集熱器吸收涂層

集熱器吸收涂層第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六一、選擇性吸收涂層基本概念三、平板選涂層的發(fā)展及應(yīng)用四、選擇性吸收涂層的發(fā)展方向主要內(nèi)容二、選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)與組成第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六20億分之一太陽組成為氫氦元素的等離子體并不斷進(jìn)行熱核反應(yīng)，表面溫度大約為6000K，不斷以電磁波的形式向外輻射能量，其中20億分之一左右的能量經(jīng)過8分鐘的光程到達(dá)地球大氣上層，相當(dāng)于全世界發(fā)電量的幾十萬倍。電磁波形式1.太陽輻射一、選擇性吸收涂層基本概念第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六太陽主要以電磁輻射的形式傳輸能量。其中在0.3～3μm波長范圍內(nèi)的光線占總太陽光的98%之多。太陽常數(shù)：1353瓦/米2

2.太陽光譜與太陽常數(shù)第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六3.吸熱板輻射第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

所有物體與投射來的輻射能不斷地互相交換著能量。投射在任何物體表面上的輻射流F，部分F被反射，部分F被吸收，而剩下的部分F將透過物體，即：F＝

F＋F＋F＋＋=1對于不透明體=0＋=1輻射流F反射流F吸收流F透射流F第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

從物理角度來講，黑色意味著光線的幾乎全部的吸收．被吸收的光能即轉(zhuǎn)化為熱能。因此為了最大限度地實(shí)現(xiàn)太陽能的光熱轉(zhuǎn)換，似乎用黑色的涂層材料就可滿足了，但實(shí)際情況并非如此。這主要是材料本身還有一個熱輻射問題。從量子物理的理論可知，黑體輻射的波長范圍大約在2－l00μm之間，黑體輻射的強(qiáng)度分布只與溫度和波長有關(guān)，輻射強(qiáng)度的峰值對應(yīng)的波長在10μm附近。吸收和輻射第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六選擇性吸收涂層的理論基礎(chǔ)由于太陽光譜的波長分布范圍基本上與熱輻射不重疊，據(jù)此，以色列科學(xué)家Tabor于上個世紀(jì)50年代末，提出了光譜選擇性吸收理論。要實(shí)現(xiàn)最佳的太陽能熱轉(zhuǎn)換，可以找到一種材料使其同時滿足以下兩個條件：①在太陽光譜內(nèi)有盡量高的吸收率?；②在熱輻射波長范圍內(nèi)有盡可能低發(fā)射率ε。第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六吸收比：物體吸收某一特定波長輻射能的百分?jǐn)?shù)成為光譜吸收比（spectralabsorptive）；一般地說物體的光譜吸收比與波長有關(guān)，用字母α表示。選擇性吸收涂層的兩個重要參數(shù)發(fā)射比：一個物體發(fā)射出的發(fā)射功率與入射到該表面的輻射功率的比值；用字母ε表示。第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六4.吸收比與發(fā)射比(、

)膜層的光譜反射曲線理想曲線計算的反射曲線理想曲線安鋁公司產(chǎn)品曲線第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六1.選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)高紅外反射金屬層低填充因子吸收層減反射層高填充因子吸收層以干涉性涂層為例，結(jié)構(gòu)如下：二、選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)與組成其中吸收膜層為島狀粒子膜第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六鎳鉻膜系減反層吸收層2吸收層1高紅外反射層介質(zhì)層介質(zhì)與金屬粒子低發(fā)射率金屬第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六自上個世紀(jì)五十年代以色列科學(xué)家塔博（Tabor）教授提出選擇性吸收涂層理論以來，選擇性吸收涂層的研究得到了很快的發(fā)展，太陽能光熱應(yīng)用的發(fā)展以及集熱器技術(shù)的發(fā)展，實(shí)際上就是選擇性吸收涂層的發(fā)展過程.三、平板選涂層的發(fā)展及應(yīng)用第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六平板式集熱器第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六平板集熱器涂層材料的應(yīng)用和發(fā)展主要分為以下三個階段：1.涂料型階段2.電化學(xué)涂層階段3.真空鍍膜涂層階段第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

電鍍法：常用的電鍍涂層主要有黑鎳涂層、黑鉻涂層、黑鈷涂層等,均具有良好的光學(xué)性能。

陽極氧化法：常用的電化學(xué)涂層有鋁陽極氧化涂層和鋼的陽極氧化涂層等。電化學(xué)涂層1.2.3.真空鍍膜涂層：利用真空蒸發(fā)和磁控濺射技術(shù)制取,如磁控濺射得到的AlN涂層和NiCrO涂層，以及電子束蒸發(fā)的TiNOx涂料涂層：由粘結(jié)劑和金屬氧化物顆粒組成，制備方法一般采用涂刷和噴涂的方法。第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六1979～1980年研制出硫化鉛／瀝青漆涂層

