選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝及真空集熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及太陽能集熱器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝及真空集熱器。該選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝包括步驟：S1.將一種或多種液態(tài)金屬調(diào)制成金屬流體并在調(diào)制過程中將部分所述液態(tài)金屬氧化；S2.在所述金屬流體中添加太陽能選擇性吸收材料形成液態(tài)金屬墨水；S3.將所述液態(tài)金屬墨水附著在真空吸熱器內(nèi)管外表面形成選擇性吸收涂層。本發(fā)明不但在常規(guī)條件下即可完成選擇性生產(chǎn)涂層的制備過程，而且大大簡化選擇性吸收涂層的制備工藝，提高了其生產(chǎn)效率；同時，由于本發(fā)明對環(huán)境條件要求較低，從而大大降低了生產(chǎn)成本，為進(jìn)一步推廣和普及太陽能熱的利用提供了有力的技術(shù)支持。
【專利說明】選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝及真空集熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能集熱器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝及真空集熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]人類對太陽能的利用至今已經(jīng)形成了太陽能光熱和太陽能光伏兩大主流技術(shù)。太陽能光熱利用的基本原理是將太陽能輻射收集起來，通過與傳熱介質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能，然后進(jìn)行利用。在太陽能熱利用中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是把太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，實(shí)現(xiàn)這一功能的設(shè)備稱為集熱器。太陽能集熱器按照是否有聚光功能可分為非聚光集熱器和聚光集熱器兩大類。非聚光集熱器主要有平板式集熱器和真空管式集熱器。在非聚光太陽能集熱器中，吸熱表面的選擇性吸收涂層的性能至關(guān)重要，為了提高吸熱效率，需要在集熱器的玻璃或者金屬內(nèi)管的外表面涂上一層高吸收率、低發(fā)射率的涂層?，F(xiàn)有的太陽能真空管集熱器的選擇性吸收涂層的生產(chǎn)工藝大多使用真空蒸發(fā)、反應(yīng)蒸發(fā)、磁控濺射等方法。這些方法大都要求高溫、真空、磁場等環(huán)境條件，而且需要使用真空設(shè)備甚至更加復(fù)雜的磁控濺射設(shè)備；不但其復(fù)雜的生產(chǎn)過程提高了生產(chǎn)成本，而且其復(fù)雜的工藝控制步驟會帶來更多的偶然因素，從而降低產(chǎn)品的成品率。最后，這樣的涂層一旦損壞，幾乎沒有辦法進(jìn)行維修或者回收利用，不僅增加了太陽能利用的維護(hù)成本，也造成了原料的浪費(fèi)。
[0003]綜上所述，傳統(tǒng)太陽能集熱器的選擇性吸收涂層的復(fù)雜生產(chǎn)工藝不利于太陽能熱利用的進(jìn)一步推廣和普及，亟需尋求一種更加經(jīng)濟(jì)和易于實(shí)現(xiàn)的選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種簡便易行的選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝及真空集熱器，用于簡化選擇性吸收涂層的制備流程，提高生產(chǎn)效率以及降低生產(chǎn)成本，從而進(jìn)一步推廣和普及太陽能熱的利用。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0008]一種選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝，包括步驟:
[0009]S1.將一種或多種液態(tài)金屬調(diào)制成金屬流體并在調(diào)制過程中將部分所述液態(tài)金屬氧化；
[0010]S2.在所述金屬流體中添加太陽能選擇性吸收材料形成液態(tài)金屬墨水；
[0011]S3.將所述液態(tài)金屬墨水附著在真空吸熱器內(nèi)管外表面形成選擇性吸收涂層。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟SI包括:
[0013]在空氣中攪拌所述液態(tài)金屬，形成包含0.lwt%-10wt%氧化物的金屬流體。
[0014]優(yōu)選的，所述液態(tài)金屬包括鎵、鋅、錫、鈉、鉀、汞、鎵鋅合金、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金、銅鎵銦合金、鋁鎵銦合金以及鈉鉀合金中的一種或多種。
[0015]優(yōu)選的，所述太陽能選擇性吸收材料包括納米黑鎳、納米黑鉻、納米黑鈷、納米氧化銅黑、納米氧化鐵、納米鎢以及納米鑰中的一種或多種。
[0016]優(yōu)選的，所述太陽能選擇性吸收材料顆粒直徑為lnm-900nm ;所述選擇性吸收涂層厚度為lnm-900nm。
[0017]本發(fā)明還提供了一種包括上述選擇性吸收涂層的真空集熱器:
