CN103697609B

CN103697609B - 玻璃管、吸热管和抛物槽收集器

Info

Publication number: CN103697609B
Application number: CN201310078157.1A
Authority: CN
Inventors: A.迪内斯; V.莱文; Y.塔马
Original assignee: Siemens Concentrated Solar Power Ltd
Current assignee: Rio Glass Solar Ltd.
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2019-08-27
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: CN203240804U; CN103697609A

Abstract

本发明涉及玻璃管、吸热管和抛物槽收集器。提供了一种具有玻璃管表面的玻璃管，其中所述玻璃管表面至少部分地被抗反射层覆盖，以便相比于未覆盖的玻璃管表面减小玻璃管表面的太阳光辐射的反射率。抗反射层包括二氧化硅、选自50 nm至300 nm之间的范围的抗反射层厚度、以及大于92%且优选大于94%的太阳光辐射的抗反射层透射率。优选地，抗反射层厚度选自80 nm至200 nm之间的范围。例如，抗反射层厚度是100 nm。

Description

玻璃管、吸热管和抛物槽收集器

技术领域

本发明涉及玻璃管、具有该玻璃管的吸热管以及具有该吸热管的抛物槽收集器。

背景技术

基于太阳能集中技术的太阳能发电厂的太阳能收集单元例如是具有抛物面镜和吸热管的抛物槽收集器。吸热管布置在镜的焦线上。太阳光通过镜的太阳光反射表面被聚焦到吸热管。吸热管包括芯管，其充注有传热流体，传热流体例如是热油或者熔盐。经由吸热管的芯管，太阳光的能量被耦合到传热流体。太阳能被转换成热能。

为了最小化热能损失，吸热管包括外封装玻璃（玻璃管）。对太阳光透明的玻璃管围绕吸热管的内部中心不锈管同轴地布置。内管和玻璃管之间的空间被抽空。

发明内容

本发明的目标是提供一种玻璃管，所述玻璃管可被用作吸热管的封装件并且相比于现有技术显示出改进的光学特性。

本发明进一步的目标是提供具有包括所述玻璃管的封装件的吸热管以及具有所述吸热管的抛物槽收集器。

这些目标通过在权利要求中确定的发明来实现。

关于本发明，提供了一种具有玻璃管表面的玻璃管，其中所述玻璃管表面至少部分地被抗反射层覆盖，以便相比于未覆盖的玻璃管表面减小玻璃管表面的太阳光辐射的反射率。抗反射层包括二氧化硅（SiO₂）、选自50 nm至300 nm之间的范围的抗反射层厚度、以及大于92%且优选大于94%的太阳光辐射的抗反射层透射率。优选地，抗反射层厚度选自80nm至200 nm之间的范围。例如，抗反射层厚度是100 nm。

此外，提供一种用于吸收太阳能并且将吸收的太阳能传递给传热流体的吸热管，传热流体可以位于吸热管的芯管内部。芯管包括具有用于吸收太阳光的太阳吸收辐射的太阳能吸收涂层的芯管表面。芯管由具有玻璃管的封装件包围。芯管表面和封装件被布置成使得太阳吸收辐射能够穿透封装件并且可以撞击太阳能吸收涂层。

此外，提供一种抛物槽收集器，包括：至少一个具有用于将太阳光聚集在太阳光反射表面的焦线上的太阳光反射表面的抛物面镜；以及至少一个布置在抛物面镜的焦线上的吸热管。替代地，具有线性菲涅尔（linear Fresnel）技术的太阳能收集器可以被实现。所以，包括有至少一个菲涅尔镜的线性菲涅尔镜收集器具有太阳光反射表面，用于将太阳光聚集在太阳光反射表面的焦线上，以及至少一个布置在菲涅尔镜的焦线上的吸热管。

玻璃管壁对于较宽波长范围的太阳射线是透明的。优选地，玻璃管的玻璃管壁包括玻璃（SiO_x）。其它透明材料也是可行的。

在优选实施例中，抗反射层包括背离（避开）玻璃管表面的抗反射层表面。抗反射层表面至少部分地被抗刮擦涂层覆盖，以便相比于未覆盖的抗反射涂层增加抗反射涂层表面抵抗对抗反射涂层表面的机械损坏的耐久性。抗刮擦涂层包括二氧化硅。抗反射涂层和抗刮擦涂层形成一体的层组合。

