選擇性吸收輻射的涂層，及其在室溫下獲得的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及熱利用。更具體地說，它涉及一種應(yīng)用于金屬上的涂層，用于利用太陽能輻射或人工照明。所述涂層的目的是用于提高太陽能收集的效率，最大化可見光的利用和最小化金屬中的熱輻射。該方法包括太陽能吸收涂層的構(gòu)成和獲得，該涂層在25℃至300℃的低、中溫的范圍內(nèi)工作，并可以用于通過太陽能輻射或人工照明來產(chǎn)生熱量的設(shè)備。
【專利說明】選擇性吸收輻射的涂層，及其在室溫下獲得的方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及熱利用。更具體地說，它涉及一種用于金屬上的選擇性吸收涂層，用于利用太陽能并將其轉(zhuǎn)換為熱能。所述涂層的目的是用于提高熱能的收集效率，優(yōu)化可見光的利用和最小化金屬中的熱輻射。
[0002]發(fā)明目的
[0003]本發(fā)明的目的是提出一種在室溫下獲得太陽能輻射選擇性吸收涂層的方法，在25°(:至300°(:的中低溫條件下起作用，該涂層可應(yīng)用于通過太陽能輻射或人工照明來產(chǎn)生熱量的裝置。本發(fā)明還涉及到它能夠提供的不同的用途和應(yīng)用。
[0004]發(fā)明背景
[0005]選擇性吸收涂層的目的是用于提高太陽能集熱器的效率，通常用于太陽能熱利用。所述涂層具有大的太陽能吸收功率和低發(fā)射率特性，以便減少遠(yuǎn)程紅外區(qū)域由于熱輻射而產(chǎn)生的能量損失。不管它們?nèi)绾螒?yīng)用，選擇性吸收涂層都扮演了重要的組成部分。
[0006]UV_VIS(200-1000納米)區(qū)域的吸收率(α)和紅外線(1-15微米)區(qū)域的發(fā)射率(ε)這兩個(gè)量級用于評價(jià)選擇性吸收涂層的效率。α越大以及ε越小，則所述涂層的效率越高。
[0007]選擇性涂層，用于有效吸收太陽能并具有將其轉(zhuǎn)換成熱量的特點(diǎn)，因?yàn)樗麄兙哂蟹瓷涔庾V，能夠突然改變當(dāng)太陽能輻射強(qiáng)度是零時(shí)的波長(約2微米)，從一個(gè)很低的值(約5%)到一個(gè)很高的值(大于90%)，以上的波長對應(yīng)于光譜的紅外區(qū)域。這確保了金屬單元所獲得的熱量不會通過熱輻射而大量損失。
[0008]已知一些專利和專利申請是與太陽能選擇性涂層相關(guān)的。通常，這些涂層是由金屬、電介質(zhì)或陶瓷材料基層，至少一層反射金屬層和至少一層抗反射層制得的，它們的直接應(yīng)用是在拋物面槽式太陽能集熱器的吸收管和太陽能電池板的吸收層，如專利ES2316321B2、ES2317796B2 和專利申請 W02012172148A1。主要優(yōu)勢是在400°C 至 550°C 的溫度范圍內(nèi)吸收率大于95%以及發(fā)射率低于0.2。然而，它們的合成物和獲得方法是很復(fù)雜的，因此，其高生產(chǎn)成本，會導(dǎo)致在如食品、紡織等等產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)上不合理，從而導(dǎo)致最終產(chǎn)品的價(jià)格尚。
[0009]具體而言，在專利ES2317796B2或ES2316321B2中所描述的發(fā)明，公開非?？山邮艿奈章手担浒l(fā)射率值卻不太有利，從而導(dǎo)致選擇性系數(shù)α/ε < 10。
[0010]特別是，已描述過的大量的選擇性涂層采用金屬陶瓷，該金屬陶瓷由以下一些金屬:銅、鎳、鈷、鉑、鉻、鉬、鎢、鋁或銀;和作為陶瓷基體的下列化合物:一氧化硅、二氧化硅、三氧化二鋁、氮化鋁或氧化鎂形成。為了提高效率，這些金屬陶瓷必須覆蓋上一層具有良好透明特質(zhì)的材料，如以下氧化物:Cr203，M0O3，WOx，Hf Ox或Si O2，其中，上述層作為抗反射層。此外，所述金屬陶瓷作為紅外反射鏡必須放置在金屬上，通常是銀、銅、鋁、金或鉑。
[0011]與其他專利相反，本發(fā)明的工作溫度為室溫至200°C。制造成本降低，并且有利于在其他類型的行業(yè)和不需要高工作溫度的應(yīng)用場合中使用。
[0012]本發(fā)明不包括多個(gè)層，并且能夠同時(shí)獲得良好的反射和抗反射結(jié)果。
[0013]附圖的簡要說明
[0014]圖1:涂層的橫截面，包括金屬材料的基層(I)和金屬層(2)，在本實(shí)施例中，它是涂層金屬管的橫截面。展現(xiàn)的是包括金屬材料的基層(I)和輻射吸收層(2)的涂層的橫截面；以及
[0015]圖2:所述涂層所獲得的反射率值。
[0016]發(fā)明的詳細(xì)說明
[0017]本發(fā)明的一個(gè)特征在于，包括一種輻射選擇性吸收涂層和用于獲得上述涂層的工
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[0018]本發(fā)明的一個(gè)特征在于，提出了一種在室溫下采用剝離法來獲得太陽能輻射選擇性吸收涂層的方法。
