CN208431964U

CN208431964U - 一种用于高温的槽式太阳能集热管

Info

Publication number: CN208431964U
Application number: CN201820716522.5U
Authority: CN
Inventors: 雷东强; 任羽聪; 王志峰
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2019-01-25
Anticipated expiration: 2028-05-15

Abstract

一种用于高温的槽式太阳能集热管，包括玻璃外管(2)和金属内管(1)，金属内管(1)具有耐高温的选择性吸收涂层(3)，玻璃外管(2)同轴套装在金属内管(1)外面，在玻璃外管(2)和金属内管(1)之间形成环形真空封闭空间(4)。玻璃外管(2)的内壁周向分为透光面(5)和非透光面(6)两部分，玻璃外管(2)的内壁透光面(5)具有增透膜层，位于聚光侧，玻璃外管(2)的内壁非透光面(6)具有反射层，位于非聚光侧，该反射层为反射率超过85％的银膜层、铝膜层或铜膜层。

Description

一种用于高温的槽式太阳能集热管

技术领域

本实用新型涉及一种槽式太阳能集热管。

背景技术

槽式太阳能热发电是目前国际上商业应用最广、成本较低的太阳能热发电技术，其采用抛物面性反射镜将太阳光反射聚焦到位于其焦线的槽式太阳能集热管的下部加热管内流体，进而产生高温蒸汽推动汽轮机进行发电。槽式太阳能集热管是槽式太阳能热发电系统中从光到热转化的最为关键部件，一般由金属内管和同轴的玻璃外管组成，为了减少对流热损失，玻璃外管与金属内管之间的形成密闭的环形真空空间，金属内管外壁面镀有高吸收率、低发射率的选择性吸收涂层，进一步降低了金属内管的辐射热损失。这种槽式太阳能集热管一般长为4060mm，金属内管外径为70mm，管内通过的传热工质一般为导热油，该导热油运行最高温度不能超过400℃，否则就容易产生高温分解。

为了进一步提高槽式太阳能热发电效率，采用更大聚光比的槽式聚光器和最高温度达到550℃的熔盐，或超过400℃的水/蒸汽作为传热工质成为了槽式太阳能热发电技术的进一步发展趋势。但由于槽式太阳能集热管的辐射热损失随传热工质温度升高而呈4次方增加的关系，导致热损失随工质温度升高而急剧增大，特别是熔盐工质凝固温度在200℃以上，为了防止熔盐工质凝固，系统夜间需要维持在高温运行，导致运行热损失显著提高，增加了运行成本。虽然汽轮机发电效率由于蒸汽温度提高而提高，但槽式太阳能集热系统的热效率由于热损失增加而降低，导致更高温度的熔盐或水/蒸汽作为传热工质的槽式太阳能热发电技术发展缓慢。同时，采用熔盐或水/蒸汽作为传热工质的槽式太阳能热发电技术，由于需要更高的聚光比，其聚光器开口宽度更大，导致部分聚光光斑超出金属内管直径宽度，浪费部分太阳聚光辐射能量。因此，开发出可应用于更高温度、更大聚光比的槽式太阳能集热管对提高槽式太阳能热发电效率和运行经济性具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种用于高温的槽式太阳能集热管，本实用新型通过采用在玻璃外管内壁的非聚光处增加反射层的方法，显著降低槽式太阳能集热管的辐射热损失，同时可将溢出金属内管范围的聚光通过该反射层再次反射到金属内管上。本实用新型结构简单，不改变传统的槽式太阳能集热管的结构和槽式太阳能集热管的生产设备，非常适用于熔盐或水\蒸汽作为传热工质的更高温、更大聚光比的槽式太阳能热发电系统，可显著降低运行热损和成本，提高系统发电效率。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

一种用于高温的槽式太阳能集热管，包括玻璃外管和金属内管，金属内管具有耐高温的选择性吸收涂层，玻璃外管同轴的套装在金属内管外面，在玻璃外管和金属内管之间形成真空的环形封闭空间。所述的玻璃外管的内壁周向分为透光面和非透光面两部分；所述的玻璃外管的内壁透光面具有增透膜层；所述的玻璃外管的内壁非透光面具有反射层。

所述的玻璃外管内壁上的非透光面位于非聚光面，所述非透光面具有的反射层为反射率超过85％的银膜层、铝膜层或铜膜层，所述的反射层可通过简单的真空蒸发镀膜、化学镀膜或直接贴膜等方法制备，简单易行；所述的反射层由于反射率高，可将聚光溢出的光线再次反射回金属内管上，提高了太阳聚光辐射的有效利用率。同时，所述的反射层采用银膜层、铝膜层或铜膜层也具有较低的发射率，相比玻璃外管内壁89％的发射率来说，其与金属内管间辐射换热损失得到了显著减小。

