收层31上加镀低金属含量吸收层32。溅射高金属含量吸收层、低金属含量吸收层过程中，通过调节溅射金属不锈钢的靶的电功率、电压参数来控制金属不锈钢含量即体积比。最后在低金属含量吸收层32上镀氮-铝薄膜减反层4。在氮-铝薄膜减反层4厚度达到25nm后，断开各种气源和电源，吸收涂层制备完毕。

Claims (1)

1.一种太阳能集热管，包括内管、设置在内管外表面上的选择性吸收涂层，其特征是：所述选择性吸收涂层由从内管外表面向外依次层叠的镍薄膜反射层、复合陶瓷薄膜吸收层、氮-铝薄膜减反层组成；所述复合陶瓷薄膜吸收层包括高金属含量吸收层、低金属含量吸收层；且高金属含量吸收层附着在镍薄膜反射层的外侧，低金属含量吸收层附着在高金属含量吸收层的外侧；所述镍薄膜反射层的厚度为30～45nm；高金属含量吸收层的厚度为35nm；低金属含量吸收层的厚度为35nm；氮-铝薄膜减反层的厚度为25nm。
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