CN106766275B - 一种槽式太阳能高温真空集热管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种槽式太阳能高温真空集热管。包括外玻璃罩管和内吸热管，外玻璃罩管和内吸热管之间的空腔为真空环形空间；内吸收管为复合曲面的异形管，内吸收管上表面、下表面均为平面，两侧表面为相同曲率圆弧面。在真空环形空间内设有遮热板。遮热板与内吸热管相对的一面为发射面，与外玻璃罩管相对的一面为吸收面，反射面为具有在红外波段高反射率、低发射率特性膜层，吸收面为具有在0.2‑3μm太阳辐射波段高吸收率、在大于3μm红外波段低发射率膜层。本发明可有效减少中高温集热情况下槽式太阳能高温真空集热管内管对外辐射热损，提高真空集热管集热效率。

Description

一种槽式太阳能高温真空集热管
技术领域
本发明属于太阳能光热利用技术领域，涉及太阳能集热元件，具体涉及一种槽式太阳能高温真空集热管。
技术背景
槽式聚光集热系统是目前高温太阳能利用商业化程度最高、技术最为成熟的集热装置，槽式太阳能高温真空集热管是槽式聚光集热系统的核心部件，其运行温度一般在200-400℃的中高温，广泛应用在太阳能海水淡化、太阳能制冷、槽式太阳能热发电系统等领域中。
目前，中低温的太阳能真空集热管有较好的集热效果，但是槽式太阳能真空集热管由于集热温度较高，集热管对外热量散失较大，造成在较高集热温度下集热效率下降，特别是在槽式太阳能热发电系统中，真空集热管集热温度更是可以达到400℃，这使得集热管热损量呈指数式急剧增大，进一步降低了太阳能高温真空集热管集热效率，造成了槽式聚光集热系统获取更高集热温度一大拦路虎。因此降低较高集热温度下的槽式太阳能高温真空集热管热损问题具有较高的学术和商业价值。
发明内容
为了削减槽式聚光型太阳能真空管在较高集热温度下较大的对外辐射热损，有效地提高太阳能真空管的集热效率，本发明提出了一种槽式太阳能高温真空集热管。
一种槽式太阳能高温真空集热管包括外玻璃罩管2和内吸热管3，外玻璃罩管2和内吸热管3之间的空腔为真空环形空间5；
所述内吸收管3为复合曲面异形管，内吸收管3的顶面31和底面32均为平面，两侧的侧面33为相同曲率的圆弧面；
与内吸收管的顶面31对应的真空环形空间5内设有遮热板4，遮热板4覆盖内吸收管3无聚光光斑的一侧；与内吸热管3相对的遮热板的内侧面为发射面41，反射面41为具有在红外波段高反射率、低发射率特性膜层；遮热板的外侧面为吸收面42，吸收面42为具有在太阳辐射波段高吸收率、红外波段低发射率特性膜层。
进一步限定的技术方案如下：
所述内吸热管3的横截面呈矩形状，其中顶面31和底面32平行，两侧的侧面33为圆管切割掉顶部和底部剩余的圆弧面。
所述顶面31对应的内吸收管的圆心角为120°～150°，所述底面32对应的内吸收管的圆心角为100°～180°。
所述遮热板4设置在内吸收管的顶面31的上方，遮热板4的横截面为U形或圆弧形。
所述遮热板4覆盖内吸收管3的圆心角为120°～150°。
所述遮热板4的宽度不小于内吸热管的顶面31的宽度；所述顶面31与遮热板4宽度方向两侧边缘之间的垂直距离为1～5 mm。
所述遮热板4的材料为铝合金或铜合金。
所述反射面41的材料为反射膜或抛光金属表面；吸收面42的材料为常温下在0.2～3μm的太阳辐射波段吸收率92%以上、在3μm以上的红外波段发射率低于8%的选择性吸收涂层。