附图说明

参照附图从示例性实施例的描述得出本发明进一步的特征和优点。附图是示意性的。

图1从侧面示出玻璃管的横截面。

图2示出具有吸热管的抛物槽收集器的横截面，吸热管包括具有玻璃管的封装件。

图3示出不同玻璃载片的透射谱。

具体实施方式

提供一种具有玻璃管表面11的玻璃管1，所述玻璃管表面至少部分地被抗反射层12覆盖。抗反射层12包括二氧化硅。抗反射层厚度是大约100 nm。

抗反射层12包括抗反射层表面121，所述抗反射层表面背离玻璃管表面11。抗反射层表面121至少部分地被抗刮擦层13覆盖。抗刮擦层13包括二氧化硅。抗刮擦覆盖物厚度是大约50 nm。

抗反射层和抗刮擦覆盖物形成一体的层。

被玻璃管1包围的吸热管2的芯管21由钢制成。此外，芯管的芯管表面包括吸收太阳光的吸收涂层（未示出）。

吸热管2为抛物槽收集器1000的一部分。抛物槽收集器1000包括至少一个具有太阳光反射表面31的抛物面镜3。太阳光通过反射表面31被聚集在抛物面镜3的焦线32上。聚集的太阳光被吸热管2吸收。

抛物槽收集器（以及相应地菲涅尔镜收集器）被用在太阳能发电站中用于将太阳能转换成电能。被加热的传热流体用于通过换热器产生蒸汽。蒸汽驱动被连接到发电机的涡轮机。发电机产生电流。

通过制造覆盖有一体的抗反射层和抗刮擦涂层的玻璃表面的方法来制造具有不同层的玻璃管，所述方法包括以下步骤：

（i）制备包括作为原料的硅溶胶溶液以及至少一种溶剂的第一溶液；该步骤涉及改变溶液的pH，从而使得能够发生增大溶液的光密度的反应；

（ii）将玻璃表面浸渍在第一溶液中，从而获得覆盖有抗反射层的玻璃表面；

（iii）干燥被覆盖的玻璃表面；

（iv）制备包括作为原料的硅酸乙酯（TEOS）以及至少一种溶剂的第二溶液；

（v）将被覆盖的玻璃表面浸渍在第二溶液中，从而获得覆盖有抗反射层和抗刮擦涂层的玻璃表面；

（vi）干燥被覆盖的玻璃表面；

（vii）在400-800℃固化被覆盖的玻璃表面，从而获得其中抗反射层和抗刮擦涂层形成一体的被覆盖的玻璃表面。

为了用期望的抗反射层来覆盖玻璃管表面，第一溶液被制备成包括作为原料的硅溶胶以及至少一种溶剂。

例如，第一溶液中的至少一种溶剂选自直链或支链C1-C5醇。这样的醇溶剂可以选自由甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇、2,2-二甲基-1-丙醇、3-甲基-2-丁醇和2-甲基-2-丁醇构成的组。

在一个实施例中，硅溶胶溶液包括达到约30%（w/w）的SiO₂（工艺可以被实施成包括达到50%的作为原料的硅溶胶）。

在一个实施例中，第一溶液还包括酸。本文所用的术语“酸”应理解为包括任何电子对受体化合物，该化合物可以是除了含氟酸之外的无机（矿物）酸或有机酸、质子酸或多元酸。在一个实施例中，所选择的酸是HNO₃。工艺可以由下述酸中的任何酸来实现：HI、HCl、HBr、H₂SO₄、H₃PO₄、H₂CrO₄、HClO 、HClO₄、乙酸、甲酸、草酸和柠檬酸。

在所述实施例中，所述溶液具有从约1.0至约3.0范围的pH。

所设想的是，以如下速度来执行玻璃表面在第一溶液中的浸渍，即：该速度能够在玻璃表面上形成抗反射层，导致具有从约94％至约97％范围的能量传输（透射）水平的被覆盖的玻璃表面。在所述实施例中，在第一溶液中浸渍玻璃表面的速度在从约3至约12毫米每秒的范围。

使用本领域中已知的任何机械辅助、设备或装置来执行玻璃表面在第一和/或第二溶液中的浸渍，其能够控制在溶液中浸渍玻璃表面的速度。这种机械设备、辅助或装置的非限制性示例是如下所述的容器（罐）：玻璃表面可被定位在该容器中并且该容器可以填充有溶液。

