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        淺談太陽能集熱器的表面處理工藝

        2015-09-18 06:30:42陳松祺萬海峰陳明偉
        電鍍與環(huán)保 2015年2期
        關(guān)鍵詞:輻射率集熱器吸收率

        陳松祺, 萬海峰, 陳明偉

        (1.上海飛機制造廠,上海 200232;2.上海愛迪新技術(shù)研究所,上海 200030)

        淺談太陽能集熱器的表面處理工藝

        陳松祺1, 萬海峰2, 陳明偉2

        (1.上海飛機制造廠,上海 200232;2.上海愛迪新技術(shù)研究所,上海 200030)

        0 前言

        隨著能源消耗的迅速增加,地球上的礦物資源會越來越少。太陽能是取之不盡、清潔無污染的能源,因此,世界各國都在利用太陽能。我國是能源消耗大國,太陽能的轉(zhuǎn)換和利用是最大的財富。

        太陽能熱水器是目前太陽能利用中技術(shù)最成熟的裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、工作可靠、使用方便等優(yōu)點,因而得到了廣泛的應(yīng)用。太陽能熱水器可分為平板式集熱器和聚光式集熱器兩大類。聚光式集熱器在短時間內(nèi)可達120℃,集熱效果受太陽、環(huán)境溫度和風的影響,暫不介紹。

        平板式集熱器是借助溫室效應(yīng),利用黑體物質(zhì)吸收太陽輻射,達到積蓄升溫的目的。它的優(yōu)點是吸熱效率高,受環(huán)境的影響較小,無需跟蹤陽光,水溫一般能達到60℃左右。

        平板式集熱器的升溫快慢,取決于集熱器結(jié)構(gòu)、透光材料、絕熱材料、聚光收集器結(jié)構(gòu)、水循環(huán)形式、傾斜角度、安裝方向和位置等。其中吸熱的黑體物質(zhì)與表面處理工藝有密切的關(guān)系。采用的鍍履層應(yīng)有高達90%以上的吸收率,反射率低于15%。

        1 表面處理工藝

        表面處理工藝分濕法和干法兩種。

        1.1 干法工藝

        干法工藝不在水溶液中進行,該工藝被稱為“環(huán)保工藝”。其中,物理氣相沉積一般包括真空蒸發(fā)鍍、真空濺射鍍、離子鍍?nèi)悺?/p>

        電鍍、真空蒸發(fā)鍍、真空濺射鍍和離子鍍的比較,見表l。

        1.2 濕法工藝

        濕法工藝是在水溶液中進行的,如電鍍、電解氧化、化學轉(zhuǎn)化、電泳等。

        吸收太陽能的途徑之一是集熱器。該集熱器使用吸熱板,在80年代初國外采用銅上面先鍍鎳后鍍黑鉻的工藝。

        1.2.1 鍍黑鉻工藝

        不同鍍鎳工藝的太陽能吸收率(α)和紅外輻射率(ε),見表2。

        表2 不同鍍鎳工藝的太陽能吸收率和紅外輻射率

        黑鉻的太陽能選擇特性與電鍍時間有關(guān)。太陽能吸收率和紅外輻射率與電鍍時間的關(guān)系(溫度為120℃),見表3

        表3 太陽能吸收率和紅外輻射率與電鍍時間的關(guān)系

        由表3可知:剛開始,太陽能吸收率增加很快,而紅外輻射率沒有明顯增加,直到太陽能吸收率達到最大值;此后,太陽能吸收率幾乎不再增加,而紅外輻射率迅速提高。一般認為,在18A/dm2的電流密度下最佳的電鍍時間為1min左右,此時鍍層厚度為0.5~2.5μm。