所述的非透光面的反射层还可以采用反射率超过85％的反光铝板制作，反光铝板直接插入玻璃外管内，沿轴向通过多个肋环固定在玻璃外管的内壁上。

所述的玻璃外管内壁上的透光面位于聚光侧，所述的透光面具有的增透膜层采用溶胶凝胶方法制备的二氧化硅或二氧化钛增透膜层，其太阳光透过率可以达到94％以上。

所述的透光面面向槽式聚光器的太阳聚光侧，且所述的非透光面在玻璃外管内壁周向所占比例不超过50％，保证更多的太阳聚光辐射投射到玻璃外管内。

所述的选择性吸收涂层采用包括增透膜层、低吸收层、高吸收层和红外高反射层的多层结构制作而成。所述的选择性吸收涂层的太阳光谱吸收率不低于 92％，在400℃时其发射率不超过14％。

金属内管内的传热工质为熔盐或水/蒸汽。

本实用新型的技术优势在于：

1)玻璃外管内壁面上在太阳聚光侧至少50％以上为透光面，透光面具有增透膜层，提高太阳光的透光率；玻璃外管内壁面上在太阳非聚光侧为非透光面，具有反射层，虽然减小了部分太阳直接辐射能量，但非透光面反射层具有非常低的发射率，由于反射率越高，发射率越低，因此，该反射层与金属内管间辐射换热损失将显著减小，从而降低系统运行热损失。

2)在大开口槽式太阳能系统中，太阳聚光光斑易于溢出金属内管范围，超出的光线在达到玻璃外管内壁的反射层上后，被具有高反射率的反射层再次反射到金属内管上，提高了对太阳聚光的有效利用率。

3)本实用新型用于高温的槽式太阳能集热管制作方法简单易行，不改变传统的槽式太阳能集热管的结构和其他生产线设备，可显著降低运行热损和成本，提高系统发电效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的槽式太阳能集热管的横向剖面图；

图2为本实用新型实施例1的槽式太阳能系统运行中光线反射原理图；

图3为本实用新型实施例2的槽式太阳能集热管的横向剖面图；

图4为本实用新型实施例3的槽式太阳能集热管的横向剖面图；

图5为本实用新型实施例3的槽式太阳能集热管的纵向剖面图；

图中：1金属内管，2玻璃外管，3选择性吸收涂层，4环形真空封闭空间，5透光面，6非透光面，7传热工质，8槽式发射镜，9夹具。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作详细说明。

本实用新型用于高温的槽式太阳能集热管的实施例1如图1和图2所示，包括玻璃外管2和金属内管1，金属内管1具有耐高温的选择性吸收涂层3，玻璃外管2同轴套装在金属内管1外面，在玻璃外管2和金属内管1之间形成环形真空封闭空间4。金属内管1内的传热工质7为高温熔盐。选择性吸收涂层3 采用磁控溅射设备制作，从外到内依次为增透膜层、低吸收层、高吸收层和红外高反射层，共四层。所述选择性吸收涂层3的吸收率为95％，在400℃时发射率为10％。玻璃外管2的内壁周向分为透光面5和非透光面6两部分。其中玻璃外管2内壁的透光面5具有增透膜层，该透光面5面向槽式反射镜的太阳聚光侧，透光面5在玻璃外管2内壁周向所占比例为50％，保证更多的太阳聚光辐射投射到玻璃外管2内。透光面5的增透膜层为采用溶胶凝胶的方法制备的二氧化硅增透膜层，透光面5的增透膜层太阳光透过率可以达到95％，提高了集热管的透光率。玻璃外管2内壁的非透光面6具有反射层，非透光面6位于非聚光面，非透光面6的反射层为通过真空蒸发镀膜方法制备的铝膜层，其非透光面6的反射层反射率为92％，且在玻璃外管2内壁周向所占比例为50％，可将聚光溢出金属内管2的光线再次反射回金属内管2上，提高了太阳聚光辐射的有效利用率。并且该铝膜层的发射率仅4％左右，远小于玻璃外管2内壁的发射率89％，该铝膜层与金属内管2之间的辐射换热损失相比传统的集热管要显著减小。