在一个实施例中，通过使用泵以一定速度从容器的底部泵送溶液或者利用提升装置以一定速度竖直地升起玻璃管表面来执行玻璃管表面在溶液中的浸渍。

在进一步的实施例中，浸渍装置是直径约600毫米且高度约4米的圆筒形装置。浸渍装置可以水平或竖直地运动。

在一个实施例中，可被用于在浸渍装置中浸渍玻璃管表面的步骤序列包括：将浸渍装置定位在水平位置；将玻璃管表面插入到浸渍装置中；使浸渍装置运动到竖直位置；使用泵将溶液通过底部开口部来填充所述装置；以及，以特定的速度泵送溶液。

在一个实施例中，在具有达到约100℃温度的干燥空气中执行步骤（iii）和步骤（ⅵ）中对所得到的被覆盖玻璃表面的干燥。在另一实施例中，在具有从约80℃至约120℃温度的干燥空气中执行步骤（iii）和步骤（ⅵ）中对所述表面的干燥。

使用本领域技术人员已知的任何机械辅助、设备或装置来执行步骤（iii）和步骤（ⅵ）中对被覆盖玻璃表面的浸渍，其能够将空气吹送到玻璃表面上并且能够控制吹送空气的温度。这样的机械设备可以是浸渍设备的一部分，或者可以是玻璃表面被引入到其中的单独设备。

在一个实施例中，在其中进行浸渍的相同装置中执行被覆盖玻璃表面的干燥，。该装置还配备有在溶液被所述装置泵出之后使用的热空气鼓风机。在另一个实施例中，干燥可以在单独的装置中进行。

在一个实施例中，抗反射层的厚度的范围在约80 nm至约200 nm。

在一个实施例中，第二溶液中的至少一种溶剂选自由直链或支链C1-C5醇构成的组。这样的醇溶剂可以选自由甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇、2,2-二甲基-1-丙醇、3-甲基-2-丁醇和2-甲基-2-丁醇构成的组。

在一个实施例中，第二溶液由包括作为原料的TEOS的溶液制备。

在一个实施例中，第二溶液还包括如本文上述定义的酸。在另一个实施例中，所述酸选自由HCl、HI、HNO₃、HBr、H₂SO₄、H₃PO₄、H₂CrO₄、HClO、HClO₄、乙酸、甲酸、草酸和柠檬酸构成的组。

在一个实施例中，所述第二溶液的pH范围在约1至约3。

还进一步设想，以能够在覆盖有抗反射层的玻璃表面上形成抗刮擦涂层而不降低抗反射层的能量传输的速度执行被覆盖玻璃表面在第二溶液中的浸渍。在所述实施例中，在第二溶液中浸渍覆盖有抗反射层的玻璃表面的速度的范围在约3至约12毫米每秒。

可以使用能够产生所需温度的任何种类的加热装置来执行玻璃表面在400-800℃的固化，例如配备有合适的气体或气体混合物的燃烧器或者燃烧炉、电炉或感应炉。

在一个实施例中，一体的抗反射层和抗刮擦涂层具有从约80至约200 nm范围的厚度，即：与没有抗刮擦涂层的抗反射层基本相同的或相似的厚度。

在一个实施例中，覆盖有一体的抗反射层和抗刮擦涂层的玻璃具有从约94％至约97％的能量传输水平，即基本上维持（或稍微改进）仅覆盖有抗反射层的玻璃表面的能量传输。

在图1中清楚地示出在用抗反射涂层覆盖硼硅玻璃时增强了能量透射率（在最大波长），即：在用抗刮擦涂层涂覆被覆盖玻璃时未显着地改变该透射率，并且在固化被覆盖玻璃表面之后所述透射率也被保持（甚至略有改善）。因此，抗刮擦涂层不显着改变覆盖有抗反射第一层的玻璃的光学特性。

在一个实施例中，覆盖有一体的抗反射层和抗刮擦涂层的玻璃表面经受超过50个周期的耐刮擦测试（5750 LINEAR ABRASER（线性研磨器）仪器；压力负荷：0.6千克；线性摩擦行程的长度：38毫米；所有行程在一个路径上完成；每完整行程的持续时间：2秒；材料：由Taber（泰伯）生产的CS-10F）。为了进行比较，覆盖有抗反射层的玻璃表面的耐刮擦性（用相同的设备在相同的条件下测得）本身小于1。