1981～1983年研制了TXT鐵、錳、銅氧化物系列選擇性吸收涂料

1979～1980年采用電化學(xué)方法研制了選擇性吸收黑鉻涂層

1981～1983年研制了鋁陽極化電解著色選擇性吸收涂層

1986～1988年研制成黑鈷選擇性吸收涂層

1988～1990年間又研制了鋁氮氧漸變型選擇性吸收涂層

,真空鍍膜技術(shù)應(yīng)用國內(nèi)涂層的主要發(fā)展歷程第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六用于平板集熱器的涂料型吸收涂層其中代表性的選擇性吸收涂料主要是鐵錳銅氧化物，使用時將其和黏合劑混合在一起噴涂到吸熱板表面。該涂層已有二十多年歷史目前仍有部分在使用，其主要特點(diǎn)是工藝簡單、成本低廉，缺點(diǎn)是使用過程中容易老化從而引起性能下降。第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六用于平板集熱器的電化學(xué)型型吸收涂層主要代表是：黑鉻涂層鋁陽極化著色涂層第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六黑鉻涂層黑鉻涂層主要用于銅吸熱板表面。黑鉻涂層從問世到現(xiàn)在，經(jīng)受了30多年的實(shí)踐檢驗(yàn)，它不但具有優(yōu)良的光學(xué)性能而且也具有非常優(yōu)異的耐熱耐濕耐候性能，該涂層的太陽吸收率可高達(dá)95%以上而紅外發(fā)射率控制在10%以下。其主要缺點(diǎn)是若生產(chǎn)過程對廢液不加以控制的話，容易對環(huán)境造成一定程度的污染。但經(jīng)過工藝設(shè)計控制，是完全可以實(shí)現(xiàn)無污染生產(chǎn)的。第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六黑鉻涂層的結(jié)構(gòu)第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六黑鉻涂層的光譜特性曲線第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六編號涂層類型光學(xué)性能長×寬×厚(mm)管板結(jié)合方式αε1磁控濺射氮氧化鈦0.94530.07195×110×0.20超聲波焊接2選擇性吸收黑鉻涂層0.96240.09195×110×0.15全銅復(fù)合軋制3選擇性吸收涂料0.95180.78195×110×0.15超聲波焊接4選擇性吸收陽極化涂層0.92070.17195×110×0.60銅鋁復(fù)合軋制黑鉻與不同涂層的性能對比第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六鋁陽極化涂層

陽極化鋁電解著色涂層簡稱陽極化涂層是目前平板集熱器中應(yīng)用最為廣泛的涂層材料，主要用于采用銅鋁復(fù)合條帶的平板集熱器。該涂層采用連續(xù)化的生產(chǎn)工藝，成本適中，具有良好的光學(xué)性能和耐候性，涂層的太陽吸收率可達(dá)92%，紅外發(fā)射率控制在20%以下。第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六真空鍍膜涂層德國安鋁ALANOD德國BLUETECH德國TiNOx國內(nèi)Commonprais嘉普通第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六真空鍍膜技術(shù)第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六CrNiO磁控濺射（airtoair)連續(xù)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)：高效、靈活、產(chǎn)品穩(wěn)定一致、成本低第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六

慕尼黑大學(xué)Scholkopt采用e-Beam電子束蒸發(fā)的方法在金屬條帶上連續(xù)沉積TiNOx選擇性吸收涂層=0.95,（100℃

）=0.03。最高工作溫度375℃

，已建成年產(chǎn)20,000平方米的涂層生產(chǎn)線。由于是連續(xù)化鍍膜，成本較低，被稱為新一代的涂層技術(shù)。德國另一家公司Interpane在生產(chǎn)平板玻璃幕墻技術(shù)的基礎(chǔ)上在金屬卷帶上連續(xù)沉積陶瓷吸收膜。生產(chǎn)每平米涂層僅消耗一度電，降低了能耗，提高了生產(chǎn)效率。涂層吸收率=0.95（實(shí)測0.93）,=0.05（100℃

），工作溫度可達(dá)400℃。連續(xù)化生產(chǎn)方式1.四、平板集熱器選擇性吸收涂層的發(fā)展方向第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六2，金屬陶瓷材料的采用

采用Al2O3介質(zhì)作為基體材料,主要有Ni-Al2O3、Co-Al2O3、Pt-Al2O3、Mo-Al2O3以及Fe-Al2O3等。

澳大利亞悉尼大學(xué)ZHANGQC和MILLSDR等人,在漸變AIN-Al的基礎(chǔ)上,研制以AlN介質(zhì)為基體的金屬陶瓷選擇性吸收涂層,采用直流反應(yīng)濺射沉積AlN介質(zhì),并用直流共濺射方法將不銹鋼、鎢等金屬粒子注入介質(zhì)基體,提高了濺射速率,大幅度降低了膜層成本。

第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六陶瓷金屬膜系吸收率≥0.95；發(fā)射率≤0.06(80℃)耐候性有很大提高123鹽霧24h:1.鎳鉻涂層2.安鋁第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六涂層表面形貌第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六減反膜形貌及改進(jìn)元素重量百分比原子百分比O16.8827.55Si73.0367.87Cr1.770.89Ni8.313.69總量100.00元素重量百分比原子百分比O12.4320.65Si80.2475.96Cr1.160.59Ni6.172.79總量100.00第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期六衡量涂層方法1.附著力2.鹽霧試驗(yàn)3.耐熱試驗(yàn)4.老化試驗(yàn)第三十六頁，共四十四