[发明专利]用于中央太阳能接收器的换热器管的金属-陶瓷涂层及其制备方法

说明书

提供了用于中央太阳能接收器(120)的换热器管(10)的金属‑陶瓷涂层(11)及其制备方法。金属‑陶瓷涂层(11)包括分散在金属基质中的至少一个陶瓷相，且沿换热器管(10)设置以改善热传递且减少换热器管(10)的氧化。提供了制备金属‑陶瓷涂层的方法及用于使用其的系统。

技术领域

本文描述的实施例大体上涉及用于中央太阳能接收器的换热器管的涂层及其制备方法。

背景技术

太阳能热技术通过使用反射镜(也称为定日镜)聚集太阳辐射以将太阳辐射引导至中央塔接收器。在中央塔接收器(也称为中央太阳能接收器)中，太阳能作为热被吸收且转换成电力。在中央塔接收器内是用于将热传递至热传递流体的换热器，热传递流体然后用于产生蒸汽来运转涡轮且提取功以产生电力。考虑到引导至中央太阳能接收器的能量的量，用于中央太阳能接收器的材料必须能够经得起700℃或更高的操作温度，且仍具有高吸收性。为了改善高温下材料的稳定性和材料的吸收性，涂层施加至中央太阳能接收器的构件，诸如换热器管。

用于太阳能接收器换热器的涂层可极大地影响太阳能设备的性能，因为涂层可极大地影响太阳能吸收的效率。然而，尽管这样的涂层可具有高吸收性，但涂层典型地不抗氧化。一旦暴露于高温，则换热器管的氧化导致干扰换热器的性能的氧化产物。例如，在换热器基底与涂层之间的界面处形成的氧化物层可降低系统的机械性能和热传递。例如，在后热处理之后将玻璃化的聚合物基涂层并未提供抗氧化性。典型地，玻璃化不会完全发生，留下具有低的抗氧化性的涂层。氧化可导致涂层中的裂纹，且随着时间过去，增大涂层与换热器材料的热膨胀的差异，导致涂层的剥落。

因此，仍需要用于换热器管的改进的涂层和制作此涂层的方法来增加太阳辐射的吸收，同时还减少换热器管的氧化。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明学习到。

大体上提供了具有金属-陶瓷涂层的中央太阳能接收器换热器管，以及制备金属-陶瓷涂覆的中央太阳能接收器换热器的方法。在一个实施例中，中央太阳能接收器换热器包括限定表面的换热器管，其中换热器管包括：基础材料；以及沿换热器管的表面设置的金属-陶瓷涂层，其中金属-陶瓷涂层包括金属基质，其具有分散在金属基质中的至少一个陶瓷相。在一些实施例中，该至少一个陶瓷相包括非氧化物陶瓷材料，且非氧化物陶瓷材料包括SiC、Si₃N₄、Ti₃SiC₂、Ti₄SiC₃、Ti₂AlC、Ti₃AlC₂、Cr₂AlC或其组合。在一些实施例中，至少一个陶瓷相包括氧化物陶瓷材料，且氧化物陶瓷材料包括Co₃O₄、TiO₂、SiO₂、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Mn₂O₃或其组合。

在一个实施例中，金属-陶瓷涂层包括分散在金属基质中的第一陶瓷相和第二陶瓷相，且第一陶瓷相包括非氧化物陶瓷材料，且第二陶瓷相包括氧化物陶瓷材料。在其他实施例中，金属-陶瓷涂层包括第一金属-陶瓷层和第二金属-陶瓷层。第一金属-陶瓷层包括第一金属基质和分散在第一金属基质中的非氧化物陶瓷材料，且第二金属-陶瓷层包括第二金属基质和分散在第二金属基质中的氧化物陶瓷材料。

在某些实施例中，换热器管的基础材料和/或金属基质包括镍基超级合金或钢。

在一些实施例中，中央太阳能接收器换热器管具有金属-陶瓷涂层，其具有大于或等于大约25W/mK的导热率，且在一些实施例中，太阳辐射的吸收系数是至少90%。