本實(shí)用新型屬于太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種太陽(yáng)能高溫真空集熱管。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能真空集熱管廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)光熱利用。為了提升太陽(yáng)能品質(zhì)和利用效率，太陽(yáng)能高溫利用成為太陽(yáng)能光熱利用一個(gè)重要的發(fā)展方向。目前槽式聚光集熱溫度可達(dá)400℃甚至更高。

太陽(yáng)真空集熱管的內(nèi)管與外管之間環(huán)形空間為真空區(qū)域，所以內(nèi)管與外管之間不存在導(dǎo)熱和對(duì)流換熱損失，只存在輻射熱損。目前常用的太陽(yáng)能高溫真空集熱管的內(nèi)管表面設(shè)有太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，涂層在2.5μm左右波段具有不同選擇性特性，涂層對(duì)0.2-2.5μm輻射波段具有高吸收率特性，對(duì)2.5μm以上輻射波段具有低吸收率特性，也即選擇性吸收涂層在0.2-2.5μm對(duì)外輻射波段發(fā)射率高，2.5μm以上對(duì)外輻射波段發(fā)射率低。在集熱溫度較低時(shí)，涂層對(duì)太陽(yáng)輻射波段吸收率高，自身對(duì)外輻射發(fā)射率低（<5%）。但是隨著溫度升高，吸熱管對(duì)外光譜輻射功率峰值逐漸左移，與太陽(yáng)輻射波段逐漸靠近，使得在波長(zhǎng)較短的波段輻射功率明顯增加，而又由于涂層發(fā)射特性使得這部分對(duì)外輻射熱量以較高的發(fā)射率（集熱管平均發(fā)射率在400℃會(huì)增加到10%以上）被輻射出去，從而導(dǎo)致集熱管在較高集熱溫度時(shí)熱損急劇增加。同時(shí)內(nèi)管的對(duì)外輻射功率與集熱溫度的四次方呈正比，所以在高溫情況下集熱管熱損會(huì)進(jìn)一步增加。因此降低集熱管高溫運(yùn)行熱損對(duì)提升系統(tǒng)集熱效率和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了降低高溫太陽(yáng)能真空集熱管的輻射熱損，提升系統(tǒng)集熱效率和經(jīng)濟(jì)性，本實(shí)用新型提出了一種雙涂層太陽(yáng)能高溫真空集熱管。

一種雙涂層太陽(yáng)能高溫真空集熱管包括玻璃外管1和金屬內(nèi)管3，玻璃外管1和金屬內(nèi)管3之間的環(huán)形空間為真空區(qū)域4；所述金屬內(nèi)管3上有聚光光斑的一面為主吸熱面5，無聚光光斑的一面為次吸熱面2；

所述主吸熱面5上設(shè)有太陽(yáng)輻射波段高吸收率、紅外波段低發(fā)射率的高溫選擇性吸收材料；所述次吸熱面2上設(shè)有全波段高反射材料或吸收限較短的低發(fā)射率材料。

進(jìn)一步限定的技術(shù)方案如下：

所述次吸熱面2對(duì)應(yīng)的圓心角α為150°～210°。

所述太陽(yáng)輻射波段高吸收率、紅外波段低發(fā)射率的高溫選擇性吸收材料為在400℃時(shí)對(duì)太陽(yáng)輻射波段的吸收率不低于90%、在紅外波段的平均發(fā)射率不高于15%的材料。

所述在400℃時(shí)對(duì)太陽(yáng)輻射波段的吸收率不低于90%、在紅外波段的平均發(fā)射率不高于15%的材料為金屬陶瓷選擇性吸收薄膜。

所述全波段高反射材料為鋁膜或銀膜。

所述吸收限較短的低發(fā)射率材料為增加填充因子的選擇性吸收涂層，所述選擇性吸收涂層在400℃時(shí)的發(fā)射率低于7.5%。

本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面：

1.通過在內(nèi)管的主吸熱面和次吸熱面分別涂設(shè)兩種光學(xué)性能不同的涂層，雖然次吸熱面對(duì)太陽(yáng)輻照吸收量有所下降，但是次吸熱面的涂層發(fā)射率明顯低于主吸熱面涂層的發(fā)射率，在高溫時(shí)能夠明顯降低次吸熱面的輻射熱損，因此本實(shí)用新型能夠保證太陽(yáng)輻射能量吸收的同時(shí)，大幅降低集熱管的總熱損。數(shù)值分析證明，新型集熱管在高溫時(shí)相對(duì)傳統(tǒng)集熱管熱損降低比例可達(dá)35%。

