直通式太陽能金屬集熱管的製作方法

2023-12-12 07:10:47

專利名稱：直通式太陽能金屬集熱管的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於太陽能光熱利用技術領域，具體涉及一種直通式太陽能金屬集熱管，特別是一種適用於菲涅爾太陽能熱發電系統中使用的中高溫太陽能金屬集熱管。
背景技術：
隨著國民經濟的迅速增長，對能源的需求日益旺盛，能源短缺以及化石能源所產生的環境汙染問題日益尖銳。可再生能源資源潛力大，可持續利用，在滿足能源需求、改善能源結構、減少環境汙染、促進經濟發展等方面發揮了重要作用，已引起了國際社會的廣泛關注。可再生能源，主要是指太陽能、風能、生物質能和潮汐能等。從資源量、分布範圍、清潔性、技術可靠性等方面分析，太陽能都比其它可再生能源更具優越性。太陽能發電技術是能源技術發展的熱點，也是國際可再生能源技術發展的重點。太陽能具有資源充足、長壽、分布廣泛、安全、清潔以及技術可靠的優點。由於太陽能可以轉換成多種其他形式的能量，因此應用範圍非常廣泛。其中太陽能發電在我國具有很大的發展潛力。我國太陽能資源豐富，全國總面積2/3以上地區年日照時數大於2000小時，與美國相近，比歐洲、日本優越得多。我國太陽能資源的理論儲量達每年17000億噸標準煤，約等於數萬個三峽工程發電量的總和。其中菲涅爾太陽能熱發電技術以其結構簡單、成本低等優勢，具有良好的商業化前景。菲涅爾太陽能熱發電系統是利用具有跟蹤太陽運動裝置的主反射鏡列將太陽光反射聚集到二次曲面的二級反射鏡和集熱管上，集熱管將太陽光的輻射能轉化為熱能，並加熱集熱管內高溫高壓的水，產生蒸汽推動汽輪機發電機組發電。而直通式太陽能金屬集熱管是菲涅爾太陽能熱發電系統的核心部件。目前，太陽能熱發電用集熱管一般採用玻璃-金屬真空太陽能集熱管，而菲涅爾太陽能熱發電系統直接採用金屬集熱管，該金屬集熱管存在著在中高溫200 500°C下的材料腐蝕問題、吸熱塗層的耐高溫以及抗氧化問題。
發明內容為了克服上述現有技術存在的不足，本實用新型的目的在於提供一種直通式太陽能金屬集熱管，克服了存在著在中高溫200 500°C下的材料腐蝕問題、吸熱塗層的耐高溫以及抗氧化問題，實現了抗腐蝕、耐高溫、高壓、成本較低、製備工藝簡單以及實用性強的直通式太陽能金屬集熱管。為了達到上述目的，本實用新型所採用的技術方案是—種直通式太陽能金屬集熱管，包括金屬基管1，所述的金屬基管1的外表面自內而外依次覆蓋為抗腐蝕塗層2和吸收塗層3，其中抗腐蝕塗層2為高磷化學鍍鎳塗層，該高磷化學鍍鎳塗層的厚度為10-20 μ m，而吸收塗層3自內而外依次為金屬紅外反射子塗層 31、金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層32以及減反射子塗層33，金屬紅外反射子塗層31的金屬材料採用Nb、Cu、Al、Ti、Mg、Rh、Ag或Au，該金屬紅外反射子塗層31的厚度為0. 2-0. 5 μ m， 金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層32的材料採用NbN、Nb、TiN, Ti、TiAl、TiAIN、TiAlON、TiAlO、0203、0、!1 )2、!^、2州或& ，該金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層32的厚度為0. 3-0. 5 μ m，減反射子塗層33的材料採用Ti02、Ta2O5, Nb2O5, A1203、SiO2或Si3N4，該減反射子塗層33的厚度為 0. 2-0. 5 μ m。所述的金屬基管1的材料為碳鋼。所述的抗腐蝕塗層2採用化學鍍鎳方法製備。所述的金屬紅外反射子塗層31採用真空磁控濺射鍍膜工藝製備。所述的金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層32採用真空磁控濺射鍍膜工藝製備。