[發(fā)明專利]具有散射表面的太陽能集熱管

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110442666.9
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102434990A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李德杰
• 申請（專利權(quán)）人: 李德杰
• 主分類號: F24J2/48
• 分類號: F24J2/48;C23C14/35;C23C14/16;C23C14/08
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為具有散射表面的太陽能集熱管，屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

太陽能熱利用領(lǐng)域，當(dāng)前的發(fā)展重點是中高溫集熱，工作溫度超過400℃的集熱管，可用于熱發(fā)電。

中高溫集熱管中，一般采用高倍聚光技術(shù)，聚光比可以高達(dá)80。光熱轉(zhuǎn)化效率是關(guān)鍵指標(biāo)，往往一個百分點的提高都是盡力追求的。雖然采用聚光結(jié)構(gòu)，但由于制備精度和玻璃形變等問題存在，不可能達(dá)到理想聚焦的程度，焦點處的光斑基本上與集熱管直徑可以相比。這就使得入射光線與集熱管表面夾角分布在0度到90度的整個范圍內(nèi)。大角度入射時，反射率接近100%。簡單的計算表明，集熱表面的吸收比不到光完全垂直入射時的90%。除此之外，上下午日光偏斜時，入射光與集熱管表面的夾角變得更大，吸收率進(jìn)一步降低。當(dāng)垂直入射時的吸收比達(dá)到0.95時，平均吸收比只有0.8左右。

當(dāng)前，光線垂直入射時的吸收比已經(jīng)難以進(jìn)一步提高，改善光線非垂直入射時的吸收比，必將成為提高光熱轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵步驟。

從熱輻射理論可知，黑體或灰體的吸收比，與光線的入射角度無關(guān)。自然界并不存在理想的黑體或灰體，但是尺寸與光波長可以相比的粗糙表面可以近似視為灰體，制造接近理想灰體的粗糙吸收表面是解決問題的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

針對太陽能高溫?zé)崂弥写嬖诘膯栴}，本發(fā)明提出一種新型太陽能集熱管，大幅度增大對非垂直入射光的吸收率，達(dá)到更高的光熱轉(zhuǎn)化效率。

具有散射表面的太陽能集熱管，由金屬內(nèi)管、玻璃外管、密封波紋管等組成，內(nèi)管外表面上設(shè)置太陽能吸收涂層，該太陽能吸收涂層由內(nèi)而外依次為金屬薄膜光反射層、光吸收層、介質(zhì)減反射層。本發(fā)明的技術(shù)特征在于，所述的金屬內(nèi)管的外表面與金屬薄膜光反射層之間設(shè)置一層具有粗糙起伏結(jié)構(gòu)的氧化鋁或氮氧化鋁膜，其上的各層，包括金屬薄膜光反射層、光吸收層和介質(zhì)減反射層也都呈現(xiàn)粗糙起伏結(jié)構(gòu)。

所述的具有粗糙起伏結(jié)構(gòu)的氧化鋁、氮化鋁或氮氧化鋁薄膜采用如下方法制備：在金屬內(nèi)管的外表面首先沉積一層鋁與氮化鋁的混合薄膜，或者鋁與氧化鋁的混合薄膜，或者鋁與氮氧化鋁的混合薄膜，然后在去離子水中煮沸，將其中的單質(zhì)鋁成分去除，得到具有粗糙起伏結(jié)構(gòu)的氧化鋁或氮氧化鋁薄膜；所述混合薄膜中的單質(zhì)鋁成分，部分被氧化，部分以氫氧化鋁形式溶于水中。

需要說明的是，所述表面的起伏程度太小，則吸收比改善不大，如果起伏太大，則發(fā)射比將增大。為了不使發(fā)射比增大，起伏的橫向和深度尺寸都不能大于輻射中心波長的1/4。當(dāng)集熱管工作在400℃時，其輻射中心波長大約為4mm，起伏程度應(yīng)控制在0.3-1.0mm之間。如果采用噴砂等機械方法處理金屬內(nèi)管表面，得到的粗糙起伏結(jié)構(gòu)橫向和深度尺寸過大，必將導(dǎo)致發(fā)射比大幅度提高，造成得不償失的效果。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，性能突出，材料普通，工藝成本不高，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中11—金屬內(nèi)管，12—具有粗糙起伏結(jié)構(gòu)的氧化鋁或氮氧化鋁薄膜，?13—金屬薄膜光反射層，14—光吸收層，15—介質(zhì)減反射層，16—玻璃外管。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行說明。

實施例1：集熱管內(nèi)管采用不銹鋼管，沉積一層300納米厚的氧化鋁-鋁混合薄膜，在去離子水中煮成具有粗糙起伏結(jié)構(gòu)的氧化鋁薄膜，用磁控濺射方法依次沉積120納米厚的金屬鉬反射層、光吸收層和80納米厚的氧化鋁減反射層。光吸收層由2層薄膜構(gòu)成，分別是40納米厚的鉬含量50%的氧化鋁/鉬薄膜和60納米厚的鉬含量15%的氧化鋁/鉬薄膜。該太陽能吸收涂層的吸收比為0.95，400℃時的發(fā)射比小于0.13，80倍聚光條件下的光熱轉(zhuǎn)化效率超過85%。

實施例2：集熱管內(nèi)管采用不銹鋼管，沉積一層300納米厚的氮氧化鋁-鋁混合薄膜，在去離子水中煮成具有粗糙起伏結(jié)構(gòu)的氮氧化鋁薄膜，用磁控濺射方法依次沉積100納米厚的金屬鉬反射層、光吸收層和80納米厚的氧化鋁減反射介質(zhì)層。光吸收層由4層薄膜構(gòu)成，分別為40納米厚的氧化鋁薄膜、10納米厚的鉬薄膜、40納米厚的氧化鋁薄膜和6納米厚的鉬薄膜。該太陽能吸收涂層的吸收比為0.95，400℃時的發(fā)射比小于0.13，80倍聚光條件下的光熱轉(zhuǎn)化效率超過85%。

實施例3：集熱管內(nèi)管采用不銹鋼管，沉積一層300納米厚的氮化鋁-鋁混合薄膜，在去離子水中煮成具有粗糙起伏結(jié)構(gòu)的氮氧化鋁薄膜，用磁控濺射方法依次沉積100納米厚的金屬銅反射層、光吸收層、80納米厚的氧化鋁作為減反射介質(zhì)層。光吸收層由2層薄膜構(gòu)成，分別為40納米厚的鉬體積比為40%的鉬/氧化鋁薄膜和40納米厚的鉬體積比為25%的鉬/氧化鋁薄膜。該太陽能吸收涂層的吸收比為0.95，400℃時的發(fā)射比小于0.13，80倍聚光條件下的光熱轉(zhuǎn)化效率超過85%。