选择性吸收辐射的涂层，及其在室温下获得的方法
【专利摘要】本发明涉及热利用。更具体地说，它涉及一种应用于金属上的涂层，用于利用太阳能辐射或人工照明。所述涂层的目的是用于提高太阳能收集的效率，最大化可见光的利用和最小化金属中的热辐射。该方法包括太阳能吸收涂层的构成和获得，该涂层在25℃至300℃的低、中温的范围内工作，并可以用于通过太阳能辐射或人工照明来产生热量的设备。
【专利说明】选择性吸收辐射的涂层，及其在室温下获得的方法发明领域
[0001]本发明涉及热利用。更具体地说，它涉及一种用于金属上的选择性吸收涂层，用于利用太阳能并将其转换为热能。所述涂层的目的是用于提高热能的收集效率，优化可见光的利用和最小化金属中的热辐射。
[0002]发明目的
[0003]本发明的目的是提出一种在室温下获得太阳能辐射选择性吸收涂层的方法，在25°(:至300°(:的中低温条件下起作用，该涂层可应用于通过太阳能辐射或人工照明来产生热量的装置。本发明还涉及到它能够提供的不同的用途和应用。
[0004]发明背景
[0005]选择性吸收涂层的目的是用于提高太阳能集热器的效率，通常用于太阳能热利用。所述涂层具有大的太阳能吸收功率和低发射率特性，以便减少远程红外区域由于热辐射而产生的能量损失。不管它们如何应用，选择性吸收涂层都扮演了重要的组成部分。
[0006]UV_VIS(200-1000纳米)区域的吸收率(α)和红外线(1-15微米)区域的发射率(ε)这两个量级用于评价选择性吸收涂层的效率。α越大以及ε越小，则所述涂层的效率越高。
[0007]选择性涂层，用于有效吸收太阳能并具有将其转换成热量的特点，因为他们具有反射光谱，能够突然改变当太阳能辐射强度是零时的波长(约2微米)，从一个很低的值(约5%)到一个很高的值(大于90%)，以上的波长对应于光谱的红外区域。这确保了金属单元所获得的热量不会通过热辐射而大量损失。
[0008]已知一些专利和专利申请是与太阳能选择性涂层相关的。通常，这些涂层是由金属、电介质或陶瓷材料基层，至少一层反射金属层和至少一层抗反射层制得的，它们的直接应用是在抛物面槽式太阳能集热器的吸收管和太阳能电池板的吸收层，如专利ES2316321B2、ES2317796B2 和专利申请 W02012172148A1。主要优势是在400°C 至 550°C 的温度范围内吸收率大于95%以及发射率低于0.2。然而，它们的合成物和获得方法是很复杂的，因此，其高生产成本，会导致在如食品、纺织等等产业的经济上不合理，从而导致最终产品的价格尚。
[0009]具体而言，在专利ES2317796B2或ES2316321B2中所描述的发明，公开非常可接受的吸收率值，但其发射率值却不太有利，从而导致选择性系数α/ε < 10。
[0010]特别是，已描述过的大量的选择性涂层采用金属陶瓷，该金属陶瓷由以下一些金属:铜、镍、钴、铂、铬、钼、钨、铝或银;和作为陶瓷基体的下列化合物:一氧化硅、二氧化硅、三氧化二铝、氮化铝或氧化镁形成。为了提高效率，这些金属陶瓷必须覆盖上一层具有良好透明特质的材料，如以下氧化物:Cr203，M0O3，WOx，Hf Ox或Si O2，其中，上述层作为抗反射层。此外，所述金属陶瓷作为红外反射镜必须放置在金属上，通常是银、铜、铝、金或铂。
[0011]与其他专利相反，本发明的工作温度为室温至200°C。制造成本降低，并且有利于在其他类型的行业和不需要高工作温度的应用场合中使用。
[0012]本发明不包括多个层，并且能够同时获得良好的反射和抗反射结果。
[0013]附图的简要说明
[0014]图1:涂层的横截面，包括金属材料的基层(I)和金属层(2)，在本实施例中，它是涂层金属管的横截面。展现的是包括金属材料的基层(I)和辐射吸收层(2)的涂层的横截面；以及
[0015]图2:所述涂层所获得的反射率值。
[0016]发明的详细说明
[0017]本发明的一个特征在于，包括一种辐射选择性吸收涂层和用于获得上述涂层的工
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[0018]本发明的一个特征在于，提出了一种在室温下采用剥离法来获得太阳能辐射选择性吸收涂层的方法。
[0019]所述涂层包括金属材料的基层(I)，它可能包括但不限于电介质或陶瓷的特性，和具有反射和抗反射特性的金属单层(2)，其被应用到基层(I)上以提供低的发射率特性，同时还具有多种用途，例如作为金属表面或金属基层的太阳能选择性吸收剂，以及太阳能热利用，包括但不限于在食品行业、在生产加工中、或在纺织行业中的纺织品，如用在补丁或插入物中的织物或线。
