[实用新型]一种非真空太阳能集热管

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能光热利用领域，具体的说是一种非真空太阳能集热管。

背景技术

太阳能吸热涂层是太阳能光热利用的核心技术之一，它的发展经历了单层金属材料涂覆到多层材料复合等阶段，限于太阳能吸热涂层的应用要求和技术条件，目前多集中在真空太阳能吸热管领域。但使用真空太阳能吸热管，由于需要使用金属-玻璃真空管，因导热系数的不同，在高温使用下，易导致真空管的爆裂；另外，也因真空集热器集热管涂层在高温下的氧化、开裂、脱落等问题导致系统能量转换效率的降低。有鉴于此，目前国内外将开发非真空太阳能吸热管作为发展的重点，而非真空太阳能吸热涂层技术是其中的最基本的核心技术。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足之处，提供一种非真空太阳能集热管，针对目前国内真空管式太阳能吸热管的不足，制备出非真空太阳能选择性吸热涂层，吸收率高，反射率低，性能达到国外领先水平，有助于实现国内太阳能光热利用特别是在中高温领域的应用，填补国内空白。

本实用新型的目的是通过如下技术措施来实现的：一种非真空太阳能集热管，采用高导热系数的金属管作为基底，所述金属管上覆盖高温吸热涂层，所述高温吸热涂层上覆盖减反射层；所述高温吸热涂层由覆盖在金属管上的带孔洞结构的陶瓷涂层以及陶瓷涂层孔洞中填充的金属纳米粒子组成。

在上述技术方案中，所述带孔洞结构的陶瓷涂层为经化学方法腐蚀形成纳米孔的Al₂O₃陶瓷膜。

在上述技术方案中，所述金属纳米粒子采用Mo、Fe、或Ni为原材料制备。

在上述技术方案中，所述减反射层为采用溶胶凝胶法制备的TiO₂减反射膜。

在上述技术方案中，本实用新型非真空太阳能集热管的具体生产工艺步骤为：

1）在金属管表面先进行喷砂处理，再用热喷涂的方式在表面喷涂一层4mm厚的Al₂O₃陶瓷膜，然后在1000℃温度下烧结5小时。

2）将喷有Al₂O₃陶瓷膜的金属管，放在10%的硝酸溶液中浸泡5小时，再用去离子水冲洗干净，在烘箱里烘干。

3）将制备的Mo、Fe、或Ni纳米粉，先进行雾化造粒，再采用等离子喷涂的方法将金属纳米粉嵌合到陶瓷孔洞中，形成金属- Al₂O₃复合材料，然后将集热管置于600℃马弗炉中热处理60分钟，形成尖晶石结构，得到高温吸热涂层。

4）以钛酸四丁酯为Ti源，无水乙醇为溶剂，配置Ti溶胶，在高温吸热涂层上进行提拉镀膜，得到TiO₂减反射层。

5）对最终的涂层各缝隙和接口部位采用低温玻璃粉封接，在400℃下烧结0.5小时，即得到密封性的非真空太阳能集热管。 

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1）首创利用纳米孔陶瓷材料与纳米金属材料相结合，能量转换效率高达40%以上，降低成本达30%以上，使中高温吸热涂层能最大范围地利用太阳能转换成为现实，提高了涂层的高温可靠性，大幅降低了系统的维护成本。

2）生产工艺过程简化，材料成本低，与现有的几项材料制备技术和工艺兼容，有利于该技术的产业化应用。

3）采用溶胶凝胶的方法制备减反射膜，实现吸收层和减反射层的无缝复合。

附图说明

图1为本实用新型非真空太阳能集热管的管壁结构示意图。

具体实施方式

本实用新型采用高导热系数的金属管作为基底，陶瓷-金属复合材料用于制作太阳能中高温吸热涂层材料。然后在其上覆盖一层减反射层来增加光的吸收，在中高温下实现较高的太阳能能量转换，使高温吸热涂层材料在中高温的工作温度下，吸收率大于0.95，反射率低于0.05。

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的描述。

如图1所示，本实施例提供一种非真空太阳能集热管，采用高导热系数的金属管1作为基底，对金属管1表面处理后，喷涂Al₂O₃陶瓷，经化学腐蚀处理后直接进行表面喷涂Mo纳米粒子，500℃下热处理1小时，得到复合高温吸热涂层2。再采用溶胶凝胶在高温吸热涂层2上制备TiO₂减反射层3。陶瓷和金属均采用等离子喷涂的方式制备，以叠层的结构呈现，减反射膜材料采用溶胶凝胶的方法在吸收层上直接成膜。

技术指标：涂层吸收率0.92，反射率0.02。