CN102667362A - 受热器管、制造受热器管的方法、具有接收器管的抛物面槽式聚热器和抛物面槽式聚热器的用途 - Google Patents

受热器管、制造受热器管的方法、具有接收器管的抛物面槽式聚热器和抛物面槽式聚热器的用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于吸收太阳能的受热器管，其包括被太阳能吸收涂层覆盖的至少一个第一局部表面和基本不被吸收涂层覆盖的至少一个第二局部表面。还提供了一种抛物面槽式聚热器，包括：至少一个抛物面反射镜，用于将太阳光集中在抛物面反射镜的焦线，和至少一个受热器管，其排列在抛物面反射镜的焦线上；其中受热器管排列在焦线上，使得第一局部表面至少部分地位于太阳光反射表面的对面，第二局部表面至少部分地转移到太阳光反射表面。抛物面槽式聚热器用在太阳能电厂中，用于将太阳能转换成电能。

Description

受热器管、制造受热器管的方法、具有接收器管的抛物面槽式聚热器和抛物面槽式聚热器的用途
技术领域
本发明涉及受热器管和制造受热器管的方法。而且，提供了抛物面槽式聚热器和抛物面槽式聚热器的用途。
背景技术
基于聚中式太阳能发电（concentrated solar power）技术的太阳场发电厂的太阳能收集单元例如是具有抛物面反射镜的抛物面槽式聚热器和受热器管。受热器管排列在反射镜的焦线中。太阳光通过反射镜的太阳光反射表面被聚焦到充满传热流体（例如热媒油）的受热器管。经由受热器管，太阳光的能量耦合到传热流体中。太阳能被转换成热能。
为了使太阳光能量耦合到传热流体中的效率最大化，在受热器管的表面上附着了太阳能吸收涂层。此吸收涂层通常包括多层叠层，该叠层具有不同光学特征的顺序沉积的薄膜层。
吸收涂层实质性的总体光学特征在于对太阳光谱的波长（吸收辐射）具有高的太阳光吸收率（低太阳光反射率）。此外，对于红外辐射的低发射率（高反射率）是有利的。此涂层被称作选择性太阳能涂层。
为了制造受热器管，使用类似溅射的方法通过沉积在表面上的薄膜的顺序外形轮廓，太阳能吸收涂层被附着在受热器管的表面上。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种与现有技术相比能量产出提高的受热器管。
本发明的另一个目的是提供一种具有受热器管的抛物面槽式聚热器。
本发明的又一个目的是提供一种抛物面槽式聚热器的用途。
这些目的是通过权利要求中限定的发明来实现的。
提供了一种受热器管，用于吸收太阳能并用于将所吸收的太阳能传递到能被置于所述受热器管内部的传热流体。所述受热器管包括：至少一个第一局部表面，其被太阳能吸收涂层覆盖，用于吸收太阳光的特定光谱的吸收辐射；和至少一个第二局部表面，其基本不被所述吸收涂层覆盖。第一局部表面和第二局部表面是受热器管的横向区的区段。例如，第一局部表面由圆周（区段角）在90o和270 o之间的区段形成，而第二区段由圆周在180o和90 o之间的区段形成。
此外，公开了一种用于制造受热器管的方法。该方法包括以下步骤：a）提供具有所述第一局部表面和所述第二局部表面的未覆盖的受热器管；和b）将太阳能吸收涂层附着在所述受热器管的第一局部表面上，而所述第二局部表面保持基本不覆盖。
还提供了一种抛物面槽式聚热器，包括：至少一个抛物面反射镜，其具有太阳光反射表面以将太阳光集中在所述抛物面反射镜的焦线；和至少一个受热器管，其排列在所述抛物面反射镜的焦线中；其中所述受热器管排列在所述焦线中，使得具有太阳能吸收涂层的第一局部表面至少部分地位于所述太阳光反射表面的对面，所述第二局部表面至少部分地转移到所述太阳光反射表面。具有太阳能吸收涂层的第一局部表面和反射镜的太阳光反射表面面对面排列。
最后，公开了抛物面槽式聚热器在发电厂的用途，以将太阳能转换成电能。
本发明的思想是用太阳能吸收涂层只覆盖受热器管的第一局部表面。受热器管排列在抛物面反射镜的焦线中，使得集中的太阳能辐射照射太阳能吸收涂层。受热器管的不被集中的太阳能辐射加热的部分（即通常面对太阳，因此只受到直接太阳辐射的那部分）根本不会被覆盖，或由非选择性涂层覆盖。
优选地，第一局部表面和/或第二局部表面沿受热器管的纵向准线（longitudinal alignment）对齐。
在一个优选实施例中，第一局部表面包括所述受热器管的横向区的第一区段，其圆周从在150o和300o之间的范围选择，优选在180o和270o之间选择。在另一优选实施例中，第二局部表面包括所述受热器管的横向区的第二区段，其圆周从在210o和60o之间的范围选择，优选在180o和90o之间选择。这些角度关于受热器管的热特征而被优化。
优选地，局部表面中的至少一个形成邻接区。受热器管排列在与反射镜的纵向准线平行的焦线中。藉此，太阳能的吸收是非常有效的。集中的太阳辐射一直照射在太阳能吸收涂层上（大约52倍太阳光强度），而集中的太阳辐射并不照射在第二局部表面上（大约0.6倍太阳光强度）。非常少量的能量被浪费，同时由于总发射率获得更多的热损失。
第二局部表面可以被覆盖或可以不被覆盖。优点是第二局部表面的低发射率。
优选地，第二局部表面包括在高于350℃的温度小于20%的红外辐射的发射率。在一个优选实施例中，第二局部表面包括从存在铝、铜、银、金和钼的组中选择的金属。其它金属或合金也是可行的。例如，受热器管的第二局部表面被具有铜的层覆盖。此具有铜的涂层阻挡热辐射（发射率）到由直接太阳辐射照射的受热器管的上部上。这大大降低了总的接收器热损失，同时损失照射其上的一些总辐射。即使损失一些直接的太阳辐射，受热器管的总吸收/发射比率因此被提高。第一局部表面和第二局部表面的面积不一定具有相同大小。局部表面的大小以及其在受热器管的横向表面上的位置（例如，由于RIM）很容易被优化。
为了将太阳能吸收涂层附着在所述受热器管的第一局部表面上，使用薄膜沉积技术。所述薄膜沉积技术是从由原子层沉积、化学气相沉积和物理气相沉积组成的组中选择的。物理气相沉积例如是溅射。
为了得到选择性覆盖的表面，借助掩膜方法执行太阳吸收涂层的附着。其它适当方法也是可行的。
关于本发明有以下优点：
-更宽范围的可用材料可用于受热器管的第二局部表面。例如，此材料可用于选择性涂层。
-由于更好的适配材料，造成在非选择性涂层部分对热辐射的更高阻挡。
-这带来整个受热器管的吸收/放射的总的更高比率。
-本发明是与受热器管内部的传热流体（例如蒸汽）一起工作的一种解决方案，其中由于接收器的上部以比受热器管的下部更低的速率经历热膨胀，流体的传热特征引起受热器管弯曲。通过将受热器管的上部的温度保持在由于此部分的较少发射的升高的温度，非选择性涂层的低发射率减轻这种弯曲。受热器管周围的选择性吸收涂层，即使被动态控制在两面具有不同层厚或不同吸收光谱，但在其克服此问题的能力上是有限的。
附图说明
参照附图，通过示例性实施例的描述提出本发明的进一步的特征和优点。附图是示意性的。
图1示出了受热器管的横截面。
图2示出了抛物面槽式聚热器的横截面。
具体实施方式
给出的受热器管1具有第一局部表面10和第二局部表面11（图1）。第一局部表面由太阳能吸收涂层（选择性吸收涂层）101覆盖。太阳能吸收涂层是具有不同光学特征的不同层的多层排列结构。
第二局部表面由非选择性涂层111（散布）覆盖。此涂层例如包括铜。
受热器管是抛物面槽式聚热器100的一部分。抛物面槽式聚热器包括具有太阳光反射表面2011的至少一个抛物面反射镜201。太阳光通过反射表面集中在抛物面反射镜201的焦线1012中。
受热器管位于抛物面反射镜的焦线中。因此，受热器管的第一局部表面（接收器管的下部）与反射镜的太阳光反射表面相对。第二局部表面（受热器管的上部）转移到反射镜的太阳光反射表面。
传热流体位于受热器管的内部。太阳光通过太阳能吸收涂层被吸收并转换成热。此热被传递到传热流体。
抛物面槽式聚热器用于太阳能发电厂，以将太阳能转换成电能。