所述的減反射子塗層33採用真空磁控濺射鍍膜工藝製備，該減反射子塗層33的結構為單層結構或雙層結構。通過在直通式太陽能金屬集熱管的金屬基管1的外表面自內而外依次覆蓋為抗腐蝕塗層2和吸收塗層3，其中抗腐蝕塗層2為高磷化學鍍鎳塗層，該高磷化學鍍鎳塗層的厚度為10-20 μ m，而吸收塗層3自內而外依次為金屬紅外反射子塗層31、金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層32以及減反射子塗層33，高磷化學鍍鎳塗層的非晶態結構使其非常均勻的 M-P固溶體組織中不存在晶界、位錯、孿晶或其他缺陷，而且，非晶態鍍層表面鈍化膜是高度均勻的非晶結構，無位錯、層錯等缺陷，韌性也好，不容易發生機械損傷，另外抗腐蝕塗層 2的製備採用化學鍍鎳的方法，該方法成本低、操作簡便、鍍層緻密、性能優良，並且易於大規模應用；減反射子塗層33可有效抑制集熱管表面的光束能量的反射，提高了集熱管表面的吸收性能，因此克服了存在著在中高溫200 500°C下的材料腐蝕問題、吸熱塗層的耐高溫以及抗氧化問題，使得高溫直通式太陽能金屬集熱管不需真空封裝，可直接在高溫、空氣環境下應用，同時在高溫下具有高的吸收率(α >0.09)和低的發射率(ε <0.1)和高的耐溫性能，塗層耐溫性能可達到500°C，該金屬集熱管簡化了傳統集熱管制備工藝，降低了其生產成本，另外這樣還使得高溫直通式太陽能金屬集熱管能採用高溫高壓水蒸氣為工質，直接進行汽輪機透平發電。避免了玻璃-金屬真空集熱管採用導熱油為工質，必須經過二次換熱產生高溫、高壓水蒸氣的過程，而且由於導熱油耐溫性能一般不超過450°C，且須經過二次換熱過程產生高溫、高壓水蒸氣，因此其產生的蒸氣參數較低，難以直接採用常規汽輪機透平發電，增加了發電成本、降低了發電效率，而本實用新型由於增加了抗腐蝕塗層 2，使集熱管抗腐蝕性能提高至20年，可完全滿足集熱管甚至在海濱鹽霧環境下的使用要求，另外該實用新型的金屬基管1可採用成本很低的碳鋼為基管，可顯著降低金屬集熱管的生產成本，實現了抗腐蝕、耐高溫、高壓、成本較低、製備工藝簡單以及實用性強的直通式太陽能金屬集熱管。

圖1是本實用新型的剖視結構示意圖。圖2是本實用新型的吸收塗層的剖視結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作更詳細的說明。如圖1所示，直通式太陽能金屬集熱管，包括金屬基管1，所述的金屬基管1的外表面自內而外依次覆蓋為抗腐蝕塗層2和吸收塗層3，其中抗腐蝕塗層2為高磷化學鍍鎳塗層，該高磷化學鍍鎳塗層的厚度為10-20 μ m，如圖2所示，而吸收塗層3自內而外依次為金屬紅外反射子塗層31、金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層32以及減反射子塗層33，金屬紅外反射子塗層31的金屬材料採用Nb、Cu、Al、Ti、Mg、Rh, Ag或Au，該金屬紅外反射子塗層31 的厚度為0. 2-0. 5 μ m，金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層32的材料採用NbN、Nb、TiN, Ti、TiAl、 11八111141(^、11410、0203、0、!1 )2、!^、2州或&，該金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層32的厚度為0. 3-0. 5 μ m，減反射子塗層33的材料採用Ti02、Ta205、Nb205、Al203、SiO2或Si3N4，該減反射子塗層33的厚度為0.2-0. 5 μ m。所述的抗腐蝕塗層2採用化學鍍鎳方法製備。所述的金屬紅外反射子塗層31採用真空磁控濺射鍍膜工藝製備。所述的金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層32採用真空磁控濺射鍍膜工藝製備。