[0019]所述涂層包括金屬材料的基層(I)，它可能包括但不限于電介質(zhì)或陶瓷的特性，和具有反射和抗反射特性的金屬單層(2)，其被應(yīng)用到基層(I)上以提供低的發(fā)射率特性，同時(shí)還具有多種用途，例如作為金屬表面或金屬基層的太陽能選擇性吸收劑，以及太陽能熱利用，包括但不限于在食品行業(yè)、在生產(chǎn)加工中、或在紡織行業(yè)中的紡織品，如用在補(bǔ)丁或插入物中的織物或線。
[0020]所述金屬材料的基層(I)可能具有各種配置和材質(zhì)的表面，包括但不限于光滑的、粗糙的、管狀、片狀、線狀、絲狀、球狀等等。
[0021]對于以上所提及的用途及應(yīng)用，所述太陽能輻射選擇性吸收涂層在從室溫(25°C)至300°C的低、中溫范圍內(nèi)起作用，適用于在通過太陽能輻射或人工照明來產(chǎn)生熱量的設(shè)備中使用。而且，它用來加熱水或任何其他液體。
[0022]本發(fā)明還包括一種工藝，包括至少一次的清洗階段、至少一次的一次浸泡階段并且保持于水溶液中、至少一次的一次沖洗階段、至少一次在水溶液中的二次浸泡階段、以及至少一次的二次沖洗階段。
[0023]本發(fā)明涉及一種使用剝離法獲得太陽能輻射選擇性涂層的方法，該方法包括至少一次的清洗階段、一次剝離處理(浸泡并保持于水溶液中)、至少一次的一次沖洗階段、至少一次的浸泡在水溶液中的階段和至少一次的二次沖洗階段。
[0024]在所述清洗階段中，待涂覆的所述金屬表面用溶劑清潔，其中，溶劑包括但不限于以下物質(zhì)。
[0025]硅酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽和硫酸鹽的混合物，以除去灰塵等雜質(zhì)及部分油脂；
[0026]三氯乙烯，用于除去可能存在于金屬表面的油脂和油類；
[0027]丙酮，用于除去無機(jī)油脂和不同于氧化物的聚合物覆蓋物。
[0028]清洗階段之后，所述基層首次浸泡入濃度為O%到5%的氫氟酸水溶液加濃度為5%到15%的硝酸中。
[0029]清洗階段之后，所述基層被提交到濃度為0%到5%的氫氟酸水溶液加濃度為5%到15%的硝酸中進(jìn)行剝離處理。在8到16分鐘的時(shí)間段內(nèi)，待涂覆表面保持浸泡于溶液中。
[0030]然后，進(jìn)行水沖洗階段(可使用蒸餾水)。
[0031]然后，在二次浸泡階段，所述基層在濃度為200克/升至300克/升的鉻酸水溶液和濃度為350克/升至450克/升的硫酸中浸泡9到13小時(shí)，在9.5至10.5小時(shí)內(nèi)獲得最佳的涂層。該涂層在20°C至40°C的室溫和0%RH至80%RH的濕度范圍內(nèi)生成，因?yàn)樯鲜龇秶鷷谌芤褐挟a(chǎn)生水沉淀。
[0032]而后，預(yù)處理的基層在濃度為200克/升至300克/升的絡(luò)酸水溶液和濃度為350克/升至450克/升的硫酸中浸泡9到13小時(shí)，在9.5至10.5小時(shí)內(nèi)獲得最佳的涂層。該涂層在200C至40 0C的室溫和O % RH至80 % RH的濕度范圍內(nèi)生成，因?yàn)樯鲜龇秶鷷谌芤褐挟a(chǎn)生水沉淀。
[0033]最后，取出具有涂層的基層，并將其提交到可用水或除雜液體進(jìn)行的沖洗階段。
[0034]于是，所述金屬基層(I)涂覆有同時(shí)具有反射和抗反射特性的氧化鉻單層(2)。
[0035]波長為0.25至1.0微米的吸收率水平為89%，波長為2至15微米的反射率水平為21%。
[0036]所獲得的氧化鉻層的厚度為200納米。
[0037]對具有典型鎳/氧化鎳的選擇性吸收涂層進(jìn)行測試，產(chǎn)生如圖2所示的高反射光並L曰O
[0038]正如可以觀察到的，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，但尚未被用來解決在制造過程中需要工業(yè)用熱和主要使用礦物燃料的行業(yè)中需要降低成本的情況，因此，本發(fā)明新穎是因?yàn)樗暮唵涡院退试S獲得的良好技術(shù)成果。
[0039]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，獲得它所必需的溶劑和溶液是可重復(fù)利用的，從而優(yōu)化這些投入的使用。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例
[0040]本方法可以使用附加的拋光處理以改善涂層，考慮到可被拋光的片材、管材和球體;但是，如果不使用附加步驟，如在使用線材或金屬纖維的情況下，也不會大幅度降低吸收率值。
