槽式太阳能集热管真空性能测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种槽式太阳能集热管的性能测量装置及其测量方法。

背景技术：

槽式太阳能热发电是目前国际上商业应用最广、成本最低的太阳能热发电技术。槽式太阳能集热管是该种太阳能热发电系统中从光到热转化的最为关键部件，其真空性能优劣直接影响了槽式太阳能电站的光热发电效率和运行经济性。

槽式太阳能集热管由玻璃外管和镀有选择性吸收涂层的金属内管组成，玻璃外管和金属内管采用玻璃-金属封接方式连接，集热管的两端接有金属波纹管，以缓解玻璃外管和金属内管由于温度不同导致的膨胀差。为提高集热管的热效率，玻璃外管与金属内管之间的环形空间需抽真空，用来隔断环形空间的热对流或热传导以减少集热管的热损，同时用来避免选择性吸收涂层在高温下氧化。但由于槽式太阳能集热管的金属内管经常运行在接近400℃的高温下，其自身金属材料和玻璃材料都在不停的放气，同时，槽式太阳能集热管内的导热油传热工质高温时易于分解产生氢气，氢气通过金属内管渗透到环形空间内，这些材料放气和氢气渗透会造成槽式太阳能集热管真空性能下降。

槽式太阳能热发电站一般要求运行25年，因此集热管真空寿命需至少维持25年，然而电站中的槽式太阳能集热管在运行时经常发生损坏，根据目前国际上槽式电站运行统计数据，槽式太阳能集热管年平均失效率约3.5％-5％，其中有29％涉及真空失效，槽式太阳能集热管真空性能下降会造成热损显著增加，不同气体成分、不同气体压强对槽式太阳能集热管的热损造成的影响程度不同，气体分子量越小，如具有一定氢气后，其热损将是真空完好时的4倍以上，给电站造成了较大效率损失和经济损失。

目前槽式太阳能集热管的真空性能大都采用在其玻璃外管内壁上放置蒸散吸气剂，该蒸散吸气剂形成银色镜面的颜色变化用来判断真空度，但由于环形空间内气体较为复杂，且吸气剂也难以吸收惰性气体，仅仅当槽式太阳能集热管内进入了空气其银色镜面变白才显示出真空丧失，因此银色镜面难以有效指示环形空间的具体真空度和气体成分，给槽式太阳能热发电站运行和维护造成了较大影响。

实用新型专利cn202533221u中提出了采用真空系统和真空薄膜电容规来测量全玻璃真空集热管的夹层真空度，但该专利需要打开全玻璃真空集热管的密封，是破坏性真空性能测量，难以应用到槽式太阳能集热系统中的槽式太阳能集热管上。

因此，如何无损的评价在系统中的槽式太阳能集热管真空性能是目前槽式太阳能热发电站中存在的共性技术难题，尚无有效的测量装置和方法。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提出一种方便、无损的新型真空性能测量装置及其测量方法，可在室内和室外电站系统上对槽式太阳能集热管进行真空性能快速无损测量。

为了达到上述目的，本实用新型拟采用以下技术方案：

本实用新型的槽式太阳能集热管真空性能测量装置包括高频电源、气体电离施加装置和光谱检测系统。高频电源为气体电离施加装置供电，气体电离施加装置位于待测槽式太阳能集热管的玻璃外管上，光谱检测系统的光纤探头安装在气体电离施加装置上采集光谱信号。

所述的气体电离施加装置由电绝缘外壳和位于电绝缘外壳内壁的铜片电极构成。电绝缘外壳装夹在待测槽式太阳能集热管的玻璃外管上；所述的铜片电极长度和宽度范围均在10mm-200mm之间，厚度在0.2mm-2mm范围内，且与所述玻璃外管的间距在0-20mm范围内。

所述高频电源的电流频率范围为10khz-100mhz。所述高频电源的一端通过电缆与所述铜片电极连接，高频电源的另一端通过电缆与待测槽式太阳能集热管的金属部件连接并接地。所述的高频电源工作时，在所述的铜片电极和待测槽式太阳能集热管的金属内管之间产生高频电场，若待测槽式太阳能集热管的环形空间内具有一定气体时会被高频电场电离，出现放电现象，若待测槽式太阳能集热管的环形空间真空压强低于1pa以下时，不会发生电离放电现象。

