一种槽式聚光型太阳能真空集热管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能光热利用技术领域，涉及太阳能集热元件，具体涉及一种槽式 聚光型太阳能真空集热管。
【背景技术】
[0002] 由于太阳能真空集热管具有结构简单、性能优良、生产工艺先进可靠、特别适合于 大批量规模化生产的特点，其在实际应用中十分广泛，特别是在槽式太阳能热发电系统中 被广泛使用。
[0003] 太阳能真空集热管内管和外管之间为真空层，所以内管的热量不存在通过空气对 流散失。但是内管与外管之间可以通过辐射进行传热，从而导致热量损失。由于太阳能真 空集热管内管外壁面涂有太阳能选择性吸收涂层，内管在温度较低时发射率为5%左右，因 此内管到外管的辐射热量大部分会散失掉。而应用在槽式聚光型集热系统上的全玻璃太阳 能真空管，其内管可以达到400°C甚至400°C以上的中高温，因此内管向外辐射传热的热流 密度会急剧增大。同时中高温下的内管发射率会达到10%，导致内管向外散失的热量会更 大。所以解决内管温度较高情况下对外热量散失问题变得十分有意义。
【发明内容】
[0004] 为了削减槽式聚光型太阳能真空管较大的对外辐射换热的热量损耗，有效地提高 太阳能真空管的集热效率，本发明提出一种槽式聚光型太阳能真空集热管。
[0005] -种槽式聚光型太阳能真空集热管，包括外玻璃罩管2和内吸热管3,内吸热管3 的外圆柱面上设有内管涂层31 ;外玻璃罩管2和内吸热管3之间的空腔为真空环形空间4 ; 改进在于： 在所述真空环形空间4内设有遮热板5,遮热板5上与内吸热管3对应的一侧面为反射 面，与外玻璃罩管2对应的一侧面为吸收面；所述反射面上设有具有高反射率、低发射率特 性的反射层，所述吸收面上设有在太阳辐射波段高吸收率、低发射率的选择性吸收涂层。
[0006] 所述遮热板5的横截面呈圆弧状，遮热板5和内吸热管3之间的径向间距为真空 环形空间4的径向直径的1/3~1/2。
[0007] 遮热板5覆盖的内吸热管3的圆心角为120°~150°。
[0008] 所述遮热板5材料为铝合金。
[0009] 所述反射层材料为反射膜或抛光金属面。
[0010] 所述吸收层为太阳能选择性吸收涂层，其在0. 2~3 μ m的太阳辐射波段的吸收率 为90%以上。
[0011] 所述反射膜材料为铝膜或银膜，所述抛光金属面为抛光铝合金表面。
[0012] 所述太阳能选择性吸收涂层的材料为金属氧化物陶瓷镀膜带或黑铬涂层。
[0013] 本发明的有益技术效果体现在以下方面： 1.通过增设弧形的遮热板，由于所述遮热板内表面具有高反射率特性，可以将遮热板 遮住的内管部分对外辐射热量大部分反射回到内管上，减少了热量的损耗。
[0014] 2.通过在遮热板外表面设置太阳选择性吸收材料的吸收层，太阳辐照直射到所述 遮热板吸收层上，遮热板温度将会升高，则所述遮热板遮住的内管部分与遮热板之间的辐 射换热量将会大幅减少，从而间接地减少了内管的对外热损。
[0015] 3.增设遮热板，虽然遮挡住了部分内管可接收到的太阳直射辐射光线，减少了内 管的吸热量，但是通过所述1、2两点，遮热板减少的热量损失要大于所述遮热板遮住的内 管部分能够获得的太阳直射辐射热量。数值分析证明，遮热板减少的热量损失为所述遮热 板遮住的内管部分能够得到的太阳直射辐射热量的1. 25~1. 5倍，即所述一种槽式太阳能 真空管集热效率提尚明显。
[0016] 4.所述遮热板设置于所述太阳能真空管的内管、外管之间的真空环形空间内，具 有清洁性、持久性、结构简单、易于制造等优点。