[0041]本方法中并不強(qiáng)制使用丙酮，使用該組分的目的是確保金屬基層(I)的清潔，但并不會影響獲得的功效值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，包括金屬基層和至少一層的金屬層，其特征在于，所述金屬層具有反射和抗反射特性，并且其獲取工藝包括剝離過程，由金屬基層和至少一層的金屬層形成，特點(diǎn)在于該金屬層具有反射和抗反射特性。2.輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，其特征在于，其獲得工藝，包括至少一次的清洗階段，至少一次的剝離工藝，至少一次的一次沖洗階段，至少一次的浸泡在水溶液中的二次階段以及至少一次的二次沖洗階段。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，所述金屬材料具有各種配置和材質(zhì)的表面，包括但不限于光滑、粗糙、管狀、片狀、線狀、絲狀、球狀等。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，所述金屬層包括氧化鉻。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，所述各階段是在20°C至40°C的室溫下及0%RH至80%RH的濕度條件下進(jìn)行的。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，在清洗階段中，覆蓋所述金屬表面的溶劑，包括但不限于，硅酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽和硫酸鹽的混合物、三氯乙烯以及丙酮。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，所述清洗階段使用丙酮或不使用丙酮。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，在一次浸泡階段中，所述水溶液是濃度為O %到5 %的氫氟酸加濃度為5 %到15 %的硝酸。9.根據(jù)權(quán)利要求2和8所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，在保持階段中，待涂覆表面浸泡8至16分鐘。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，一次沖洗階段和二次沖洗階段都是采用水或除雜液體。11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，在二次浸泡階段中，所述水溶液是濃度為200克/升至300克/升的鉻酸和濃度為350克/升至450克/升的硫酸，浸泡9至13個(gè)小時(shí)。12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，所述沖洗階段采用水或除雜液體。13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，所述溶劑和溶液是能夠重復(fù)利用的。14.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，所述輻射選擇性吸收涂層在自25 °C到300 °C的低、中溫范圍內(nèi)工作。15.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，涂層能夠應(yīng)用于任何通過太陽能輻射或人工照明來產(chǎn)生熱量的設(shè)備。16.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，涂層應(yīng)用于太陽能熱利用，包括但不限于在食品行業(yè)、在生產(chǎn)加工、或在紡織行業(yè)中的紡織品，如用在補(bǔ)丁或插入物中的織物或線。17.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，它用在任何需要經(jīng)過熱量處理的行業(yè)中，來加熱水和任何其他液體。18.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，不需要預(yù)先進(jìn)行拋光處理。19.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，波長為0.25到1.0微米的吸收率水平是89%。20.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，波長為2到15微米的反射率水平為21%。21.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的輻射選擇性吸收涂層及其在室溫下的獲得工藝，進(jìn)一步的特征在于，所獲得的氧化鉻膜的厚度為200納米。
【文檔編號】F24J2/46GK105899712SQ201480062151
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月4日
【發(fā)明人】P·J·M·卡馬喬, F·A·里奧斯, R·M·馬菲爾, A·F·G·羅恰
【申請人】能源供應(yīng)設(shè)施股份制公司