[0018]一種真空集熱器，包括多根真空集熱管；所述真空集熱管包括內(nèi)管以及同軸密封罩設(shè)在其外部的外管；所述內(nèi)管與外管之間為真空夾層；所述內(nèi)管外壁上覆有如權(quán)利要求
1-5任意一項(xiàng)所述的選擇性吸收涂層。
[0019]優(yōu)選的，所述述內(nèi)管與外管之間設(shè)置有彈性體，所述彈性體保證內(nèi)管與外管軸線重合。
[0020]優(yōu)選的，所述彈性體由彈簧鋼帶沖壓定型制成。
[0021 ] 優(yōu)選的，所述真空夾層內(nèi)裝有吸氣劑。
[0022]優(yōu)選的，所述吸氣劑為鋇鋁合金、鋇鋁鎳合金、鋇鈦合金以及滲氮鋇鋁中的一種或多種。
[0023](三)有益效果
[0024]本發(fā)明的一種選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝?yán)靡簯B(tài)金屬調(diào)制金屬流體并添加太陽能選擇性吸收材料形成液態(tài)金屬墨水，將液態(tài)金屬墨水附著在真空吸熱器內(nèi)管外表面即可形成選擇性吸收涂層；本發(fā)明不但在常規(guī)條件下即可完成選擇性生產(chǎn)涂層的制備過程，而且大大簡化選擇性吸收涂層的制備工藝，提高了其生產(chǎn)效率；同時，由于本發(fā)明對環(huán)境條件要求較低，從而大大降低了生產(chǎn)成本，為進(jìn)一步推廣和普及太陽能熱的利用提供了有力的技術(shù)支持。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的真空集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是圖1中真空集熱器的真空集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]其中，1:外管；2:內(nèi)管；3:彈性體；4:吸氣劑；5:真空夾層；6:選擇性吸收涂層；7:真空集熱管。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0029]實(shí)施例一
[0030]一種選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝，包括步驟:
[0031]S1.由于液態(tài)金屬如鎵、銦、錫等的熔點(diǎn)都比較低，將這些低熔點(diǎn)金屬按照一定比例配成合金后，熔點(diǎn)進(jìn)一步降低，因此非常便于制成可直接印刷或涂覆在各種材料上的金屬墨水；本發(fā)明將一種或多種液態(tài)金屬調(diào)制成金屬流體，并在調(diào)制過程中通過接觸氧氣將部分液態(tài)金屬氧化；氧化的主要目的是增加液態(tài)金屬的粘度同時增加其在各種基底材料上的粘附性，氧化的手段可以是在金屬流體中通入氧氣或者直接將金屬流體暴露中空氣中；本實(shí)施例中，該步驟具體為:
[0032]在空氣中攪拌液態(tài)金屬，形成包含0.lwt%-10wt%氧化物的金屬流體；攪拌時間越長，生成的氧化物越多，從而液態(tài)金屬的粘度以及在各種基底材料上的粘附性越高。
[0033]其中，液態(tài)金屬包括鎵、鋅、錫、鈉、鉀、汞、鎵鋅合金、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金、銅鎵銦合金、鋁鎵銦合金以及鈉鉀合金中的一種或多種。
[0034]S2.在金屬流體中添加太陽能選擇性吸收材料，從而形成液態(tài)金屬墨水；太陽能選擇性吸收材料對太陽能有強(qiáng)烈吸收作用，添加太陽能選擇性吸收材料會極大的增強(qiáng)對太陽能的轉(zhuǎn)化效率；其中，太陽能選擇性吸收材料包括納米黑鎳、納米黑鉻、納米黑鈷、納米氧化銅黑、納米氧化鐵、納米鎢以及納米鑰中的一種或多種。
[0035]S3.將液態(tài)金屬墨水利用簡便易行的印刷或者噴涂等方式均勻的附著在真空吸熱器內(nèi)管外表面上，形成選擇性吸收涂層；選擇性吸收涂層厚度優(yōu)選為lnm-900nm，這樣既節(jié)省了成本又不會減弱對太陽能的轉(zhuǎn)化效率，太陽能選擇性吸收材料顆粒的直徑同樣優(yōu)選為lnm-900nm,從而不影響選擇性吸收涂層的厚度；印刷或噴涂液態(tài)金屬墨水可借助現(xiàn)有的印刷或噴涂設(shè)備如打印機(jī)式印刷設(shè)備或點(diǎn)膠機(jī)式印刷設(shè)備，還可以借助蘸有上述液態(tài)金屬墨水的油墨刷或充填有液態(tài)金屬墨水的筆型裝置來完成；使用油墨刷所帶來的便利是可以在各種形狀的透光基底背面完成選擇性吸收薄膜的制作，油墨刷可用毛筆、油畫筆或油漆刷；充填有液態(tài)金屬墨水的筆型裝置包括:鋼筆式筆型裝置、圓珠筆式筆型裝置、中性筆式筆形裝置以及噴頭式筆型裝置等；上述方法形成的選擇性涂層可以很容易的擦除和進(jìn)行二次涂覆或者印刷；因此當(dāng)薄膜損壞后，可以非常方便地重新涂覆，這樣使真空集熱器的維護(hù)簡單易行，成本低廉。
[0036]實(shí)際操作中上述選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝可以為:在室溫下將直徑為200nm的納米黑鎳顆粒按重量比20%添加到含有0.25wt%鎵氧化物的液態(tài)鎵中，制成可涂覆在基底上的液態(tài)金屬墨水；在內(nèi)徑為20mm，厚度為2mm的真空集熱器內(nèi)管外表面上用油畫筆將液態(tài)金屬墨水均勻地涂覆形成一層選擇性吸收涂層，涂層厚度為200nm。
