专利名称：受热器管及其制造方法、抛物形槽式收集器及其使用的制作方法
技术领域：
本发明涉及受热器和制造受热器管的方法。此外，提供了抛物形槽式收集器以及该抛物形槽式收集器的使用。
背景技术：
基于集中的太阳能技术的太阳光照场地发电厂的太阳能收集单元例如是具有抛物面镜和受热器管的抛物形槽式收集器。受热器管被设置在镜的焦线上。通过镜的太阳光反射表面，太阳光被聚焦到受热器管，该受热器管填充有传热流体，例如热油或熔盐。经由受热器管，太阳光的能量被结合到传热流体中。太阳能被转换成热能。为了使得太阳光的能量被结合到传热流体中的效率最大化，太阳能吸收覆层被附连在受热器管的表面上。这样的吸收覆层通常包括具有相继沉积的薄膜层的多层层堆，所述薄膜层具有不同的光学特性。吸收覆层的实质整体光学特性是针对太阳光谱(吸收辐射)的波长具有高的太阳能吸收率(低的太阳能反射率)。此外，红外辐射的低发射率(高反射率)是重要的。这样的覆层被称为选择性太阳能覆层。针对受热器管的制造，通过使用例如溅射的方法在受热器管的表面上相继形成薄膜沉积，从而使得太阳能吸收覆层被附连在该表面上。
发明内容
本发明的目标是提供一种受热器管，与现有技术相比，该受热器管具有提高的能
量产量。本发明的另一目标在于提供具有该受热器管的抛物形槽式收集器。本发明的进一步的目标在于提供该抛物形槽式收集器的使用。这些目标是通过权利要求所明确的发明来实现的。提供了一种受热器管，其用于吸收太阳能且用于将吸收的太阳能传递到能够位于受热器管的芯管内部的传热流体。芯管包括至少一个第一局部芯管表面，其由至少一个第一太阳能吸收覆层覆盖以便吸收太阳光的第一特定光谱的第一吸收辐射。芯管额外地包括至少一个第二局部芯管表面，其由至少一个第二太阳能吸收覆层覆盖以便吸收太阳光的第二特定光谱的第二吸收辐射。用于抑制红外辐射的发射率的发射辐射抑制覆层(emission radiation inhibiting coating)被沉积在第二太阳能吸收覆层上,使得第二太阳能吸收覆层被设置在第二局部芯管表面和发射辐射抑制覆层之间。第一太阳能吸收覆层形成受热器管的第一局部受热器管表面，并且发射辐射抑制覆层形成受热器管的第二局部受热器表面。发射辐射抑制覆层优选地直接附连于第二太阳能吸收覆层，从而导致层堆被设置在芯管的第二局部芯管表面上。这个层堆由第二太阳能吸收覆层和发射辐射抑制覆层构成。例如，通过具有在90度至270度之间的第一周边(扇形角)的第一区段来形成第一局部表面，而通过具有在180度至90度之间的第二周边的第二区段来形成第二局部表面。
此外，相应公开了制造受热器管的方法。该方法包括下述步骤
a)提供具有第一局部芯管表面和第二局部芯管表面的、用于受热器管的未覆盖芯管；
b)将第一太阳能吸收覆层附连在第一局部芯管表面上并且将第二太阳能吸收覆层附连在第二局部芯管表面上；以及
c)将发射辐射抑制覆层附连在第二太阳能吸收覆层上，使得第二选择性太阳能覆层被设置在第二局部芯管表面和发射辐射抑制覆层之间。还提供了一种抛物形槽式收集器，其包括至少一个抛物面镜和至少一个受热器管，所述抛物面镜具有太阳光反射表面以便将太阳光集中到抛物面镜的焦线上，所述受热器管被设置在抛物面镜的焦线上。受热器管被设置在焦线上以使得具有第一太阳能吸收覆层的第一局部受热器管表面至少部分地位于与太阳光反射表面相对并且具有发射辐射抑制覆层的第二局部受热器管表面至少部分地避开太阳光反射表面。最后，公开了抛物形槽式收集器在发电厂中将太阳能转换成电能的使用。优选地，第一太阳能吸收覆层和第二太阳能吸收覆层形成具有共同物理和化学特性的公共太阳能吸收覆层。仅存在一种附连于芯管的侧向区域的太阳能吸收覆层。这个公共太阳能吸收覆层各处均具有相同的化学和物理特性。因此，太阳光的第一特定光谱的第一吸收辐射和太阳光的第二特定光谱的第二吸收辐射几乎是相同的。对于制造受热器管而言，仅使用一种太阳能吸收覆层是有利的。较容易的是在芯管的整个芯管表面上仅仅沉积一种太阳能吸收覆层。本发明的原理是通过最大化经由第一局部受热器管表面被结合到受热器管内的太阳能(集中的辐射能量)并通过最小化经由第二局部受热器管表面损失的热能来优化受热器管的热特性。形成第一局部受热器管表面的第一太阳能吸收覆层被设计成吸收尽可能多(吸收率大于97%)的太阳能辐射。与此相比，减小了经由第二局部受热器管的发射率。