Claims (13)

1. 受热器管（1），用于吸收太阳能以及用于将所吸收的太阳能传递到能置于所述受热器管内的传热流体，其中所述受热器管包括：
- 至少一个第一局部表面（10），其被太阳能吸收涂层（101）覆盖，用于吸收太阳光的特定光谱的吸收辐射，和
- 至少一个第二局部表面，其基本上不被所述吸收涂层覆盖。
2. 根据权利要求1所述的受热器管，其中所述第一局部表面和/或第二局部表面沿所述受热器管的纵向准线对齐。
3. 根据权利要求1或2所述的受热器管，其中所述第一局部表面包括所述受热器管的横向区的第一区段，其圆周在150o和300o之间的范围选择，优选在180o和270o之间选择。
4. 根据前述权利要求之一所述的受热器管，其中所述第二局部表面包括所述受热器管的横向区的第二区段，其圆周从在210o和60o之间的范围选择，优选在180o和90o之间选择。
5. 根据前述权利要求之一所述的受热器管，其中所述第二局部表面包括小于20%的红外辐射发射率。
6. 根据前述权利要求之一所述的受热器管，其中所述第二局部表面包括从存在铝、铜、银、金和钼的组中选择的金属。
7. 根据前述权利要求之一所述的受热器管，其中所述局部表面中的至少一个形成邻接区。
8. 用于制造权利要求1-7之一所述受热器管的方法，该方法包括以下步骤：
a）提供具有所述第一局部表面和所述第二局部表面的未覆盖的受热器管；和
b）将太阳能吸收涂层附着在所述受热器管的第一局部表面上，而所述第二局部表面保持基本不被覆盖。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中为了将太阳能吸收涂层附着在所述受热器管的第一局部表面上，使用薄膜沉积技术。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述薄膜沉积技术是从原子层沉积、化学气相沉积和物理气相沉积构成的组中选择的。
11. 根据权利要求8-10之一所述的方法，其中所述附着过程是借助掩膜方法进行的。
12. 抛物面槽式聚热器，包括：
- 至少一个抛物面反射镜，其具有太阳光反射表面以将太阳光集中在所述抛物面反射镜的焦线中，和
- 权利要求1-5所述的至少一个受热器管，其排列在所述抛物面反射镜的焦线上；
其中所述受热器管排列在所述焦线上，使得具有太阳能吸收涂层的第一局部表面至少部分地位于所述太阳光反射表面的对面，所述第二局部表面至少部分地转移到所述太阳光反射表面。
13. 根据权利要求12的抛物面槽式聚热器在发电厂的用途，以将太阳能转换成电能。
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