[0037]本發(fā)明的選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝制備的選擇性吸收涂層，可以用于太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能蒸餾器、太陽房、太陽能溫室、太陽能空調(diào)、太陽灶、太陽能熱電站等領(lǐng)域，為進(jìn)一步推廣和普及太陽能熱的利用提供了有力的技術(shù)支持。
[0038]實(shí)施例二
[0039]如圖1中所示的一種真空集熱器，包括并列設(shè)置的多根真空集熱管7，真空集熱管7主要用于將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能；真空集熱管7包括內(nèi)管2以及同軸密封罩設(shè)在其外部的外管I ;內(nèi)管2與外管I之間為真空夾層5，這樣類似杜瓦管的結(jié)構(gòu)可以很大程度上減少已轉(zhuǎn)換的熱能向外輻射，從而減少能源的浪費(fèi)；外管I優(yōu)選采用熱穩(wěn)定性好、耐熱沖擊性好、化學(xué)穩(wěn)定性佳、機(jī)械強(qiáng)度高、透光率高的硼硅玻璃制備，形狀優(yōu)選為便于加工的直管；內(nèi)管2可以為玻璃管、銅管、鋁管或者不銹鋼管等，其形狀同樣優(yōu)選為便于加工的直管；真空夾層5通過抽真空之后形成；內(nèi)管2外壁上覆有實(shí)施例一中所述的選擇性吸收涂層6，由于該選擇性吸收涂層6具有高吸收率以及低發(fā)射率的優(yōu)點(diǎn)，可以大大增強(qiáng)真空集熱器對太陽能的轉(zhuǎn)化效率。[0040]其中，述內(nèi)管2與外管I之間設(shè)置有彈性體3，彈性體3的主要作用是保證內(nèi)管2與外管I軸線重合，不發(fā)生偏移；彈性體3可以是彈簧或者其他能夠起到定位作用的結(jié)構(gòu)體；本實(shí)施例中彈性體3優(yōu)選為由兩個完全相同的不銹鋼彈簧鋼帶沖壓定型制成的彈簧卡，經(jīng)電阻焊形成十字交叉形狀，其彈性部分延伸至內(nèi)管和外管的夾層，從而起到固定作用。
[0041]其中，真空夾層5內(nèi)裝有吸氣劑4，吸氣劑主要用于保證真空夾層5的真空度；吸氣劑4可以為鋇鋁合金、鋇鋁鎳合金、鋇鈦合金以及滲氮鋇鋁中的一種或多種；吸氣劑受熱蒸散后，飛濺出來的原子與管內(nèi)空間的氣體分子碰撞，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的化合物沉積在外管內(nèi)表面上形成吸氣膜。
[0042]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝，其特征在于，包括步驟: 51.將一種或多種液態(tài)金屬調(diào)制成金屬流體并在調(diào)制過程中將部分所述液態(tài)金屬氧化； 52.在所述金屬流體中添加太陽能選擇性吸收材料形成液態(tài)金屬墨水； 53.將所述液態(tài)金屬墨水附著在真空吸熱器內(nèi)管外表面形成選擇性吸收涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述步驟SI包括: 在空氣中攪拌所述液態(tài)金屬，形成包含0.lwt%-10wt%氧化物的金屬流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述液態(tài)金屬包括鎵、鋅、錫、鈉、鉀、汞、鎵鋅合金、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金、銅鎵銦合金、鋁鎵銦合金以及鈉鉀合金中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述太陽能選擇性吸收材料包括納米黑鎳、納米黑鉻、納米黑鈷、納米氧化銅黑、納米氧化鐵、納米鶴以及納米鑰中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的選擇性吸收涂層生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述太陽能選擇性吸收材料顆粒直徑為lnm-900nm ;所述選擇性吸收涂層厚度為lnm_900nm。
6.一種真空集熱器，包括多根真空集熱管；其特征在于，所述真空集熱管包括內(nèi)管以及同軸密封罩設(shè)在其外部的外管；所述內(nèi)管與外管之間為真空夾層；所述內(nèi)管外壁上覆有如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的選擇性吸收涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的真空集熱器，其特征在于，所述內(nèi)管與外管之間設(shè)置有彈性體，所述彈性體保證內(nèi)管與外管軸線重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的真空集熱器，其特征在于，所述彈性體由彈簧鋼帶沖壓定型制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任意一項(xiàng)所述的真空集熱器，其特征在于，所述真空夾層內(nèi)裝有吸氣劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的真空集熱器，其特征在于，所述吸氣劑為鋇鋁合金、鋇鋁鎳合金、鋇鈦合金以及滲氮鋇鋁中的一種或多種。
【文檔編號】F24J2/24GK103868259SQ201210537168
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月12日
【發(fā)明者】劉靜, 熊銘烽, 李海燕 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所