所述的減反射子塗層33採用真空磁控濺射鍍膜工藝製備，該減反射子塗層33的結構為單層結構或雙層結構。所述的金屬基管1的材料為碳鋼。 本實用新型的工作原理為當跟蹤太陽運動裝置的主反射鏡列將太陽光反射聚集到中高溫直通式太陽能金屬集熱管上時，首先減反射子塗層33抑制集熱管表面的光束能量的反射，以此加強集熱管表面的吸收性能，隨後金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層32進行光熱能量轉換，金屬紅外反射子塗層31減少集熱管紅外輻射損失。抗腐蝕塗層2的高磷化學鍍鎳塗層防止高溫環境下集熱管的腐蝕。
權利要求1.一種直通式太陽能金屬集熱管，包括金屬基管(1)，其特徵在於所述的金屬基管1 的外表面自內而外依次覆蓋為抗腐蝕塗層( 和吸收塗層(3)，其中抗腐蝕塗層( 為高磷化學鍍鎳塗層，該高磷化學鍍鎳塗層的厚度為10_20μπι，而吸收塗層(3)自內而外依次為金屬紅外反射子塗層(31)、金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層(32)以及減反射子塗層(33)，金屬紅外反射子塗層(31)的金屬材料採用Nb、Cu、Al、Ti、MgjKAg或Au，該金屬紅外反射子塗層31的厚度為0. 2-0. 5 μ m,金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層(32)的材料採用NbN、Nb、TiN、 Ti、TiAl、TiAIN、TiAlON、TiAlO、Cr2O3, Cr、HfO2, Hf、ZrN 或 Zr，該金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層(32)的厚度為0.3-0. 5 μ m，減反射子塗層(33)的材料採用Ti02、T￡i205、Nb205、Al203、Si02 或Si3N4，該減反射子塗層(33)的厚度為0. 2-0. 5 μ m。
2.根據權利要求1所述的直通式太陽能金屬集熱管，其特徵在於所述的金屬基管(1) 的材料為碳鋼。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的直通式太陽能金屬集熱管，其特徵在於所述的抗腐蝕塗層( 採用化學鍍鎳方法製備。
4.根據權利要求1或權利要求2所述的直通式太陽能金屬集熱管，其特徵在於所述的金屬紅外反射子塗層(31)採用真空磁控濺射鍍膜工藝製備。
5.根據權利要求1或權利要求2所述的直通式太陽能金屬集熱管，其特徵在於所述的金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層(3 採用真空磁控濺射鍍膜工藝製備。
6.根據權利要求1或權利要求2所述的直通式太陽能金屬集熱管，其特徵在於所述的減反射子塗層(33)採用真空磁控濺射鍍膜工藝製備，該減反射子塗層(33)的結構為單層結構或雙層結構。
專利摘要一種直通式太陽能金屬集熱管，包括金屬基管，所述的金屬基管的外表面自內而外依次覆蓋為抗腐蝕塗層和吸收塗層，其中抗腐蝕塗層為高磷化學鍍鎳塗層，該高磷化學鍍鎳塗層的厚度為20-20μm，而吸收塗層自內而外依次為金屬紅外反射子塗層、金屬陶瓷中高溫吸熱子塗層以及減反射子塗層；克服了存在著在中高溫200～500℃下的材料腐蝕問題、吸熱塗層的耐高溫以及抗氧化問題，實現了抗腐蝕、耐高溫、高壓、成本較低、製備工藝簡單以及實用性強的直通式太陽能金屬集熱管。
文檔編號C23C18/32GK202171358SQ20112023263
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者劉明義, 徐海衛, 徐越, 王保民, 裴傑, 許世森, 鄭建濤 申請人:中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司