所述反射膜的材料为铝膜或银膜，所述抛光金属面为抛光铝合金表面；常温下在0.2～3μm的太阳辐射波段吸收率92%以上、在3μm以上的红外波段发射率低于8%的选择性吸收涂层的材料为金属氧化物陶瓷镀膜带或黑铬涂层。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.通过改变真空集热管内吸收管形状，减少内管表面积，减少内管对外辐射面积，从而降低真空集热管热损量。本发明中，将传统圆形内管的顶面和底面设计成平面，有效的减少了集热管内管表面积，同时在实际应用中也不会对内吸收管吸收太阳辐照量产生影响。
2.通过在内管上部增设U形或圆弧形的遮热板，由于所述遮热板内表面具有高反射率特性，可以进一步将内管上部将遮热板遮住的内管部分对外辐射热量大部分反射回到内管上；同时在遮热板外表面设置选择性吸收涂层，遮热板可以有效的吸收太阳辐照从而使得遮热板温度提升，进而大幅减少内管与遮热板之间的辐射换热量；通过以上对遮热板内、外表面的优化涂层设计，可以在上述1的基础上进一步减少真空集热管热损量。增设遮热板，虽然遮挡住了部分内管可接收到的太阳直射辐照，减少了内管的吸热量，但是通过数值分析发现，遮热板减少的集热管热损量要大于遮挡的太阳直射辐照得热量，说明这个方案的可行性。
3.将真空集热管内管改造成异型管，简单方便，易操作；遮热板设置于集热管内部，具有清洁性、持久性、结构简单、易于制造等优点。
槽式太阳能高温真空集热管内管与外管之间为真空环形空间，这有效阻止了集热管内管通过热对流和热导方式将热量散失出去，所以集热管主要热损方式为辐射散热。根据传热学知识，物体对外辐射散热量与该物体的辐射面积成正比；所以本发明通过增设遮热板以及改变集热管内吸收关形状达到降低集热管热损，有效地解决了太阳能真空管中高温情况下散热损失大的问题，具有很好的使用和推广价值。
附图说明
图1为槽式太阳能高温真空集热管装配于太阳能槽式聚光集热系统中横截面示意图；
图2为遮热板4为圆弧形覆盖内吸收管的圆心角为150°示意图。
图3为遮热板4为U形覆盖内吸收管的圆心角为150°示意图。
上图中序号：槽式太阳能高温真空集热管1，外玻璃罩管2，内吸收管3，遮热板4，反射层41，吸收层42，真空环形空间5，聚光器6。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
参见图1，一种槽式太阳能高温真空集热管1包括外玻璃罩管2和内吸热管3，外玻璃罩管2和内吸热管3之间的空腔为真空环形空间5。内吸收管3在传统圆形管基础上改造为复合曲面异形管，内吸热管3的横截面呈矩形状，将传统圆形内吸收管的上、下部分切割成上、下弦表面，实现顶面31和底面32平行，两侧侧面33为圆管切割掉顶部和底部剩余的相同曲率的圆弧面。顶面31对应的内吸收管的圆心角为140°，底面32对应的内吸收管的圆心角为120°。
顶面31上方的真空环形空间5内设有遮热板4，遮热板4的宽度等于内吸热管的顶面31的宽度。遮热板4的材料为铝合金，横截面为U形，覆盖内吸收管的圆心角为140°。遮热板4的宽度与内吸热管的顶面31的宽度相同；顶面31的与遮热板4宽度方向两侧边缘之间的垂直距离为2mm。与内吸热管的顶面31对应的遮热板4的内侧面为发射面41，反射面41材料为铝膜；遮热板4的外侧面为吸收面42，吸收面42材料为金属氧化物陶瓷镀膜带，金属氧化物陶瓷镀膜带在常温下0.2~3μm的太阳辐射波段吸收率92%以上、在3μm以上的红外波段发射率低于8%特性。
根据辐射传热公式，将传统圆形内吸收管上、下部分切割成上、下弦表面后，内吸收管的表面积将会大幅减小，根据本实施例设置的上、下表面对应的圆心角角度，异形吸收管的外表面相比传统圆形内吸收管减少10.8%表面积，这就相当于集热管热损减少类似的比例。
