[发明专利]使用并入碳纳米管的涂层的太阳能接收器

说明书

相关申请的声明

在35 U.S.C.119(e)下，本申请要求2009年4月7日提交的美国临时申请61/167,386的优先权。

发明领域

本发明一般地涉及接收、吸收、容纳电磁辐射并且将接收的电磁辐射转化为热能的太阳能接收器设备。

发明背景

已发展太阳热收集器以利用来自太阳辐射的能量用于各种工业过程、发电和加热水应用。入射在地球表面上的太阳辐射具有大约1kW/m²的估计能量密度，并且波长范围从紫外线(UV)辐射的大约200纳米(nm)至红外线(IR)辐射的大约2500nm。太阳热收集器通常包括反射器以将太阳辐射聚焦至热接收器上。热接收器将太阳辐射的光能转化为传热流体的热能。热接收器通常包括热吸收器，其为短波太阳辐射的良好吸收器，例如在UV和可见光范围中。但是，至少一些热吸收体在红外线范围也是良好的长波热辐射体，当被短波太阳辐射的吸收充分激发时，通过IR辐射发出热。尽管最初可吸收高百分比的入射太阳辐射，但是热吸收器可发出高百分比的辐射热，从而降低太阳能的有效收集。

已发展几种类型的太阳能收集器，包括但不限于平板太阳能收集器和包含在抽空的玻璃管框架(housing)中的吸收器管。吸收器表面可以包括裸露的金属或者用选择性吸收器涂层涂覆的金属，用于吸收在太阳辐射光谱内(即，大约200nm至2500nm)的辐射。这种太阳能选择性吸收器涂层(具有例如在0.92至0.96的范围的吸收率，和例如在0.07至0.11的范围的发射率)实际吸收所有的入射辐射，但是在红外线波长处通常不发热。这种太阳能选择性吸收器涂层的实例包括高度反射的金属基底上的非常薄的黑色金属氧化物涂层(例如，大约0.5至1.0微米级别)，和电镀施加的(galvanically applied)选择性涂层诸如黑铬、黑镍、和带有镍的氧化铝。用太阳能选择性涂层涂覆的吸收器管通常被封装入玻璃管或者抽空的玻璃管中以最小化对流至环境空气的热损失。但是，通常与一些这类涂层结合使用的抽空的玻璃管制造起来是昂贵的，并且使用时易于损坏。经常利用另外的组件诸如覆盖物以保护真空密封不受直接热辐射，直接热辐射导致大约2％的效率损失。因此，具有良好的吸收率和低的发射率特性的可选的太阳能接收器是期望的。本发明满足该需求并且也提供相关优势。

发明概述

在一些方面，本文公开的实施方式涉及太阳能接收器，其包括吸热元件，该吸热元件具有外表面和相对于外表面的内表面；以及第一涂层，该涂层包括并入碳纳米管的纤维材料，并入碳纳米管的纤维材料表面接合吸热元件的外表面、且至少部分地覆盖吸热元件的外表面。入射至第一涂层上的太阳辐射被接收、吸收、并且转化为热能，而热能从第一涂层传递至吸热元件。

在一些方面，本文公开的实施方式涉及太阳能接收器装置的多层涂层，其包括具有并入CNT的纤维材料的第一涂层和置于第一涂层上的环境涂层。

附图简述

图1是在吸热元件的外表面上具有并入CNT的涂层的示例性太阳能接收器的剖面图。

图2是如图1中所示的太阳能接收器的剖面，还包括热吸收器元件(吸热元件，heat absorber element)的外表面上的凹槽。

图3是如图1中所示的太阳能接收器的剖面图，还包括并入CNT的涂层上的环境涂层。

图4是根据本发明的第四个实施方式的如图3中所示的太阳能接收器的剖面图，其还包括热吸收器元件的外表面上的凹槽；

图5是根据本发明的一个实施方式、被整合至并入CNT的涂层中并且被施加至太阳能接收器的热吸收器元件的外表面的陶瓷低发射率环境涂层的横截面图；

图6是根据本发明的一个实施方式的图5的陶瓷低发射率环境整合涂层的横截面图，还包括抗反射涂层；

图7是根据本发明的一个实施方式、施加在并入CNT的涂层上的金属低发射率环境涂层的横截面图；

图8是根据本发明的一个实施方式、施加在如图7中所示的金属低发射率环境整合涂层上的抗反射涂层的横截面图；

图9是根据本发明的一个实施方式、施加在如图5中所示的整合涂层上的分层的金属陶瓷低发射率环境整合涂层的横截面图；

图10是根据本发明的一个实施方式的如图9中所示的分层的金属陶瓷低发射率环境整合涂层的横截面图，还包括抗反射涂层；

图11是根据本发明的一个实施方式、施加在太阳能接收器的热吸收器元件的外表面上的整合的、金属陶瓷的、低发射率的、环境的、并入CNT的涂层的横截面图；