[0017] 综上所述，本发明所述的一种槽式太阳能集热管能够减少内管对外的辐射散热损 失，有效地解决了太阳能真空管中高温情况下散热损失大的问题，具有很好的使用和推广 价值。
【附图说明】
[0018] 图1为槽式聚光型太阳能真空集热系统整体示意图。
[0019] 图2为图1中垂直于真空集热管轴线a-a处横截面示意图。
[0020] 图3为槽式聚光型太阳能真空集热管的工作原理图。
[0021] 上图中序号：槽式聚光器1、外玻璃罩管2、内吸热管3、内管涂层31、真空环形空间 4、遮热板5、反射层51、吸收层52。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
[0023] 参见图2,一种槽式聚光型太阳能真空集热管包括外玻璃罩管2和内吸热管3,内 吸热管3的外圆柱面上设有内管涂层31 ;外玻璃罩管2和内吸热管3之间的空腔为真空环 形空间4。
[0024] 在真空环形空间4内安装有遮热板5,遮热板5的材料为铝合金，横截面呈圆弧状。 遮热板5上与内吸热管3对应的一侧面为反射面，与外玻璃罩管2对应的一侧面为吸收面； 反射面上设有具有高反射率、低发射率特性的反射层，反射层材料为反射膜，反射膜材料为 铝膜；吸收面上设有在太阳辐射波段高吸收率、低发射率的选择性吸收涂层，选择性吸收涂 层在0. 2~3 μ m的太阳辐射波段的吸收率为90%以上，选择性吸收涂层的材料为金属氧化 物陶瓷镀膜带。遮热板5和内吸热管3之间的径向间距为真空环形空间4的径向直径的 1/3。内吸热管3接收到的聚光器反射的光斑而形成的圆心角为α，遮热板5覆盖内吸热管 3的圆心角则不大于360-α。
[0025] 参见图1，在槽式聚光型太阳能真空集热系统中，随着太阳在一天中高度角不断 变化，该槽式聚光系统需要跟踪太阳以达到最大的集热效果，由于槽式聚光器1和太阳能 真空集热管为一体跟踪方式，即槽式聚光器1与太阳能真空集热管固定在一起旋转跟踪太 阳，此时遮热板5将一直正对太阳直射辐照，并能够保证不遮挡槽式聚光器1反射的太阳光 线传播路径。其中被遮热板5遮挡的内吸热管部分与反射层51之间的视角系数接近于1， 这就使得该内吸热管部分的辐射热量基本全部投射到遮热板5的反射层51上。反射层51 具有高反射率，可以将被遮热板5遮挡的内管部分辐射到反射层51上的热量大部分反射回 到内吸热管3上，阻挡该内吸热管部分的对外辐射散热。遮热板5的吸收层52吸收太阳直 射辐射后，遮热板5的整体温度将明显升高，这使得被遮热板5遮挡的内吸热管部分与遮热 板5之间的辐射传热量大幅减小，间接地减少了辐射热损。
[0026] 参见图3,本实施例设置遮热板5覆盖内吸热管3的圆心角为120°，遮 热板5与内吸热管3的径向间距为真空环形空间的径向直径的1/3。本实施例内 吸热管3直径63mm，外玻璃罩管2直径102mm，遮热板5与内吸热管3径向间距为 6. 5mm。由于两者径向间距很小，可设定内吸热管被覆盖表面与遮热板5之间视角系数 =1。内吸热管介质熔融盐温度为700K，环境温度为300K，太阳辐照强度为1000 。由于内吸热管3温度较高，内吸热管3外表面涂层发射率在高温情况下为0. 1，吸收层52 太阳选择性吸收涂层的吸收率为0. 95,反射层51反射率为0. 96.根据上述条件可以计算得 到 :在没有遮热板情况下，120°内吸热管3表面热损为144. 2W/m，在设置遮热板5情况下 120°内吸热管3表面总热损为113. 8W/m，减少热量损失21%。可见增设遮热板能够有效地 减少热量损失。
