CN106152573A - 一种非真空高温太阳能集热管 - Google Patents

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晏强
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Abstract

本发明属于太阳能光热利用技术领域，尤其涉及一种非真空高温太阳能集热管，包括基管，其特征在于，所述基管表面由内到外依次设置有吸收涂层、减反射涂层、抗热辐射保护层、抗热传导保护层、防护支撑层。所述吸收涂层为镍、钼的陶瓷复合材料或钨、钴的陶瓷复合材料，所述减反射涂层为氧化铝涂层、氧化铬涂层、二氧化锡涂层中的一种或几种组合。本发明采用纳米微孔二氧化硅隔热材料降低热传导损失，通过氧化铝薄膜的反射作用，其热辐射损失下降90%以上，并具有结构简单、耐高温、耐候性好、使用寿命长、太阳吸收比高、不易损坏的优点。

Description

一种非真空高温太阳能集热管
技术领域
本发明属于太阳能光热利用技术领域，尤其涉及一种非真空高温太阳能集热管。
背景技术
能源问题一直是困扰我国乃至全世界的一个问题，化石能源经过多年的采集和使用，已经日渐枯竭，地球的生态环境也不堪重负，因此我们迫切需要找到新型的能源以替代化石燃料。
可再生能源概念应运而生，它主要是指太阳能、风能、生物质能和潮汐能等，而其中又以太阳能为主。太阳能具有资源量大，分布范围广，清洁无污染，技术可靠等优点。太阳能发电技术日益成为我国乃至国际可再生能源技术发展的重点。我国太阳能资源丰富，全国总面积2/3以上的地区年日照时长大2000小时以上，我国太阳能资源的年理论储量可达17000亿吨煤。
太阳能光热发电技术包括塔式发电、槽式发电、蝶式发电和涅菲尔太阳能光热发电技术。其中，涅菲尔太阳能发电技术具有结构简单、成本低等优势。目前，太阳能光热发电所采用的集热管一般采用玻璃-金属真空太阳能集热管，它具有以下缺点：玻璃真空管使用寿命短，运输安装过程中容易损坏，耐候性不好，玻璃管有反射会造成热损失，集热管吸热层不耐高温。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供了一种能够替代玻璃-金属真空管，使用寿命长且耐高温的非真空高温太阳能集热管。
本发明所采用的技术方案为：一种非真空高温太阳能集热管，包括基管，其特征在于，所述基管表面由内到外依次设置有吸收涂层、减反射涂层、抗热辐射保护层、抗热传导保护层、防护支撑层。
所述吸收涂层为镍、钼的陶瓷复合材料，所述吸收涂层按照质量份数组成为镍6-8份、钼2-4份。
所述吸收涂层按照较优质量份数组成为：镍7份、钼3份。
所述吸收涂层为钨、钴的陶瓷复合材料，所述吸收涂层按照质量份数组成为钨2-3份、钴7-8份。
所述吸收涂层按照较优质量份数组成为：钨2份、钴8份。
所述减反射涂层为氧化铝涂层、氧化铬涂层、二氧化锡涂层中的一种或几种组合。
所述吸收涂层的厚度为10-25μm，所述减反射涂层的厚度为10-25μm。
所述吸收涂层的较优厚度为15μm，所述减反射涂层的较优厚度为15μm。
所述抗热辐射保护层为氧化铝薄膜，所述抗热传导保护层为纳米微孔二氧化硅隔热材料，所述防护支撑层为铝型材，所述基管为不锈钢材质。
所述抗热辐射保护层、抗热传导保护层均开设有轴向开槽。
本发明的有益效果为：
1、集热管内设计温度为550℃，与外界温差很大，必须采取保护措施以降低热损失，热量的传递方式有三种，包括热传导、热对流、热辐射，本发明采用纳米微孔二氧化硅隔热材料降低热传导损失；
2、由于管内温度高达550℃，因此热辐射损失会很大，根据斯特潘-玻尔兹曼黑体定律可知，Eb=εσΤ^4，管外壁没有任何保护措施的情况下，仅辐射散热量为5200W/m2，经过氧化铝薄膜的反射作用，其热辐射损失下降90%以上；
3、本发明集热管并未使用玻璃真空管，因此不会出现真空区进气影响使用寿命的问题；
4、基管采用不锈钢管，运输安装过程中不易损坏；
5、结构简单，耐候性好，使用寿命长；
6、吸收涂层为金属陶瓷复合材料，最高耐受800℃高温；
7、阳光直接照射在吸收涂层、减反射涂层上，没有玻璃的反射，提高太阳吸收比；