本实用新型用于高温的槽式太阳能集热管的实施例2如图3所示，包括玻璃外管2和金属内管1。金属内管1具有耐高温的选择性吸收涂层3，玻璃外管 2同轴套装在金属内管1外面，在玻璃外管2和金属内管1之间形成环形真空封闭空间4，金属内管1内的传热工质7为水/蒸汽。选择性吸收涂层3采用磁控溅射设备制作，从外到内依次为增透膜层、低吸收层、高吸收层和红外高反射层，共四层。该选择性吸收涂层3的吸收率为93％，在400℃时其发射率为 14％。玻璃外管2的内壁周向分为透光面5和非透光面6两部分。其中玻璃外管 2的内壁透光面5具有增透膜层，透光面5面向槽式反射镜的太阳聚光侧，透光面5在玻璃外管2内壁周向所占比例为70％，保证更多的太阳聚光辐射投射到玻璃外管2内。透光面5的增透膜层为采用溶胶凝胶的方法制备的二氧化钛增透膜层，透光面5的增透膜层太阳光透过率可以达到94％，提高了集热管的透光率。玻璃外管2内壁的非透光面6具有反射层，非透光面6位于非聚光侧，非透光面6具有的反射层为反射率为93％的银膜，该银膜直接粘贴在非透光面6 上，非透光面6在玻璃外管2内壁周向的所占比例为30％，可将聚光溢出金属内管1的光线再次反射回金属内管1上，提高了太阳聚光辐射的有效利用率。并且该银膜的发射率仅3％左右，远小于玻璃外管2内壁的发射率89％，该银膜与金属内管2间辐射换热损失相比传统的集热管要显著减小。

本实用新型用于高温的槽式太阳能集热管的实施例3如图4和图5所示，包括玻璃外管2和金属内管1，金属内管1具有耐高温的选择性吸收涂层3，玻璃外管2同轴套装在金属内管1外面，在玻璃外管2和金属内管1之间形成环形真空封闭空间4，金属内管1内的传热工质7为熔盐。所述的选择性吸收涂层3采用磁控溅射设备制作，从外到内依次为增透膜层、低吸收层、高吸收层和红外高反射层，共四层。所述的选择性吸收涂层3的吸收率为96％，在400℃时发射率为9％。玻璃外管2的内壁周向分为透光面5和非透光面6两部分。玻璃外管2内壁的透光面5面向槽式反射镜的太阳聚光侧，具有增透膜层，透光面5在玻璃外管2内壁周向所占比例为60％，以保证更多的太阳聚光辐射投射到玻璃外管2内。透光面5的增透膜层为采用溶胶凝胶的方法制备的二氧化硅增透膜层，透光面5的增透膜层其太阳光透过率可以达到96％，提高了集热管的透光率。玻璃外管2内壁的非透光面6具有反射层，非透光面6位于非聚光面，非透光面6的反射层为反射率为91％的反光铝板，该反光铝板通过均匀分布的4个卡环9固定在玻璃外管2内壁上，反光铝板在玻璃外管2的内壁周向所占比例为40％，可将聚光溢出金属内管1的光线再次反射回金属内管1上，提高了太阳聚光辐射的有效利用率。并且该反光铝板的发射率仅6％左右，远小于玻璃外管2内壁的发射率89％，该反光铝板与金属内管2间辐射换热损失相比传统的集热管要显著减小。

Claims

1.一种用于高温的槽式太阳能集热管，包括玻璃外管(2)和金属内管(1)，金属内管(1)具有耐高温的选择性吸收涂层(3)，玻璃外管(2)同轴套装在金属内管(1)外面，在玻璃外管(2)和金属内管(1)之间形成环形真空封闭空间(4)，其特征在于：玻璃外管(2)的内壁周向分为透光面(5)和非透光面(6)两部分；所述的玻璃外管(2)的内壁透光面(5)具有增透膜层；所述的玻璃外管(2)的内壁透光面(5)位于太阳聚光侧；所述的玻璃外管(2)的内壁非透光面(6)具有反射层；所述的非透光面(6)位于非太阳聚光侧。

2.根据权利要求1所述的用于高温的槽式太阳能集热管，其特征在于：所述的非透光面(6)具有的反射层为反射率超过85％的银膜层、铝膜层或铜膜层。

3.根据权利要求1所述的用于高温的槽式太阳能集热管，其特征在于：所述的非透光面(6)的反射层采用反射率超过85％的反光铝板制作，反光铝板直接插入玻璃外管(2)内，沿轴向通过多个肋环固定在玻璃外管(2)的内壁上。

4.根据权利要求1所述的用于高温的槽式太阳能集热管，其特征在于：所述的透光面(5)具有的增透膜层为采用溶胶凝胶方法制备的二氧化硅或二氧化钛增透膜层。

5.根据权利要求1所述的用于高温的槽式太阳能集热管，其特征在于：所述的非透光面(6)在玻璃外管(2)内壁周向所占比例不超过50％。

6.根据权利要求1所述的用于高温的槽式太阳能集热管，其特征在于：所述的选择性吸收涂层(3)采用包括增透膜层、低吸收层、高吸收层和红外高反射层的多层结构制作而成。

7.根据权利要求1所述的用于高温的槽式太阳能集热管，其特征在于：所述的选择性吸收涂层(3)的太阳光谱吸收率不低于92％，在400℃时其发射率不超过14％。

8.根据权利要求1所述的用于高温的槽式太阳能集热管，其特征在于：所述的金属内管(1)内的传热工质为熔盐或水/蒸汽。