CN206449900U - 一种带透明遮热板的高温真空集热管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种带透明遮热板的高温真空集热管。包括槽式聚光器、外管和内管，所述外管和内管为同轴设置的圆管；所述外管和内管之间设有遮热板，覆盖内管上部无聚光光斑的一侧，透明遮热板具有对太阳辐射波段高透过，对中远红外辐射波段高反射的特性。本实用新型在保证遮热板对真空集热管接收太阳直射能量干扰小的同时，有效减少了内管对外的辐射热损，是一种工艺简单、可靠性高、能有效减少热损的带透明遮热板的高温真空集热管。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能光热利用技术领域，涉及太阳能槽式聚焦集热装置，具体涉及一种带透明遮热板的高温真空集热管。
背景技术
槽式太阳能发电是当前应用最广、技术成熟的太阳能热发电技术，通常聚光集热温度在400℃左右。真空集热管外管和内管之间抽成真空，极大的抑制了两者之间的对流和导热，因此真空集热管内管主要以辐射换热方式对外散热。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，物体对外辐射热量与其温度的4次方相关，且内管外壁面的选择性吸收涂层的发射率随内管温度的升高而增大，当内管温度为400℃时其涂层发射率可达0.1，所以随着高温真空集热管集热温度的升高，其对外辐射热损会急剧增大；同时随着集热温度的升高，内管对外光谱辐射峰值对应的波长逐渐变小并接近太阳辐射波段，外管对太阳辐射波段具有高透过率，这使得会有相当一部分波段的辐射热量能够穿过外管，导致内管透过外管直接与大气环境的辐射损失增大。所以高温真空集热管在较高集热温度下，对外辐射热损很大，严重影响了集热管集热效率，因此减少高温真空集热管的辐射热损具有很大意义。
实用新型内容
为了实现在辐射热损占比高的情况下，减少真空集热管的辐射热损，提高太阳能利用效率，本实用新型提供一种带透明遮热板的高温真空集热管。
一种带透明遮热板的高温真空集热管包括槽式聚光器1、外管2和内管3，所述外管2和内管3为同轴设置的圆管；
所述外管2和内管3之间设有透明遮热板4，覆盖内管3无聚光光斑的一侧，透明遮热板4具有对太阳辐射波段高透过，对中远红外辐射波段高反射的特性。
进一步限定的技术方案如下：
所述透明遮热板4的横截面为圆弧形。
所述透明遮热板4的材料为太阳辐射波段高透过率的透明材料。
所述太阳辐射波段高透过率的透明材料为高透硼硅酸盐玻璃、高透明塑料。
所述透明遮热板4的内侧面设有反射层，或外侧面设有反射层，或内外侧面均设有反射层。
所述反射层的材料为具有在太阳辐射波段高透过、中远红外波段高反射的性质的选择性透过涂层。
所述选择性透过涂层为掺杂锡的氧化铟涂层、掺杂铝或镓的氧化锌涂层。
所述内管3外表面设有内管涂层31，内管涂层31材料为太阳能选择性吸收材料。
所述太阳能选择性吸收材料为金属氧化物陶瓷镀膜带或黑铬涂层。
所述透明遮热板4与内管3之间的径向间距小于15mm。
本实用新型的有益技术效果体现在以下方面：
1.有效减少内管对外辐射热损。由于增设的透明遮热板内侧、或者外侧、或者内外两侧为选择性透过涂层，其具有在太阳辐射波段高透过率、中远红外波段高反射率的特性。内管辐射波段极大部分在中远红外波段，透明遮热板可以将其覆盖的内管部分辐射的能量反射。本实用新型透明遮热板放置的要尽可能靠近内管，而不与内管接触，因为透明遮热板与内管径向间距小，使遮热板对内管视角系数较大，可将反射回的辐射能量大部分反射回内管。透明遮热板可以设置为与内管径向间距小于15mm，横截面为圆弧形，或使其对内管视角系数尽可能大的其他形状。