8、抗热辐射保护层、抗热传导保护层均有轴向开槽，以吸收太阳光。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中抗热辐射保护层、抗热传导保护层的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
图中，1-基管，2-吸收涂层，3-减反射涂层，4-抗热辐射保护层，5-抗热传导保护层，6-防护支撑层，7-轴线开槽。
实施例1
如图1-2所示，非真空高温太阳能集热管按照如下步骤制作：
（1）采用超音速火焰喷涂技术喷涂吸收涂层2：将镍粉和钼粉按6:4的比例混合后通过高压空气送入料仓，再将燃料气体和助燃气体一同进入燃烧室，瞬间达到1000℃以上高温喷涂到不锈钢基管1的外壁上，吸收涂层2的厚度为15μm，连续生产工艺在隧道窑中完成；
（2）然后在吸收涂层2上通过溶胶工艺涂覆氧化铝涂层作为减反射涂层3，减反射涂层3的厚度为25μm；
（3）在涂覆好吸收涂层2、减反射涂层3的不锈钢基管外，包裹上一层氧化铝薄膜作为抗热辐射保护层4，以降低热辐射损失；
（4）在氧化铝薄膜的外部再包裹上纳米微孔二氧化硅隔热材料作为抗热传导保护层5，在抗热辐射保护层4、抗热传导保护层5上预留轴线开槽7；
（5）最后，放将包裹好纳米微孔二氧化硅隔热材料的基管1置于防护支撑层6上，其中，防护支撑层6选用铝型材支架，起到保护和支撑作用。
实施例2
如图1-2所示，非真空高温太阳能集热管按照如下步骤制作：
（1）采用超音速火焰喷涂技术喷涂吸收涂层2：将镍粉和钼粉按7:3的比例混合后通过高压空气送入料仓，再将燃料气体和助燃气体一同进入燃烧室，瞬间达到1000℃以上高温喷涂到不锈钢基管1的外壁上，吸收涂层2的厚度为15μm，连续生产工艺在隧道窑中完成；
（2）然后在吸收涂层2上通过溶胶工艺涂覆氧化铬涂层作为减反射涂层3，减反射涂层3的厚度为15μm；
（3）在涂覆好吸收涂层2、减反射涂层3的不锈钢基管1外，包裹上一层氧化铝薄膜作为抗热辐射保护层4，以降低热辐射损失；
（4）在氧化铝薄膜的外部再包裹上纳米微孔二氧化硅隔热材料作为抗热传导保护层5，在抗热辐射保护层4、抗热传导保护层5上预留轴线开槽7；
（5）最后，放将包裹好纳米微孔二氧化硅隔热材料的基管1置于防护支撑层6上，其中，防护支撑层6选用铝型材支架，起到保护和支撑作用。
实施例3
如图1-2所示，非真空高温太阳能集热管按照如下步骤制作：
（1）采用超音速火焰喷涂技术喷涂吸收涂层2：将镍粉和钼粉按8：2的比例混合后通过高压空气送入料仓，再将燃料气体和助燃气体一同进入燃烧室，瞬间达到1000℃以上高温喷涂到不锈钢基管1的外壁上，吸收涂层2的厚度为25μm，连续生产工艺在隧道窑中完成；
（2）然后在吸收涂层2上通过溶胶工艺涂覆二氧化锡涂层作为减反射涂层3，减反射涂层3的厚度为15μm；
（3）在涂覆好吸收涂层2、减反射涂层3的不锈钢基管1外，包裹上一层氧化铝薄膜作为抗热辐射保护层4，以降低热辐射损失；
（4）在氧化铝薄膜的外部再包裹上纳米微孔二氧化硅隔热材料作为抗热传导保护层5，在抗热辐射保护层4、抗热传导保护层5上预留轴线开槽7；
（5）最后，放将包裹好纳米微孔二氧化硅隔热材料的基管1置于防护支撑层6上，其中，防护支撑层6选用铝型材支架，起到保护和支撑作用。
实施例4
如图1-2所示，非真空高温太阳能集热管按照如下步骤制作：
（1）采用等离子喷涂技术喷涂吸收涂层2：将钨粉和钴粉按2：8的比例混合后通过高压空气送入料仓，再将燃料气体和助燃气体一同进入燃烧室，瞬间达到1000℃以上高温喷涂到不锈钢基管1的外壁上，吸收涂层2的厚度为10μm，连续生产工艺在隧道窑中完成；
（2）然后在吸收涂层2上通过溶胶工艺涂覆氧化铝涂层作为减反射涂层3，减反射涂层3的厚度为25μm；
（3）在涂覆好吸收涂层2、减反射涂层3的不锈钢基管1外，包裹上一层氧化铝薄膜作为抗热辐射保护层4，以降低热辐射损失；
（4）在氧化铝薄膜的外部再包裹上纳米微孔二氧化硅隔热材料作为抗热传导保护层5，在抗热辐射保护层4、抗热传导保护层5上预留轴线开槽7；
（5）最后，放将包裹好纳米微孔二氧化硅隔热材料的基管1置于防护支撑层6上，其中，防护支撑层6选用铝型材支架，起到保护和支撑作用。
实施例5
