[发明专利]一种真空集热管及其涂层制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能真空集热管的加工领域，尤其涉及到一种真空集热管及其涂层制备工艺。

背景技术

目前，国内按照水温一般将热水分为三等：40℃-80℃的称为生活用热水，80℃-250℃的称为工业用热水；250℃-800℃的称为太阳能热发电用热水。目前真空集热管式太阳能只能提供40℃-80℃的生活用热水，而不能提供温度更高的工业用热水与太阳能热发电用热水，其主要原因是受太阳能的核心部件-真空集热管所限制。选择性吸收涂层是真空集热管的核心，目前太阳能真空集热管的吸收涂层按照采用制备材料的不同可分为三种：1、AlN-Al涂层，该涂层技术主要用材铝，铝的熔点为660.37℃，真空集热管长期工作在高温中，AlN-Al涂层在这一温度下容易老化，缩短真空集热管的使用寿命；2、AlN-SS-Cu涂层，该涂层主要用材铝、不锈钢、铜，该涂层技术是在AlN-Al涂层技术上的提高，材料中的不锈钢弥补了材铝不耐高温的缺点，但该涂层工艺时间长，效率低，集热性能差；3、SS-C-Cu涂层，该技术主要用材不锈钢、铜，该涂层技术的缺点是涂层稳定性差，涂层在空气中很容易氧化，发射率高，保温性能差。因此，目前技术公开的涂层工艺不能满足提供工业用热水及太阳能热发电用热水的技术要求。

发明内容

为克服现有真空管集热管涂层技术的不足，本发明提供了一种可提高集热性能，增加涂层的热稳定性，工艺稳定，效率高的真空集热管及其涂层制备工艺。

为实现上述技术目的，本发明是采用下述技术方案实现的：一种真空集热管，由玻璃内管和玻璃外管构成，其特征在于：玻璃内管外表面依次镀有AlN-Al粘结层、纯铜高红外反射层、AlN-Ti高金属吸收层、AlN-Ti低金属吸收层、AlN减反层。

上述真空集热管的涂层制备工艺，包括以下步骤：

1)、将清洗洁净的玻璃内管放入磁控溅射室内；

2)、磁控溅射室抽真空至5.0E-3Pa；

3)、打开氩气、氮气流量计，磁控溅射室内充入高纯氮气、氩气，启动铝靶电源，溅射1分钟20秒，在玻璃内管外表面镀一层AlN-Al粘结层；

4)、关闭氮气流量计，启动铜靶电源，溅射6分钟，镀一层纯铜高红外反射层；

5)、停止铜靶电源，打开氮气流量计，启动铝靶和钛靶电源，溅射4分钟30秒，镀一层AlN-Ti高金属吸收层；

6)、降低钛靶电流，改变氮气流量，溅射5分钟40秒，镀一层AlN-Ti低金属吸收层；

7)、停止钛靶电源，溅射5分钟，镀一层AlN减反层。

本发明和以往技术相比，具有以下有益效果：

(1)、该吸收涂层是以被誉为“宇宙金属”、“深海金属”的金属钛作为主要的镀膜材料，熔点高达1668℃，镀膜层可抵御600℃的高温，抗老化程度提高了30％-40％，彻底克服了真空管稳定性差、老化快、使用寿命短等问题。

(2)、玻璃内管与纯铜高红外反射层之间设有AlN-Al粘结层，纯铜与玻璃附着力比较差，但AlN-Al与玻璃的附着力很强，AlN-Al又和纯铜有很强的附着力，AlN-Al粘结层提高了涂层的附着度，不会造成涂层脱落，提高了涂层的寿命，纯铜不仅有良好的导电导热性，而且还具有高红外反射性能，纯铜高红外反射层增强了涂层热的传递和阻止了热水热量的散失。

(3)、涂层中设有AlN-Ti高金属吸收层、AlN-Ti低金属吸收层，利用了光的干涉原理，对可见光谱区产生破坏性的干涉效应，降低对太阳光波长中心部分的反射率，在可见光谱区产生一个宽阔的吸收峰，大大提高了涂层的热吸收率。

(4)、同时，三层吸收层结构有效增加了太阳能选择性吸收涂层对太阳能最强紫外可见光波段的能量吸收，使集热管的吸收比高达96％以上，能稳定的为人们提供工业用热水，可广泛应用于太阳能采暖、制冷和海水淡化等领域。

附图说明

附图为本发明公开的真空集热管涂层结构示意图。

图中，1、玻璃外管，2、AlN减反层，3、AlN-Ti低金属吸收层，4、AlN-Ti高金属吸收层，5、纯铜高红外反射层，6、AlN-Al粘结层，7、玻璃内管。

具体实施方式

参看附图，玻璃外管1内部设有玻璃内管7，玻璃内管7外表面依次镀有AlN-Al粘结层6、纯铜高红外反射层5、AlN-Ti高金属吸收层4、AlN-Ti低金属吸收层3、AlN减反层2；