受热器管能够被设置在抛物面镜的焦线上以使得被集中的太阳能辐射撞击第一局部受热器管表面的第一太阳能吸收覆层。用发射辐射抑制覆层来覆盖受热器管不被集中的太阳能辐射加热的部分(即该部分通常面向太阳并且因而仅承受直接的太阳能辐射)。发射辐射抑制覆层是非选择性覆层。优选地，第一局部表面和/或第二局部表面沿受热器管的纵向校准 (longitudinal alignment)对齐。这种特性也被应用到第一芯管表面和/或第二芯管表面。对于受热器管处于抛物面镜的焦线上的设置而言，分别沿受热器管的纵向校准的对齐以及沿芯管的纵向校准的对齐是有利的。最大化了被结合到受热器管内的太阳的集中的辐射能量并最小化了受热器管的热能损失。在优选实施例中，第一局部受热器管表面包括受热器管的侧向区域的第一区段， 该第一区段具有第一周边，该第一周边选自50°至300°之间的范围且优选地选自60°至 210°之间的范围。在另一优选实施例中，第二局部受热器管表面包括受热器管的侧向区域的第二区段，该第二区段具有第二周边，该第二周边选自210°至60°之间的范围且优选地选自180°至90°之间的范围。关于收集器的几何构造(例如RM角)来优化这些角度。发射辐射抑制覆层被沉积在第二局部热能吸收覆层上。借助于发射辐射抑制覆层,减小了红外辐射的发射率的大小。辐射抑制覆层的红外辐射的发射率小于30%。优选地，发射辐射抑制覆层包括小于20%的红外辐射的发射率。
在优选实施例中，发射辐射抑制覆层包括金属，该金属选自由铝、铜、银、金和钥构成的组。其他金属或合金也是可能的。发射辐射抑制覆层能够是金属性的且因此基本仅由金属构成。例如，发射辐射抑制覆层是由铜构成的层。这样的具有铜的覆层阻挡了在直接太阳能辐射撞击的受热器管的“上”部上的热辐射(发射)。这强烈地减少了受热器管的整体热损失，而这会损失掉撞击在其上的总辐射中的一部分。在另一优选实施例中，发射辐射抑制覆层包括一定层厚，该层厚选自在100 nm至 800 nm之间的范围且优选地在200 nm至800 nm之间的范围。更优选地，该厚度选自在300 nm至800 nm之间的范围。例如,发射福射抑制覆层包括大约500 nm的层厚。优选地，局部受热器管表面中的至少一个形成连续区域。受热器管被设置在焦线上与镜的纵向校准平行。借此，能够非常有效地吸收太阳能。集中的太阳能辐射通常撞击第一局部受热器管表面的太阳能吸收覆层(强度大约是52 sun)而第二局部受热器管表面通常不被集中的太阳能辐射撞击(强度大约O. 6 sun)。由于整体发射率，在热损失方面获益更多的情况下浪费了非常少量的能量。因此，即使损失了一些直接的太阳辐射，但仍增加了受热器管的总的吸收与发射比。第一局部受热器管表面与第二局部受热器管表面的区域不必须具有相同的范围。容易地优化了所述局部受热器管表面的范围以及它们在受热器管的侧向表面上的位置(例如由于 RIM)0为了改进受热器管的物理和化学稳定性以及热特性，额外采取了一些其他的措施。例如，受热器管具有封罩，其包括至少一个封罩壁。这种封罩壁至少部分地透过第一吸收辐射和/或第二吸收辐射。在吸收辐射的透射大于80%且优选地大于90%的情况下得到了至少部分穿透。封罩优选地是玻璃管并且封罩壁是玻璃管壁。在受热器表面和封罩壁之间存在受热器间隙。该受热器间隙被排空。这意味着受热器间隙内的气压小于10_2 mbar且优选地小于10_3 mbar。这具有优点，即减少了通过对流从带有传热流体的受热器管带走的热。热能没有被耗散且基本完全可用于加热传热流体。为了附连太阳能吸收覆层中的至少一个和/或为了附连发射辐射抑制覆层，使用薄膜沉积技术。薄膜沉积技术优选地选自由原子层沉积、化学气相沉积和物理气相沉积构成的组。物理气相沉积例如是溅射。为了得到结构性层，使用结构化沉积技术。可替代地，能够非结构化地沉积层，并且在沉积之后例如通过去除沉积的材料来实现结构化。在优选实施例中，借助于掩模方法来实现附连太阳能吸收覆层中的至少一个和/或附连发射辐射抑制覆层。优选地，第一太阳能吸收覆层和第二太阳能吸收覆层形成公共连续的完整的芯管覆盖层。在这样的情况下，不必使用掩模方法。下述优点与本发明有关
-较广泛的可用材料可用于受热器管的第二局部受热器管表面；
-由于更加匹配的材料，导致在非选择性覆盖部分处更多地阻挡了热辐射；
