[发明专利]具有陷光结构的太阳能集热管

说明书

技术领域：

本发明为中具有陷光结构的太阳能集热管，属于太阳能利用技术领域。

背景技术：

太阳能热利用领域，当前的发展重点是中高温集热，工作温度超过400℃的集热管，可用于热发电。

中高温集热管中，当工作温度达到400℃时，辐射的峰值波长为4微米左右，距离阳光中的红外线波长很近，普通的选择性涂层很难满足需要，一般情况下表现为发射比太高。实际制作的金属陶瓷为吸收层的中高温集热管中，发射比一般超过10％，即使采用高达100∶1的聚光系统，热辐射仍然太大。提高金属陶瓷吸收层中的金属比例可以降低发射比，但必然降低吸收比，往往得不偿失。

常规的金属陶瓷吸收材料性能的提高已经基本不可能，只有寻找发现新的材料或结构，才能使光热转化效率有实质性提高。

发明内容

针对太阳能高温热利用中存在的问题，本发明提出一种新型光集热管，可以达到更高的光热转化效率。

具有陷光结构的太阳能集热管，由金属内管、玻璃外管、密封波纹管等组成，内管外表面上设置阳光吸收涂层，阳光吸收涂层由内而外依次为金属薄膜光反射层、第1介质层、光吸收层、第2介质层。本发明的技术特征在于：所述的2个介质层中的一个是由具有陷光功能的薄膜构成，即所述的薄膜表面的平均起伏度超过30纳米；所述的具有陷光功能的薄膜材料为氧化铝、氮化铝或氮氧化铝。

所述的阳光吸收涂层按如下方法制备。首先在金属内管上溅射沉积金属薄膜光反射层，在金属薄膜光反射层上用磁控溅射方法制备铝/氧化铝混合薄膜，溅射气氛为氩气/氧气，控制其中的氩气与氧气之间的比例，改变薄膜中铝与氧化铝之间比例。将集热管内管放入沸水中，煮掉混合薄膜中的铝，留下氧化铝，形成第1介质层，该介质层具有起伏表面，起伏程度与混合薄膜的原始厚度以及铝与氧化铝的比例有关。或在金属薄膜光反射层上用磁控溅射方法制备铝/氮化铝混合薄膜，溅射气氛为氩气/氮气，控制其中的氩气与氮气之间的比例，改变薄膜中铝与氮化铝之间比例。将集热管内管放入沸水中，煮掉混合薄膜中的铝，留下氮化铝，形成第1介质层，该介质层具有起伏表面，起伏程度与混合薄膜的原始厚度以及铝与氮化铝的比例有关。或在金属薄膜光反射层上用磁控溅射方法制备铝/氮氧化铝混合薄膜，溅射气氛为氩气/氧气/氮气，控制其中的氩气与氧气和氧气之间的比例，改变薄膜中铝与氮氧化铝之间比例。将集热管内管放入沸水中，煮掉混合薄膜中的铝，留下氮氧化铝，形成第1介质层，该介质层具有起伏表面，起伏程度与该介质层的原始厚度以及铝与氧化铝的比例有关。在具有起伏表面的第1介质层上依次沉积光吸收层和第2介质层层，该两层也都具有起伏表面结构。

所述的另一种阳光吸收涂层按如下方法制备。首先在金属内管上依次溅射沉积金属薄膜光反射层、第1介质层和光吸收层，在光吸收层上用磁控溅射方法制备铝/氧化铝混合薄膜，溅射气氛为氩气/氧气，控制其中的氩气与氧气之间的比例，改变薄膜中铝与氧化铝之间比例，将集热管内管放入沸水中，煮掉混合薄膜中的铝，留下氧化铝，形成第2介质层，该介质层具有起伏表面，起伏程度与混合薄膜的原始厚度以及铝与氧化铝的比例有关。或在光吸收层上用磁控溅射方法制备铝/氮化铝混合薄膜，溅射气氛为氩气/氮气，控制其中的氩气与氮气之间的比例，改变薄膜中铝与氮化铝之间比例，将集热管内管放入沸水中，煮掉混合薄膜中的铝，留下氮化铝，形成第2介质层，该介质层具有起伏表面，起伏程度与混合薄膜的原始厚度以及铝与氮化铝的比例有关；或在光吸收层上用磁控溅射方法制备铝/氮氧化铝混合薄膜，溅射气氛为氩气/氧气/氮气，控制其中的氩气与氧气和氧气之间的比例，改变薄膜中铝与氮氧化铝之间比例，将集热管内管放入沸水中，煮掉混合薄膜中的铝，留下氮氧化铝，形成第2介质层，该介质层具有起伏表面，起伏程度与混合薄膜的原始厚度以及铝与氮氧化铝的比例有关。

所述的光吸收层可以由钼、钨、铬、钒、铌、钽、钛、锆、铁、钴、镍等金属薄膜构成，所述的光吸收层也可以由上述这些金属之间的合金薄膜构成，所述的光吸收层还可以由上述这些金属与镁、铝、铜、银或金之间的合金薄膜构成。

所述的光吸收层可以由钼、钨、铬、钒、铌、钽、钛、锆、铁、钴、镍、铝、镁、铜、银、金等金属与氧化铝、氮化铝、氮氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅之间的混合薄膜构成。

所述的光吸收层可以由多层吸收系数不同的薄膜构成。所述的金属薄膜光反射层可以由钼、钨、铬、钒、铌、钽、钛、锆、铁、钴、镍、镁、铝、铜、银、金等金属薄膜构成。

与已有技术相比，本发明结构简单，材料普通，工艺过程也容易控制，工艺成本不高，适合大规模生产。