[0020]所述金属材料的基层(I)可能具有各种配置和材质的表面，包括但不限于光滑的、粗糙的、管状、片状、线状、丝状、球状等等。
[0021]对于以上所提及的用途及应用，所述太阳能辐射选择性吸收涂层在从室温(25°C)至300°C的低、中温范围内起作用，适用于在通过太阳能辐射或人工照明来产生热量的设备中使用。而且，它用来加热水或任何其他液体。
[0022]本发明还包括一种工艺，包括至少一次的清洗阶段、至少一次的一次浸泡阶段并且保持于水溶液中、至少一次的一次冲洗阶段、至少一次在水溶液中的二次浸泡阶段、以及至少一次的二次冲洗阶段。
[0023]本发明涉及一种使用剥离法获得太阳能辐射选择性涂层的方法，该方法包括至少一次的清洗阶段、一次剥离处理(浸泡并保持于水溶液中)、至少一次的一次冲洗阶段、至少一次的浸泡在水溶液中的阶段和至少一次的二次冲洗阶段。
[0024]在所述清洗阶段中，待涂覆的所述金属表面用溶剂清洁，其中，溶剂包括但不限于以下物质。
[0025]硅酸盐、磷酸盐、碳酸盐和硫酸盐的混合物，以除去灰尘等杂质及部分油脂；
[0026]三氯乙烯，用于除去可能存在于金属表面的油脂和油类；
[0027]丙酮，用于除去无机油脂和不同于氧化物的聚合物覆盖物。
[0028]清洗阶段之后，所述基层首次浸泡入浓度为O%到5%的氢氟酸水溶液加浓度为5%到15%的硝酸中。
[0029]清洗阶段之后，所述基层被提交到浓度为0%到5%的氢氟酸水溶液加浓度为5%到15%的硝酸中进行剥离处理。在8到16分钟的时间段内，待涂覆表面保持浸泡于溶液中。
[0030]然后，进行水冲洗阶段(可使用蒸馏水)。
[0031]然后，在二次浸泡阶段，所述基层在浓度为200克/升至300克/升的铬酸水溶液和浓度为350克/升至450克/升的硫酸中浸泡9到13小时，在9.5至10.5小时内获得最佳的涂层。该涂层在20°C至40°C的室温和0%RH至80%RH的湿度范围内生成，因为上述范围会在溶液中产生水沉淀。
[0032]而后，预处理的基层在浓度为200克/升至300克/升的络酸水溶液和浓度为350克/升至450克/升的硫酸中浸泡9到13小时，在9.5至10.5小时内获得最佳的涂层。该涂层在200C至40 0C的室温和O % RH至80 % RH的湿度范围内生成，因为上述范围会在溶液中产生水沉淀。
[0033]最后，取出具有涂层的基层，并将其提交到可用水或除杂液体进行的冲洗阶段。
[0034]于是，所述金属基层(I)涂覆有同时具有反射和抗反射特性的氧化铬单层(2)。
[0035]波长为0.25至1.0微米的吸收率水平为89%，波长为2至15微米的反射率水平为21%。
[0036]所获得的氧化铬层的厚度为200纳米。
[0037]对具有典型镍/氧化镍的选择性吸收涂层进行测试，产生如图2所示的高反射光並L曰O
[0038]正如可以观察到的，本发明的优点是工艺简单，但尚未被用来解决在制造过程中需要工业用热和主要使用矿物燃料的行业中需要降低成本的情况，因此，本发明新颖是因为它的简单性和它允许获得的良好技术成果。
[0039]另一个优点是，获得它所必需的溶剂和溶液是可重复利用的，从而优化这些投入的使用。本发明的优选实施例
[0040]本方法可以使用附加的抛光处理以改善涂层，考虑到可被抛光的片材、管材和球体;但是，如果不使用附加步骤，如在使用线材或金属纤维的情况下，也不会大幅度降低吸收率值。
[0041]本方法中并不强制使用丙酮，使用该组分的目的是确保金属基层(I)的清洁，但并不会影响获得的功效值。
【主权项】
1.一种辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，包括金属基层和至少一层的金属层，其特征在于，所述金属层具有反射和抗反射特性，并且其获取工艺包括剥离过程，由金属基层和至少一层的金属层形成，特点在于该金属层具有反射和抗反射特性。2.辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，其特征在于，其获得工艺，包括至少一次的清洗阶段，至少一次的剥离工艺，至少一次的一次冲洗阶段，至少一次的浸泡在水溶液中的二次阶段以及至少一次的二次冲洗阶段。3.