-这导致了整个受热器管的更高的总吸收与发射比。
参考附图从示例性实施例的描述中得到本发明的其他特征和优点。附图是示意性的。图I示出了受热器管和具有该受热器管的抛物形槽式收集器的横截面。图2示出了一侧上的受热器管。
具体实施例方式给出了受热器管1，其用于吸收太阳能并且用于将吸收的太阳能传递到能够位于受热器管的芯管10内部的传热流体2。芯管由钢制的芯管壁103构成。芯管10包括第一局部芯管表面101，其由第一太阳能吸收覆层(选择性覆层)131 覆盖以便吸收太阳光的第一特定光谱的第一吸收辐射。第一太阳能吸收覆层是具有不同层的多层设置，所述不同层具有不同的光学特性。第二局部芯管表面102由第二太阳能吸收覆层132覆盖以便吸收太阳光的第二特定光谱的第二吸收辐射。第一太阳能吸收覆层和第二太阳能吸收覆层的物理和化学特性是相同的。第一太阳能吸收覆层131和太阳能吸收覆层形成被沉积在芯管的芯管表面的整个潜在区域(latent area)上的公共连续太阳能吸收覆层13。用于抑制红外辐射的发射率的发射辐射抑制覆层14被沉积在第二选择性太阳能覆层132上，使得第二选择性太阳能覆层132被设置在第二局部芯管表面102和发射辐射抑制覆层14之间。发射辐射抑制覆层由铜构成。可替代地，所用金属是铝。发射辐射抑制覆层包括大约500 nm的层厚。第一太阳能吸收覆层131形成受热器管I的第一局部受热器管表面11。发射辐射抑制覆层14形成受热器管I的第二局部受热器管表面12。这些局部受热器管表面沿受热器管I的纵向校准15对齐。第一局部受热器管表面11形成受热器管I的侧向区域16的第一区段161，该第一区段161具有大约180°的第一周边1611。第二局部受热器管表面12形成受热器管I的侧向区域16的第二区段162，该第二区段162具有大约180°的第二周边1612。在附图中，没有示出下述额外的结构性措施受热器管被包纳在具有玻璃管壁的玻璃管内。玻璃管壁对于吸收辐射而言是可透过的且具有大于90%的透射性。在玻璃管壁和受热器表面16之间设置受热器间隙。这个受热器间隙被排空。气压是大约10_3 mbar。受热器管I是抛物形槽式收集器1000的一部分。抛物形槽式收集器1000包括至少一个具有太阳光反射表面31的抛物面镜3。借助于反射表面31，太阳光被集中在抛物面镜3的焦线32上。受热器管I位于抛物面镜3的焦线32上。由此，受热器管的第一局部受热器管表面11 (受热器管I的“下”部)被设置成与镜3的太阳光反射表面31相对。第二局部受热器管表面12 (受热器管I的“上”部)避开镜3的太阳光反射表面31。传热流体2位于受热器管内部。借助于太阳能吸收覆层，太阳光被吸收并且被转变成热。该热被传递到传热流体。抛物形槽式收集器被用于太阳能发电厂以便将太阳能转换成电能。
权利要求
1.一种受热器管(1)，用于吸收太阳能且用于将吸收的太阳能传递到能够位于所述受热器管(I)的芯管(10)内部的传热流体(2)，其中-该芯管(10)包括至少一个第一局部芯管表面(101)，其由至少一个第一太阳能吸收覆层(131)覆盖以便吸收太阳光的第一特定光谱的第一吸收辐射；以及，至少一个第二局部芯管表面(102)，其由至少一个第二太阳能吸收覆层(132)覆盖以便吸收太阳光的第二特定光谱的第二吸收辐射；-用于抑制红外辐射的发射率的发射辐射抑制覆层(14)被沉积在所述第二太阳能吸收覆层(132)上，使得所述第二太阳能吸收覆层(132)被设置在所述第二局部芯管表面 (102)和所述发射辐射抑制覆层(14)之间；-所述第一太阳能吸收覆层(131)形成所述受热器管(I)的第一局部受热器管表面 (11);并且-所述发射辐射抑制覆层(14)形成所述受热器管(I)的第二局部受热器管表面(12)。
2.根据权利要求I所述的受热器管，其中所述第一太阳能吸收覆层(131)和所述第二太阳能吸收覆层(132)形成具有共同物理和化学特性的公共太阳能吸收覆层(13)。
3.根据权利要求I或权利要求2所述的受热器管，其中所述第一局部受热器管表面(11)和/或所述第二局部受热器管表面(12)沿所述受热器管(I)的纵向校准(15)对齐。
4.根据前述权利要求中任一项所述的受热器管，其中所述第一局部受热器管表面(11)包括所述受热器管(I)的侧向区域(16)的第一区段(161)，该第一区段(161)具有第一周边(1611)，该第一周边(1611)选自50°至300°之间的范围且优选地选自60°至210° 之间的范围。