在一个实施例中，第一溶液的光密度范围在约0.3至约1.0。

在一个实施例中，覆盖有一体的抗反射层和抗刮擦涂层的玻璃表面的折射率的范围在约1.2至约1.4。

例1

第一溶液的制备

材料：

甲醇（或如上述定义的任何其他溶剂，或者其中一些溶剂的混合物或所有溶剂的混合物）；

硅溶胶溶液（在水中30％的SiO ₂），（EKA Chemical AB）；

HCl（13％（按重量））（或如上面列出的任何其他酸，或所述酸中一些酸的混合物，或所有酸的混合物）。

方法：

混合以上列出的材料以改变它们的pH并将光密度设置到所需水平。

例2

第二溶液的制备

材料：

TEOS（98％（按重量））（SIGMA-ALDRICH）；

HCl（13％（按重量））（或如上面列出的任何其他酸，或所述酸中一些酸的混合物，或所有酸的混合物）；

RO水（或任何其他处理过的水）。

方法：

混合以上列出的材料以改变它们的pH，确保进入的批量产生反应且最终pH在1-3的范围内。

例3

制造覆盖有一体的抗反射层和抗刮擦涂层的玻璃表面的方法

1. 将玻璃管浸渍在例1中制备的溶液中。

2. 使用干燥空气或其他干燥技术在不会伤害涂层的温度下干燥玻璃管。

3. 将玻璃管浸渍在例2中制备的溶液中。

4. 使用干燥空气或其他干燥技术在不会伤害涂层的温度下干燥玻璃管。

5. 在上面详述的技术中固化玻璃管和涂层。

例4

进行了比较实验，以下玻璃载片（玻璃基片）的能量传输（透射）被比较：

无覆盖物的硼硅玻璃（31）。

覆盖有（根据例1制备的）抗反射层（其中玻璃管被浸渍到第一溶液中）的硼硅玻璃（32）。

覆盖有（根据例1制备的）抗反射层（其中玻璃管被浸渍到第一溶液中）和（根据例2制备的）抗刮擦涂层（其中玻璃管被浸渍到第二溶液中但没有固化）的硼硅玻璃（33）。

覆盖有（根据例1制备的）抗反射层（其中玻璃管被浸渍到第一溶液中）和（根据例2制备的）抗刮擦涂层（其中玻璃管被浸渍到第二溶液中且随后固化）的硼硅玻璃（34）。

Claims

1.一种吸热管（2），所述吸热管用于吸收太阳能并将吸收的太阳能传递给能够位于吸热管（2）的芯管（21）内部的传热流体，其特征在于，

所述芯管包括具有太阳能吸收涂层的芯管表面，所述太阳能吸收涂层用于吸收太阳光的太阳吸收辐射；并且

所述芯管被具有玻璃管的封装件包围，其中，所述玻璃管（1）具有玻璃管表面（11），其中，所述玻璃管表面至少部分地被抗反射层（12）覆盖，以便相比于未覆盖的玻璃管表面减小玻璃管表面的太阳光辐射的反射率，其中，所述抗反射层包括

二氧化硅；

选自50 nm至300 nm之间的范围的抗反射层厚度；以及

大于92%的太阳光辐射的抗反射层透射率，

其中，所述抗反射层包括抗反射层表面，所述抗反射层表面背离玻璃管表面并且至少部分地被具有二氧化硅的抗刮擦涂层覆盖，以便相比于未覆盖的抗反射涂层增加抗反射涂层表面抵抗对抗反射涂层表面的机械损坏的耐久性，

其中，所述抗反射层和所述抗刮擦涂层形成一体的层，

其中，覆盖有所述一体的层的玻璃管表面的折射率的范围在1.2至1.4，

其中，由所述抗反射层和所述抗刮擦涂层形成的一体的层具有从80至200 nm范围的厚度，

其中，所述抗反射层厚度选自80 nm至200 nm之间的范围，并且

其中，所述传热流体是热油。

2.根据权利要求1所述的吸热管（2），其中，所述抗反射层包括大于94%的太阳光辐射的抗反射层透射率。

3.一种抛物槽收集器（1000），所述抛物槽收集器包括：

至少一个具有太阳光反射表面（31）的抛物面镜（3），所述太阳光反射表面用于将太阳光聚集在太阳光反射表面（31）的焦线（32）上；以及

至少一个根据权利要求1或2所述的吸热管（2），所述吸热管布置在抛物面镜（3）的焦线（32）上。