[0027] 综上，虽然设置了遮热板5后，遮热板5会遮挡住一部分内管表面本能接收到的 太阳直射辐照，但是遮热板5减少的热量损失要大于这部分内管表面能够获得的太阳直射 辐射热量。数值分析证明，遮热板5减少的热量损失为被遮挡的部分内管表面能够得到的 太阳直射辐射热量的1. 25~1. 5倍，即所述一种槽式太阳能真空集热管的集热效率提高明 显。同时遮热板5设置于所述太阳能真空管的内吸热管3、外玻璃罩管2之间的真空环形空 间4内，具有清洁性、持久性、结构简单、易于制造等优点。
[0028] 所述遮热板5呈现圆弧状且靠近内管3但与内管3不接触，可采用几个金属圆箍 套在内管上以及焊接等技术使遮热板5支撑于环形空间4内，所述金属圆箍应细窄，即金属 圆箍与内管接触表面尽量小，同时所述金属圆箍在大于3 μπι波段发射率小、0. 2-3 μπι太阳 辐射波段吸收率高，可选择在金属圆箍表面涂太阳能选择吸收涂层。
【主权项】
1. 一种槽式聚光型太阳能真空集热管，包括外玻璃罩管（2)和内吸热管（3)，内吸热管 (3)的外圆柱面上设有内管涂层（31);外玻璃罩管（2)和内吸热管（3)之间的空腔为真空环 形空间（4)，其特征在于： 在所述真空环形空间（4)内设有遮热板（5)，遮热板（5)上与内吸热管（3)对应的一侧 面为反射面，与外玻璃罩管（2)对应的一侧面为吸收面；所述反射面上设有具有高反射率、 低发射率特性的反射层，所述吸收面上设有在太阳辐射波段高吸收率、低发射率的选择性 吸收涂层。2. 根据权利要求1所述的一种槽式聚光型太阳能真空集热管，其特征在于：所述遮热 板（5)的横截面呈圆弧状，遮热板（5)和内吸热管（3)之间的径向间距为真空环形空间（4) 的径向直径的1/3~1/2。3. 根据权利要求1所述的一种槽式聚光型太阳能真空集热管，其特征在于：遮热板（5) 覆盖的内吸热管（3)的圆心角为120°~150°。4. 根据权利要求1所述的一种槽式聚光型太阳能真空集热管，其特征在于：所述遮热 板（5)材料为铝合金。5. 根据权利要求1所述的一种槽式聚光型太阳能真空集热管，其特征在于：所述反射 层材料为反射膜或抛光金属面。6. 根据权利要求1所述的一种槽式聚光型太阳能真空集热管，其特征在于：所述吸收 层为太阳能选择性吸收涂层，其在〇. 2~3 ym的太阳辐射波段的吸收率为90%以上。7. 根据权利要求5所述的一种槽式聚光型太阳能真空集热管，其特征在于：所述反射 膜材料为铝膜或银膜，所述抛光金属面为抛光铝合金表面。8. 根据权利要求6所述的一种槽式聚光型太阳能真空集热管，其特征在于：所述太阳 能选择性吸收涂层的材料为金属氧化物陶瓷镀膜带或黑铬涂层。
【专利摘要】本发明涉及一种槽式聚光型太阳能真空集热管。包括有外玻璃罩管和内吸热管，内吸热管的外圆柱面上设有内管涂层；外玻璃罩管和内吸热管之间的空腔为真空环形空间，在真空环形空间内设有遮热板，遮热板与内吸热管对应的一侧面为反射面，与外玻璃罩管对应的一侧面为吸收面；遮热板内表面在红外波段具有高反射率、低发射率特性，外表面涂有选择性吸收涂层，具有在0.2-3μm太阳辐射波段高吸收率、在大于3μm红外波段低发射率的特性。本发明可有效减少中高温集热情况下真空集热管内管对外辐射热损，提高集热效率。
【IPC分类】F24J2/46
【公开号】CN105157257
【申请号】CN201510622783
【发明人】裴刚, 王其梁, 胡名科, 李晶, 曹静宇, 季杰
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月28日