用于处理传热流体管的外表面的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于特别是用于太阳能热电厂的接收器的处理传热流体管(1)的外表面(2)的方法，包括如下步骤：提供传热流体管(1)，以及利用氢等离子体射流(3)处理外表面(2)以使得在该外表面(2)的薄层中产生纳米级范围的孔隙。
【专利说明】用于处理传热流体管的外表面的方法
[0001]本发明涉及一种用于处理根据权利要求1的传热流体管的外表面的方法，并且特别涉及一种用于太阳能热电厂的接收器的处理传热流体管的方法。在例如像由围绕塔接收器布置的定日镜(hel1stat)制成的太阳能场之类的太阳能热电厂中，太阳能福射从定日镜集中及反射至塔接收器的接收区域。在该接收区域中，传热流体管以这样的方式被布置: 理想地几乎所有的从定日镜反射的太阳能辐射均被用于加热在管中流动的传热流体。在热交换器中，加热的流体将热量传递到热功率生成系统的工作流体。传热流体例如可以是熔化的盐或水/蒸汽。
[0002]在现实中，接收区域具有如下物理特性:辐射不被完全吸收且因而剩余的入射辐射在传热流体管上被反射。这导致如下情况:接收区域具有升高的温度(因为在辐射能量的吸收与由流动介质带来的冷却之间的平衡)且因而该接收区域还发射作为其自身温度和发射率特性的函数的辐射能量。
[0003]该接收区域吸收来自太阳能场所投射的太阳能辐射的效率越高，对于所需的总发电厂的输出功率的太阳能场可以越小。并且，由于太阳能场是总发电厂成本的大约45%，这可以给出实质的成本节省。
[0004]现今，接收器区域的吸收通过向传热流体管的外表面涂覆涂层而被增强。典型商业可用的涂层是Pyromark，如从“Solar Selective Coatings for Concentrat1n”， Advanced Materials&Processes，一月，212可知。该涂层将传热流体管的吸收率增大到高至95%，其非常接近于物理黑体。因而，95%的入射辐射被吸收，且仅有5%被反射。但该涂层的问题在于，由在操作状况期间接收器区域的高温，该涂层劣化。来自以往的经验显示， 在一些年之后，吸收率已降低到小于90%。
[0005]在物理上，完美黑体意味着该物体具有完全吸收入射辐射的能力，所以其具有 100%的吸收率。该特性还可以通过在接收区域中应用传热流体管的特殊几何形状而被接近。在传热流体管中，入射辐射被吸收，并且反射的辐射在接收区域内被随机反射，且因而回到接收器区域的其他传热流体管。所以，反射的辐射并未丢失，而是被二次吸收，或甚至在更多次之后被吸收，这取决于辐射多经常在接收器区域内被反射。
[0006]如何实现物理黑体的另一方法在US2012/0180783A1中进行了描述。从US2012/ 0180783A1中已知的是改进传热流体管的吸收以用于线性集中具有外加吸收器层的太阳能热电厂，其中吸收器层通过冷气溅射而被生成。因而，通过应用适当方法参数，增大的表面粗糙度可以通过在吸收器层的表面区域中的孔而被实现。
[0007]本发明的一个目的是提供用于传热流体管的这种黑体状表面的改进方法。
[0008]根据本发明，该目的利用根据权利要求1的方法而被实现，该方法包括以下步骤: 提供传热流体管，以及利用氢等离子体射流处理该传热流体管的外表面，使得在该外表面 (2)的薄层中产生纳米级的范围的多孔性。[〇〇〇9]由等离子体技术已知的是，当加强的氢等离子体射在这样的表面处时，金属表面变为多孔的。将该知识应用到用于处理传热流体管的外表面的本方法，可以在该管的外表面上的薄层中实现纳米级范围的多孔性以及大约一微米厚度的多孔外壳。有利地，当利用具有高于lOeSdnf2^1的离子流的能量水平的氢等离子体射流处理传热流体管的表面时，可以产生具有大约一微米的层厚度以及小于50nm的纳米结构的外壳。针对入射太阳能辐射， 这样的处理多孔表面的吸收特性非常接近于完美黑体的特性。
[0010]典型地，传热流体管由铬钢合金制成，或特别针对更高的传热流体温度由不锈钢或镍合金制成。并且在使用镍合金作为用于传热流体管的材料的情况下，多孔且因而高吸收薄层可以在管的基底材料上立即实现。
[0011]在本发明的优选实施例中，除了传热流体管的材料之外，传热流体管的表面首先被涂覆有外加层的高吸收材料。这样的高吸收材料例如可以是钨。在这之后，该外加及薄的层的表面利用氢等离子体射流进行处理。由于钨的腐蚀以及高温恢复力，纳米结构将不在操作状况期间被大气状况及高温劣化。
[0012]将本发明应用到用于太阳能热力发电站的接收器的传热流体管导致在管的外表面处的恒定吸收层具有非常接近于100%的效率。这意味着太阳能场的大小可以至少小 5%，导致可观的成本节省。
[0013]本发明现将参照附图进行更详细的解释。附图仅仅示出了本发明的实际实施例的示例而未限制本发明的范围，在附图中:
[0014]图1示出了穿过本发明方法被应用处的传热流体管的横截面，
[0015]图2示出了本发明的可替代实施例。
[0016]图1示出了传热流体管1的横截面。根据本发明，该传热流体管的外表面2用氢等离子体射流3被处理。该示意性示出的氢等离子体射流3来自氢等离子体源，这并未以更多细节示出。还未示出的是用于相对于彼此移动管和氢等离子体射流的附加设备，其被需要以用于向传热流体管表面的所有三个维度应用氢等离子体。应用具有高于lOeS^r2。1的离子流的能量水平的氢等离子体射流3将外表面2的薄层转变为具有纳米级多孔性的多孔外壳。
[0017]图2示出了本发明的优选实施例的横截面。在此，与传热流体管的材料不同的高吸收材料被涂覆在传热流体管1的表面上作为外加层4。随后，现形成传热流体管1的外表面2 ’ 的该外加层4的表面用氢等离子体射流3被处理。于是，像镍合金之类的耐高温管材料可以与高吸收材料钨结合作为管的外表面上的附加表面层。优选地，大约一微米厚度的该附加钨层用氢等离子体处理，只要完整的钨层具有小于50nm的多孔性。
[0018]有利地，前述方法被用于太阳能热电厂中的接收器的传热流体管。但该方法也适用于需要入射辐射的非常高效率的吸收的例如在炉或其他设施中的传热流体管。
【主权项】
1.一种用于处理传热流体管(1)的外表面(2、2’)的方法，包括以下步骤:提供所述传热流体管(1)，利用氢等离子体射流(3)处理所述外表面(2)，使得在所述外表面(2)的薄层中产生纳 米级的范围的多孔性。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传热流体管(1)的材料是镍合金。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在利用氢等离子体射流(3)处理所述外表面(2’)之前，与所述传热流体管的材料不同 的高吸收材料被施加在所述传热流体管(1)的表面上作为外加层(4)。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述传热流体管(1)的材料是不锈钢或镍合金，并且所述外加层(4)的材料是钨并具有 大约一微米的厚度。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述氢等离子体射流(3)具有大于lOddnf2^1的离子流的能量水平。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法针对在太阳能热电厂中的接收器的传热流 体管的用途。
【文档编号】F24J2/07GK106029951SQ201580009871
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年3月13日
【发明人】P·S·罗普
【申请人】Nem能源私人有限公司