        1.2.2 銅及銅合金的電化學和化學轉(zhuǎn)化處理工藝

        太陽能集熱器中吸收板的黑體物質(zhì),主要是能滿足太陽能吸收率和紅外輻射率?;w材料要有利于電鍍和化學轉(zhuǎn)化處理,因此,采用銅和黃銅為主。

        因銅及銅合金的氧化膜為半光澤或無光澤,薄而緊密,與基體金屬結(jié)合牢固,具有一定的防護-裝飾性,但脆而不耐磨。膜層的組成是氧化銅、氧化亞銅、硫化銅或它們的混合物。因膜的組成不同,顏色也有所區(qū)別。但在實際生產(chǎn)中,其成本一定高于鋁箔太陽能吸收板陽極化工藝的。銅及銅合金電化學氧化溶液成分及工藝條件,見表4。

        銅及銅合金化學轉(zhuǎn)化溶液成分及工藝條件,見表5。

        表4 銅及銅合金電化學氧化溶液成分及工藝條件

        表5 銅及銅合金化學轉(zhuǎn)化溶液成分及工藝條件

        上述濕法工藝是存在污染排放的。目前三廢治理要求嚴格,使生產(chǎn)成本提高。因此,太陽能吸收板逐漸向鋁陽極化著色發(fā)展。

        1.2.3 鋁箔太陽能吸收板特種陽極化發(fā)黑工藝

        鋁及鋁合金陽極化有不同的工藝,如硬質(zhì)、瓷質(zhì)、耐壓、著色、膠接、探傷等。由于鋁陽極化槽液以酸為主,相對而言三廢治理較容易。

        集熱板的太陽能吸收率和紅外輻射率與鋁極化時間的關(guān)系,見表6。

        當工藝確定后,“智能化”管理是方向。值得提供探討的幾點如下:

        (1)太陽能吸熱板采用工業(yè)純鋁1060(Al≥99.6%,F(xiàn)e≤0.20%,Si≤0.20%,Cu≤0.01%)比1100(Al≥99.0%,F(xiàn)e≤0.50%,Si≤0.50%,Cu≤0.01%)好;

        (2)采用硫酸陽極化后化學染黑,太陽能吸收率低,而紅外輻射率高;

        (3)電解著色的太陽能吸收率可達到92%~95%,紅外輻射率和特種極化時間配合可達到15%左右;

        表6 太陽能吸收率和紅外輻射率與鋁陽極化時間的關(guān)系

        (4)鋁陽極化膜太厚影響紅外輻射率,太薄影響太陽能吸收率,厚度在1.5μm左右;

        (5)電解著色交流電波形和陰陽極面積影響顏色深淺;

        (6)控制好特種鋁陽極化工藝和電解著色工藝并做好詳細記錄,是質(zhì)量的保證;

        (7)設(shè)備最好連續(xù)式,可提高產(chǎn)量,但導(dǎo)電和傳送有難度,龍門式掛具很重要;

        (8)新配的電解著色液應(yīng)通電處理,pH值控制在1左右;

        (9)龍門式掛具導(dǎo)電應(yīng)良好,在電解著色采用交流電,工作面不應(yīng)有金屬阻擋,應(yīng)絕緣,否則會造成無膜層;

        (10)由于膜層薄,當電解著色槽液沒控制好時,顏色會變?yōu)榛液凇?/p>

        2 結(jié)束語

        (1)平板式太陽能集熱器中吸熱板是重要的部分,吸熱板的表面處理特種工藝也是關(guān)鍵。干法工藝有專利報導(dǎo),可以使太陽能吸收率達到95%,紅外輻射率小于5%,對環(huán)保有益,但投資很大,難以推廣。

        (2)鋁特種陽極化電解著色工藝可以使太陽能吸收率達到90%以上,紅外輻射率為15%左右,可滿足要求,但應(yīng)重視三廢治理,有推廣價值。

        (3)表面處理特種工藝的質(zhì)量控制要求是:文件、材料、工序、維護、環(huán)境、人員、質(zhì)檢都要求控制,其中原始記錄更為重要。

        (4)國內(nèi)外航空航天將表面處理特種工藝放在首位,由于肉眼無法看出質(zhì)量好壞,相當于“內(nèi)科醫(yī)生”通過“化驗”才能對癥治病。

        TQ 153

        B

        1000-4742(2015)02-0054-03

        2013-06-21

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