如图1-2所示，非真空高温太阳能集热管按照如下步骤制作：
（1）采用等离子喷涂技术喷涂吸收涂层2：将钨粉和钴粉按3：7的比例混合后通过高压空气送入料仓，再将燃料气体和助燃气体一同进入燃烧室，瞬间达到1000℃以上高温喷涂到不锈钢基管1的外壁上，吸收涂层2的厚度为25μm，连续生产工艺在隧道窑中完成；
（2）然后在吸收涂层2上通过溶胶工艺涂覆氧化铬涂层作为减反射涂层3，减反射涂层3的厚度为20μm；
（3）在涂覆好吸收涂层2、减反射涂层3的不锈钢基管1外，包裹上一层氧化铝薄膜作为抗热辐射保护层4，以降低热辐射损失；
（4）在氧化铝薄膜的外部再包裹上纳米微孔二氧化硅隔热材料作为抗热传导保护层5，在抗热辐射保护层4、抗热传导保护层5上预留轴线开槽7；
（5）最后，放将包裹好纳米微孔二氧化硅隔热材料的基管1置于防护支撑层6上，其中，防护支撑层6选用铝型材支架，起到保护和支撑作用。
实施例6
如图1-2所示，非真空高温太阳能集热管按照如下步骤制作：
（1）采用等离子喷涂技术喷涂吸收涂层2：将钨粉和钴粉按2：8的比例混合后通过高压空气送入料仓，再将燃料气体和助燃气体一同进入燃烧室，瞬间达到1000℃以上高温喷涂到不锈钢基管1的外壁上，吸收涂层2的厚度为25μm，连续生产工艺在隧道窑中完成；
（2）然后在吸收涂层2上通过溶胶工艺涂覆氧化铝涂层，然后在氧化铝涂层的外部涂覆氧化铬涂层作为减反射涂层3，减反射涂层3的厚度为25μm；
（3）在涂覆好吸收涂层2、减反射涂层3的不锈钢基管1外，包裹上一层氧化铝薄膜作为抗热辐射保护层4，以降低热辐射损失；
（4）在氧化铝薄膜的外部再包裹上纳米微孔二氧化硅隔热材料作为抗热传导保护层5，在抗热辐射保护层4、抗热传导保护层5上预留轴线开槽7；
（5）最后，放将包裹好纳米微孔二氧化硅隔热材料的基管1置于防护支撑层6上，其中，防护支撑层6选用铝型材支架，起到保护和支撑作用。
性能检测
（1）热冲击试验：对实施例1-6中的产品进行550℃热冲击试验，在550℃下，集热管涂层稳定，抗热冲击次数达3000次，使用寿命长，耐550℃高温；
（2）太阳吸收比测定：根据GB/T 6424-1997平板型太阳集热器技术条件 检测集热管涂层的吸收率α=0.91及发射率ε=0.08，由此可知，本发明产品的太阳吸收率非常高，热辐射损失非常小。
以上对本发明的6个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种非真空高温太阳能集热管，包括基管，其特征在于，所述基管表面由内到外依次设置有吸收涂层、减反射涂层、抗热辐射保护层、抗热传导保护层、防护支撑层。
2.根据权利要求1所述的一种非真空高温太阳能集热管，其特征在于，所述吸收涂层为镍、钼的陶瓷复合材料，所述吸收涂层按照质量份数组成为镍6-8份、钼2-4份。
3.根据权利要求2所述的一种非真空高温太阳能集热管，其特征在于，所述吸收涂层按照较优质量份数组成为：镍7份、钼3份。
4.根据权利要求1所述的一种非真空高温太阳能集热管，其特征在于，所述吸收涂层为钨、钴的陶瓷复合材料，所述吸收涂层按照质量份数组成为钨2-3份、钴7-8份。
5.根据权利要求4所述的一种非真空高温太阳能集热管，其特征在于，所述吸收涂层按照较优质量份数组成为：钨2份、钴8份。
6.根据权利要求1所述的一种非真空高温太阳能集热管，其特征在于，所述减反射涂层为氧化铝涂层、氧化铬涂层、二氧化锡涂层中的一种或几种组合。
7.根据权利要求1所述的一种非真空高温太阳能集热管，其特征在于，所述吸收涂层的厚度为10-25μm，所述减反射涂层的厚度为10-25μm。
8.根据权利要求7所述的一种非真空高温太阳能集热管，其特征在于，所述吸收涂层的较优厚度为15μm，所述减反射涂层的较优厚度为15μm。
9.根据权利要求1所述的一种非真空高温太阳能集热管，其特征在于，所述抗热辐射保护层为氧化铝薄膜，所述抗热传导保护层为纳米微孔二氧化硅隔热材料，所述防护支撑层为铝型材，所述基管为不锈钢材质。
10.根据权利要求1所述的一种非真空高温太阳能集热管，其特征在于，所述抗热辐射保护层、抗热传导保护层均开设有轴向开槽。
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