根据权利要求1所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，所述金属材料具有各种配置和材质的表面，包括但不限于光滑、粗糙、管状、片状、线状、丝状、球状等。4.根据权利要求1所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，所述金属层包括氧化铬。5.根据权利要求2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，所述各阶段是在20°C至40°C的室温下及0%RH至80%RH的湿度条件下进行的。6.根据权利要求2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，在清洗阶段中，覆盖所述金属表面的溶剂，包括但不限于，硅酸盐、磷酸盐、碳酸盐和硫酸盐的混合物、三氯乙烯以及丙酮。7.根据权利要求6所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，所述清洗阶段使用丙酮或不使用丙酮。8.根据权利要求2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，在一次浸泡阶段中，所述水溶液是浓度为O %到5 %的氢氟酸加浓度为5 %到15 %的硝酸。9.根据权利要求2和8所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，在保持阶段中，待涂覆表面浸泡8至16分钟。10.根据权利要求2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，一次冲洗阶段和二次冲洗阶段都是采用水或除杂液体。11.根据权利要求2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，在二次浸泡阶段中，所述水溶液是浓度为200克/升至300克/升的铬酸和浓度为350克/升至450克/升的硫酸，浸泡9至13个小时。12.根据权利要求2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，所述冲洗阶段采用水或除杂液体。13.根据权利要求2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，所述溶剂和溶液是能够重复利用的。14.根据权利要求1和2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，所述辐射选择性吸收涂层在自25 °C到300 °C的低、中温范围内工作。15.根据权利要求1和2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，涂层能够应用于任何通过太阳能辐射或人工照明来产生热量的设备。16.根据权利要求1和2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，涂层应用于太阳能热利用，包括但不限于在食品行业、在生产加工、或在纺织行业中的纺织品，如用在补丁或插入物中的织物或线。17.根据权利要求1和2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，它用在任何需要经过热量处理的行业中，来加热水和任何其他液体。18.根据权利要求1和2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，不需要预先进行抛光处理。19.根据权利要求1和2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，波长为0.25到1.0微米的吸收率水平是89%。20.根据权利要求1和2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，波长为2到15微米的反射率水平为21%。21.根据权利要求1和2所述的辐射选择性吸收涂层及其在室温下的获得工艺，进一步的特征在于，所获得的氧化铬膜的厚度为200纳米。
【文档编号】F24J2/46GK105899712SQ201480062151
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月4日
【发明人】P·J·M·卡马乔, F·A·里奥斯, R·M·马菲尔, A·F·G·罗恰
【申请人】能源供应设施股份制公司