从辐射换热热阻方面看，增加透明遮热板，不仅增添了透明遮热板表面热阻，而且减小了被覆盖部分内管对玻璃管和天空辐射的透过率，增加了内管对玻璃管和天空辐射的空间热阻。故增设透明遮热板达到了减少内管对外管的辐射损失和内管透过外管对天空的辐射损失的目的。
2. 透明遮热板对真空集热管接收太阳直射能量干扰小。由于增设的透明遮热板具有在太阳辐射波段高透过率的特点，可使透明遮热板对内管接收直接太阳辐射的影响很小，更好的提高透明遮热板热性能。
3.由上述1、2点所述，虽然增设透明遮热板损失了一部分可接收太阳辐射能量，但是由于透明遮热板反射层的作用减少的辐射损失经过初步计算为损失的可接收太阳辐射能量的2-4倍，即透明遮热板作用明显。
4.工艺简单，可靠性高。在内管和外管之间环形腔体内增设透明遮热板的加工工艺比较简单。透明遮热板处于真空环境中，可以避免环境侵蚀，具有清洁性和持久性的特点。
总之，本实用新型所述一种带透明遮热板的高温真空集热管在保证遮热板对真空集热管接收太阳直射能量干扰小的同时有效减少了内管对外的辐射热损，是一种工艺简单、可靠性高、能有效减少热损的带透明遮热板的高温真空集热管。
附图说明
图1为太阳能槽式聚焦集热装置的整体结构示意图。
图2为本实用新型带透明遮热板的高温真空集热管的横截面示意图。
图3为太阳能槽式聚焦集热装置的工作原理图。
图4为本实用新型透明遮热板的内外侧面均设有反射层的高温真空集热管的横截面示意图。
上图中序号：槽式聚光器1、外管2、内管3、内管涂层31、透明遮热板4、反射层41。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。
实施例1
参见图1和图2，一种带透明遮热板的高温真空集热管包括槽式聚光器1、外管2和内管3，外管2和内管3为同轴设置的圆管。
外管2和内管3之间安装有透明遮热板4，透明遮热板4的横截面为圆弧形，覆盖内管3无聚光光斑的一侧，透明遮热板4的材料为太阳辐射波段高透过率的透明材料，具体为高透硼硅酸盐玻璃。透明遮热板4具有对太阳辐射波段高透过，对中远红外辐射波段高反射的特性。透明遮热板4的内侧面设有反射层41，反射层41的材料为透明的掺杂锡的氧化铟材料，具有在太阳辐射波段高透过、中远红外波段高反射的性质。
内管3外表面设有内管涂层31，内管涂层31材料为太阳能选择性吸收材料，具体为黑铬涂层。
如图3所示，透明遮热板4与槽式聚光器1相对设置，而且太阳能槽式聚焦集热装置通过自动跟踪太阳位置始终使太阳入射辐射尽量垂直槽式聚光器光孔进入槽式聚光器1，透明遮热板4不会阻挡被槽式聚光器1反射的光线。增设的透明遮热板4，其透明基板为高透材料，反射层41为选择性透过涂层，都具有在太阳辐射波段高透过的特点，使增设透明遮热板4引起的太阳辐射减小较少。同时，透明遮热板4与内管3间距较小，使反射层41对内管视角系数很大，反射层41对中远红外波段高反射，可以将其覆盖的内管3部分辐射的能量大部分反射回内管3，达到较少辐射热损的目的。
如图3所示，本实施例内管3直径70mm，外管2内径115mm，外径120mm，透明遮热板4与内管3径向间距为7.5mm，内管3外壁面温度为700K，环境温度为300K，太阳辐照强度为1000W/m2，内管涂层31发射率为0.1，反射层41反射率为0.95，透明遮热板4太阳辐射透过率为0.9。通过上述条件计算得到，未设置透明遮热板4时真空集热管热损267.78W/m，设置遮热板4时，真空集热管热损240.72W/m，热量损失减少10.11%。
实施例2
参见图4，透明遮热板4的内外侧面均设有反射层41，反射层41的材料为掺杂铝的氧化锌材料，具有在太阳辐射波段高透过、中远红外波段高反射的性质。其它结构同实施例1。