在槽式太阳能高温真空集热系统中，随着太阳在一天中高度角不断变化，该槽式聚光系统需要跟踪太阳以达到最大的集热效果，槽式聚光器6与太阳能真空集热管1固定在一起旋转跟踪太阳，此时，遮热板4将一直正对太阳直射辐照，且设置遮热板覆盖圆心角角度能够保证不遮挡槽式聚光器6反射的太阳光线。其中遮热板4与内吸收管的顶面31的视角系数接近于1，这就使得该内吸热管部分的辐射热量基本全部投射到遮热板4的反射层41上。反射层41具有高反射率，可以这部分辐射热量大部分反射回到内吸热管3上，从而降低内吸收管对外辐射散热。遮热板4的吸收层42吸收太阳直射辐射后，遮热板4的整体温度将明显升高，这使得被遮热板4遮挡的内吸热管的顶面31与遮热板4之间的辐射传热量大幅减小，间接地减少了辐射热损。
实施例2
参见图2,遮热板4为圆弧形状，遮热板4的宽度大于内吸热管的顶面31的宽度；遮热板4覆盖内吸收管3的圆心角为150°。其它结构同实施例1。
实施例3
参见图3，遮热板4为U型，遮热板4的宽度大于内吸热管的顶面31的宽度，遮热板4覆盖内吸收管3的圆心角为150°。其它结构同实施例1。

Claims (9)

1.一种槽式太阳能高温真空集热管，包括外玻璃罩管（2）和内吸热管（3），外玻璃罩管（2）和内吸热管（3）之间的空腔为真空环形空间（5），其特征在于：
所述内吸热管（3）为复合曲面异形管，内吸热管（3）的顶面（31）和底面（32）均为平面，两侧的侧面（33）为相同曲率的圆弧面；
与内吸收管的顶面（31）对应的真空环形空间（5）内设有遮热板（4），遮热板（4）覆盖内吸热管（3）无聚光光斑的一侧；与内吸热管（3）相对的遮热板的内侧面为发射面（41），反射面（41）为具有在红外波段高反射率、低发射率特性膜层；遮热板的外侧面为吸收面（42），吸收面（42）为具有在太阳辐射波段高吸收率、红外波段低发射率特性膜层。
2.根据权利要求1所述一种槽式太阳能高温真空集热管，其特征在于：所述内吸热管（3）的横截面呈矩形状，其中顶面（31）和底面（32）平行，两侧的侧面（33）为圆管切割掉顶部和底部剩余的圆弧面。
3.根据权利要求2所述一种槽式太阳能高温真空集热管，其特征在于：所述顶面（31）对应的内吸收管的圆心角为120°～150°，所述底面（32）对应的内吸收管的圆心角为100°～180°。
4.根据权利要求1所述一种槽式太阳能高温真空集热管，其特征在于：所述遮热板（4）设置在内吸收管的顶面（31）的上方，遮热板（4）的横截面为U形或圆弧形。
5.根据权利要求4所述一种槽式太阳能高温真空集热管，其特征在于：所述遮热板（4）覆盖内吸热管（3）的圆心角为120°～150°。
6.根据权利要求4所述一种槽式太阳能高温真空集热管，其特征在于：遮热板（4）的宽度不小于内吸热管的顶面（31）的宽度；所述顶面（31）与遮热板（4）宽度方向两侧边缘之间的垂直距离为1～5 mm。
7.根据权利要求1、4、5和6中任一项所述一种槽式太阳能高温真空集热管，其特征在于：所述遮热板（4）的材料为铝合金或铜合金。
8.根据权利要求1所述一种槽式太阳能高温真空集热管，其特征在于：所述反射面（41）的材料为反射膜或抛光金属表面；吸收面（42）的材料为常温下在0.2～3μm的太阳辐射波段吸收率92%以上、在3μm以上的红外波段发射率低于8%的选择性吸收涂层。
9.根据权利要求8所述一种槽式太阳能高温真空集热管，其特征在于：所述反射膜的材料为铝膜或银膜，所述抛光金属面为抛光铝合金表面；常温下在0.2～3μm的太阳辐射波段吸收率92%以上、在3μm以上的红外波段发射率低于8%的选择性吸收涂层的材料为金属氧化物陶瓷镀膜带或黑铬涂层。
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