所述的电绝缘外壳为半圆筒形或少半圆筒形，厚度至少在10mm以上，用来防止所述的铜片电极对外放电，并装夹在所述的待测槽式太阳能集热管的玻璃外管上。

电绝缘外壳上开有观察孔，观察孔为通孔，直径至少5mm。观察孔可以位于所述的铜片电极的外侧，距离所述的铜片电极边缘至少5mm。也可以位于所述电绝缘外壳内铜片电极的上部。所述的铜片电极在观察孔处也开有大小相同的孔洞，用于观察玻璃外管内的放电光谱情况。

所述的光谱检测系统包括光纤光谱仪、光纤和计算机，通过光学原理采集并分析待测槽式太阳能集热管的环形空间的光谱信号。所述的光谱仪可测量的光谱波长范围为150nm-1200nm。所述的光谱仪的一端通过通讯线与所述的计算机连接，光谱仪的另一端与所述光纤连接；所述的光纤的探头安装在所述气体电离施加装置的电绝缘外壳的观察孔内，且始终垂直于所述待测槽式太阳能集热管的玻璃外管，用来接收待测槽式太阳能集热管的环形空间内的光谱信号，所述的探头与所述的铜片电极间距至少5mm。

采用所述的槽式太阳能集热管真空性能测量装置的测量方法至少包括以下步骤：

1)将所述的气体电离施加装置放置在待测槽式太阳能集热管的玻璃外管上；

2)通过高频电源向铜片电极施加功率，在待测槽式太阳能集热管的环形空间内形成高频电场；

3)调节高频电源输出的功率，当待测槽式太阳能集热管的环形空间内气体发生电离时，记录高频电源的输出电压和电流数值，并通过光谱检测系统记录光谱数据，分析光谱特征波长和光谱光照强度数值，用来识别环形空间内的气体成分和压强；

4)当待测槽式太阳能集热管的环形空间气体未能放电产生发光等离子体时，调节高频电源的电流至某一固定值，记录高频电源的输出电压数值，分析环形空间内的气体压强。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型槽式太阳能集热管真空性能测量装置采用在槽式太阳能集热管的环形空间形成高频电场引起其内气体放电，然后利用光谱测量系统测量气体放电光谱，根据不同的气体放电光谱特征波长和光谱光照强度来判断环形空间存在的气体成分和真空压强；当环形空间内气体未能发生发光等离子体时，固定高频电源的电流，通过高频电源在环形空间形成的高频电场的电压数值，分析环形空间气体真空压强。因此，本实用新型通过高频气体电离与光谱分析结合方式，实现了槽式太阳能集热管真空性能的无损检测，是一种新的测量方法。

2、本实用新型槽式太阳能集热管真空性能测量装置的气体电离施加装置、高频电源和光谱测量系统都较小，安全可靠，便于携带，非常适合野外作业。

3、本实用新型槽式太阳能集热管的真空性能测量方法，能够在短时间内对槽式太阳能集热管的真空性能做出判断，不仅可以分析环形空间内发生气体电离放电时的气体成分和压强，还能分析真空较好时即环形空间内未发生气体电离放电时的具体真空压强值，具有测量稳定、易操作的优点。

附图说明

图1是本实用新型槽式太阳能集热管真空性能测量装置的示意图；

图2是本实用新型气体电离施加装置的结构示意图；

图3是本实用新型另一种方式的槽式太阳能集热管真空性能测量装置示意图；

图中：1，高频电源，2气体电离施加装置，3光谱检测系统，4电绝缘外壳，5铜片电极，6待测槽式太阳能集热管，7玻璃外管，8金属部件，9光谱仪，10光纤，11计算机，12探头，13观察孔，14环形空间。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本实用新型。

1.实施例1

如图1和图2所示，本实用新型的槽式太阳能集热管真空性能测量装置包括电流频率范围为50khz高频电源1、气体电离施加装置2和光谱检测系统3。高频电源1为气体电离施加装置2供电，气体电离施加装置2位于待测槽式太阳能集热管的玻璃外管上，光谱检测系统3安装在采集气体电离施加装置上。