5.根据前述权利要求中任一项所述的受热器管，其中所述第二局部受热器管表面(12)包括所述受热器管(I)的所述侧向区域(16)的第二区段(162)，该第二区段(162)具有第二周边(1621)，该第二周边(1621)选自210°至60°之间的范围且优选地选自180° 至90°之间的范围。
6.根据前述权利要求中任一项所述的受热器管，其中所述发射辐射抑制覆层(14)包括小于20%的红外辐射的发射率。
7.根据前述权利要求中任一项所述的受热器管，其中所述发射辐射抑制覆层(14)包括金属，该金属选自由铝、铜、银、金和钥构成的组。
8.根据前述权利要求中任一项所述的受热器管，其中所述发射辐射抑制覆层(14)包括一定层厚，该层厚选自在100 nm至800 nm之间的范围且优选地在200 nm至800 nm之间的范围。
9.根据前述权利要求中任一项所述的受热器管，其中所述局部受热器管表面(11，12) 中的至少一个形成连续区域。
10.一种用于制造根据权利要求I至9中任一项所述的受热器管的方法，该方法包括下述步骤a)提供具有所述第一局部芯管表面(101)和所述第二局部芯管表面(102)的、用于受热器管(I)的未覆盖的芯管(10)；b)使得第一太阳能吸收覆层(131)附连在所述第一局部芯管表面(11)上，并且使得第二太阳能吸收覆层(132)附连在所述第二局部芯管表面(12)上；以及c)使得发射辐射抑制覆层(14)附连在所述第二太阳能吸收覆层(132)上，以使得第二选择性太阳能覆层(132)被设置在所述第二局部芯管表面(102)和所述发射辐射抑制覆层 (14)之间。
11.根据权利要求10所述的方法，其中为了附连所述太阳能吸收覆层(13，131，132)中的至少一个和/或为了附连所述发射辐射抑制覆层(14)，使用薄膜沉积技术。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述薄膜沉积技术选自由原子层沉积、化学气相沉积和物理气相沉积构成的组。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中借助于掩模方法来实现附连所述太阳能吸收覆层(13，131，132)中的至少一个和/或附连所述发射辐射抑制覆层(14)。
14.一种抛物形槽式收集器(1000),包括-至少一个抛物面镜(3)，所述抛物面镜(3)具有太阳光反射表面(31)以便将太阳光集中在所述抛物面镜(31)的焦线(32)上；以及-至少一个根据权利要求I至权利要求9中任一项所述的受热器管(I)，其被设置在所述抛物面镜(3)的所述焦线(32)上；其中-所述受热器管(I)被设置在所述焦线(32)上以使得具有所述第一太阳能吸收覆层 (131)的所述第一局部受热器管表面(11)至少部分地位于与所述太阳光反射表面(31)相对并且具有所述发射辐射抑制覆层(14)的所述第二局部受热器管表面(12)至少部分地避开所述太阳光反射表面(31)。
15.根据权利要求14所述的抛物形槽式收集器(1000)在发电厂中将太阳能转换为电能的使用。
全文摘要
本发明涉及受热器管及其制造方法、抛物形槽式收集器及其使用。该受热器管用于吸收太阳能且用于将吸收的太阳能传递到可位于受热器管的芯管内部的传热流体。芯管包括至少一个第一局部芯管表面，其由至少一个第一太阳能吸收覆层覆盖以吸收太阳光的第一特定光谱的第一吸收辐射。芯管包括至少一个第二局部芯管表面，其由至少一个第二太阳能吸收覆层覆盖以吸收太阳光的第二特定光谱的第二吸收辐射。用于抑制红外辐射的发射率的发射辐射抑制覆层沉积在第二太阳能吸收覆层上，使得第二太阳能吸收覆层设置在第二局部芯管表面和发射辐射抑制覆层之间。第一太阳能吸收覆层形成第一局部受热器管表面，并且发射辐射抑制覆层形成第二局部受热器管表面。
文档编号F24J2/12GK102589169SQ201210013679
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月17日 优先权日2011年1月17日
发明者E.利普曼, J.施瓦茨曼, M.巴凯, R.埃泽尔 申请人:西门子聚集太阳能有限公司