本实施例内管3直径70mm，外管2内径115mm，外径120mm，透明遮热板4与内管3径向间距为7.5mm，内管3外壁面温度为700K，环境温度为300K，太阳辐照强度为800W/m2，内管涂层31发射率为0.1，反射层41反射率为0.95，透明遮热板3太阳辐射透过率为0.9。通过上述条件计算得到，未设置透明遮热板4时真空集热管热损256.38W/m，设置透明遮热板4时，真空集热管热损内侧面设有反射层227.47W/m，热量损失减少13.6%。
虽然增设透明遮热板4损失了一部分可接收太阳辐射能量，但是由于反射层41的作用减少的辐射损失经过初步计算可达接收太阳辐射能量的2-5倍，即增设透明遮热板4作用明显。且在内管3和外管2之间环形腔体内增设透明遮热板4的加工工艺比较简单，透明遮热板4处于真空环境中，可以避免环境侵蚀，具有清洁性和持久性。
透明遮热板增设工艺可以通过在内管两端增设绝热透明固定结构或涂有太阳能选择性吸收涂层的金属固定结构来实现，以尽量减少附加热损。
Claims (10)
1.一种带透明遮热板的高温真空集热管，包括槽式聚光器（1）、外管（2）和内管（3），所述外管（2）和内管（3）为同轴设置的圆管，其特征在于：
所述外管（2）和内管（3）之间设有透明遮热板（4），覆盖内管（3）无聚光光斑的一侧，透明遮热板（4）具有对太阳辐射波段高透过，对中远红外辐射波段高反射的特性。
2.根据权利要求1所述一种带透明遮热板的高温真空集热管，其特征在于：所述透明遮热板（4）的横截面为圆弧形。
3.根据权利要求1所述一种带透明遮热板的高温真空集热管，其特征在于：所述透明遮热板（4）的材料为太阳辐射波段高透过率的透明材料。
4.根据权利要求3所述一种带透明遮热板的高温真空集热管，其特征在于：所述太阳辐射波段高透过率的透明材料为高透硼硅酸盐玻璃、高透明塑料。
5.根据权利要求1所述一种带透明遮热板的高温真空集热管，其特征在于：所述透明遮热板（4）的内侧面设有反射层，或外侧面设有反射层，或内外侧面均设有反射层。
6.根据权利要求5所述一种带透明遮热板的高温真空集热管，其特征在于：所述反射层的材料为具有在太阳辐射波段高透过、中远红外波段高反射的性质的选择性透过涂层。
7.根据权利要求6所述一种带透明遮热板的高温真空集热管，其特征在于：所述选择性透过涂层为掺杂锡的氧化铟涂层、掺杂铝或镓的氧化锌涂层。
8.根据权利要求1所述一种带透明遮热板的高温真空集热管，其特征在于：所述内管（3）外表面设有内管涂层（31），内管涂层（31）材料为太阳能选择性吸收材料。
9.根据权利要求8所述一种带透明遮热板的高温真空集热管，其特征在于：所述太阳能选择性吸收材料为金属氧化物陶瓷镀膜带或黑铬涂层。
10.根据权利要求1所述一种带透明遮热板的高温真空集热管，其特征在于：所述透明遮热板（4）与内管（3）之间的径向间距小于15mm。
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| CN106766258A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-05-31 | 中国科学技术大学 | 一种带透明遮热板的高温真空集热管 |
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2016
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| CN106766258B (zh) * | 2016-12-06 | 2019-02-12 | 中国科学技术大学 | 一种带透明遮热板的高温真空集热管 |
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