气体电离施加装置2由厚度为50mm的半圆形电绝缘外壳4和位于电绝缘外壳4内壁的铜片电极5组成。电绝缘外壳4装夹在待测槽式太阳能集热管的玻璃外管上，并用来防止铜片电极5对外放电。铜片电极5长度为160mm、宽度为150mm、厚度为0.4mm，气体电流施加装置2放置在待测槽式太阳能集热管6的玻璃外管7上，铜片电极5与玻璃外管7间距为2mm。高频电源1的一端通过电缆与铜片电极5连接，高频电源1的另一端通过电缆与待测槽式太阳能集热管6的金属部件8连接并接地。光谱检测系统3包括光谱仪9、光纤10和计算机11，光谱仪9可测量光谱波长范围为150nm-1100nm，光谱仪9的一端通过通讯线与计算机11连接，光谱仪9的另一端与光纤10连接，电绝缘外壳4的中心位置开有直径10mm的观察孔13，观察孔13位于铜片电极5上方，铜片电极5在观察孔13处也开有与观察孔13直径相等的孔洞，光纤10的探头12安装在电绝缘外壳4的观察孔13内，探头12位于铜片电极5上部10mm处，防止探头12带电，探头12始终垂直于玻璃外管7，用来接收待测槽式太阳能集热管6的环形空间14内的光谱信号。

利用本实用新型装置测量槽式太阳能集热管真空性能步骤如下：

1)将气体电离施加装置2放置在待测槽式太阳能集热管6的玻璃外管7上；

2)通过高频电源1向铜片电极5施加功率，在待测槽式太阳能集热管6的环形空间14内形成高频电场；

3)调节高频电源1的功率，当待测槽式太阳能集热管6的环形空间14内气体发生电离时，记录高频电源1的输出电压和电流数值，并通过光谱检测系统3记录光谱数据，分析光谱特征波长和光谱光照强度数值，用来识别环形空间14内的气体成分和压强；

4)当待测槽式太阳能集热管6的环形空间14气体未能放电产生发光等离子体时，调节高频电源1的电流至某一固定值，记录高频电源1的输出电压数值，根据输出电压数值分析环形空间14内的气体压强。

2.实施例2

图3是本实用新型另一种方式的槽式太阳能集热管真空性能测量装置的示意图，包括电流频率范围为27.12mhz的高频电源1、气体电离施加装置2和光谱检测系统3。高频电源1为气体电离施加装置2供电，气体电离施加装置2位于待测槽式太阳能集热管的玻璃外管上，光谱检测系统3安装在采集气体电离施加装置上。

气体电离施加装置2由厚度为30mm的半圆形电绝缘外壳4和位于电绝缘外壳4内壁的铜片电极5构成，电绝缘外壳4装夹在待测槽式太阳能集热管的玻璃外管上，并用来防止铜片电极5对外放电。铜片电极5长度为150mm、宽度为60mm、厚度为0.7mm，气体电离施加装置2放置在待测槽式太阳能集热管6的玻璃外管7上，铜片电极5与玻璃外管7间距为8mm。高频电源1的一端通过电缆与铜片电极5连接，高频电源1的另一端通过电缆与待测槽式太阳能集热管6的金属部件8连接并接地。光谱检测系统3包括光谱仪9、光纤10和计算机11，光谱仪9可测量光谱波长范围为200nm-1100nm，光谱仪9的一端通过通讯线与计算机11连接，光谱仪9的另一端与光纤10连接，电绝缘外壳4的边缘位置具有直径8mm的观察孔13，铜片电极5与观察孔13的间距为10mm，光纤10的探头12安装在电绝缘外壳4的观察孔13内，探头12始终垂直于玻璃外管7，用来接收待测槽式太阳能集热管6的环形空间14内的光谱信号。

利用本实用新型装置测量槽式太阳能集热管真空性能步骤如下：

1)将气体电离施加装置2放置在待测槽式太阳能集热管6的玻璃外管7上；

2)通过高频电源1向铜片电极5施加一定功率，在待测槽式太阳能集热管6的环形空间14内形成高频电场；

3)调节高频电源1的功率，当待测槽式太阳能集热管6的环形空间14内气体发生电离时，记录高频电源1的输出电压和电流数值，并通过光谱检测系统3记录光谱数据，分析光谱特征波长和光谱光照强度数值，用来识别环形空间14内的气体成分和压强；

4)当待测槽式太阳能集热管6的环形空间14内的气体未能放电产生发光等离子体时，调节高频电源1的电流至某一固定值，记录高频电源的输出电压数值，分析环形空间14内的气体压强。