2.本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造加工方便，加工方式與傳統(tǒng)集熱管相比無明顯差異。因此對(duì)傳統(tǒng)集熱管生產(chǎn)線稍作調(diào)整即可滿足新型集熱管的生產(chǎn)要求。

綜上所述，本實(shí)用新型能夠明顯減小集熱管輻射熱損，相對(duì)傳統(tǒng)集熱管具有明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)提升系統(tǒng)的集熱效率和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。

附圖說明

圖1為新型雙涂層太陽(yáng)能高溫真空集熱管的橫截面示意圖。

圖2為槽式聚光集熱系統(tǒng)工作原理圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中新型雙涂層太陽(yáng)能高溫真空集熱管的橫截面示意圖。

上圖中序號(hào)：外玻璃管1，次吸熱面2，金屬吸熱管3，真空環(huán)形區(qū)域4，主吸熱面5，槽式聚光器6。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種雙涂層太陽(yáng)能高溫真空集熱管包括玻璃外管1和金屬內(nèi)管2，玻璃外管1和金屬內(nèi)管3之間的環(huán)形空間為真空區(qū)域4。金屬內(nèi)管3上有聚光光斑的一面為主吸熱面5，無聚光光斑的一面為次吸熱面2；參見圖3，次吸熱面2對(duì)應(yīng)的圓心角α為180°，保證聚光光斑在主吸熱面5內(nèi)。

主吸熱面5上設(shè)有摻雜鉬的二氧化硅（Mo-SiO₂）選擇性吸收薄膜，該材料在400℃時(shí)對(duì)太陽(yáng)輻射波段吸收率為90%以上，自身輻射發(fā)射率低于15%。次吸熱面2上設(shè)有鋁膜，鋁膜為全波段高反射材料。

如圖2所示，槽式聚光集熱系統(tǒng)工作原理說明如下：槽式聚光器隨著太陽(yáng)位置變化不斷的旋轉(zhuǎn)，使照射在聚光鏡表面的太陽(yáng)直射輻射匯聚到真空集熱管的金屬內(nèi)管3的次吸熱面2，以獲得最大集熱量，因此集熱管接收大部分輻照能量是來自聚光器反射光線。主吸熱面5上的摻雜鉬的二氧化硅（Mo-SiO₂）選擇性吸收薄膜對(duì)太陽(yáng)輻照具有高吸收作用，保證了集熱管的集熱量；次吸熱面2上的鋁膜為全波段發(fā)射率和吸收率都比較低的材料，但是次吸熱面2僅為一倍太陽(yáng)輻照遠(yuǎn)低于主吸熱面5輻照強(qiáng)度，不會(huì)使集熱管的集熱量明顯下降，隨著溫度升高，次吸熱面2上的鋁膜能夠明顯降低集熱管的熱損，逐漸抵消次吸熱面2集熱量減少量，提高集熱管集熱量和集熱效率。

如圖3所示，本實(shí)施例主吸熱面5對(duì)應(yīng)的圓心角為180°，玻璃外管1內(nèi)徑為115mm，外徑120mm，金屬內(nèi)管3外徑為70mm。內(nèi)吸熱管3熔融鹽介質(zhì)溫度為773K，環(huán)境溫度288K，太陽(yáng)直射輻照強(qiáng)度800W/m²，風(fēng)速2.5m/s，主吸熱面5上的為摻雜鉬的二氧化硅（Mo-SiO₂）選擇性吸收薄膜的吸收率為0.95，發(fā)射率為0.12，次吸熱面2上的鋁膜發(fā)射率為0.03，玻璃外管1的太陽(yáng)輻射透射率為0.965。根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算得，傳統(tǒng)集熱管的熱損為523W/m，本實(shí)用新型雙涂層集熱管的熱損為355W/m，減小熱損為32.1%。

實(shí)施例2

本實(shí)施例次吸熱面2對(duì)應(yīng)的圓心角為150°，主吸熱面5對(duì)應(yīng)的圓心角為210°；

在次吸熱面2表面的吸收限較短的低發(fā)射率材料為增加填充因子的Mo-SiO₂選擇性吸收涂層，主吸熱面5表面為摻雜鉬的二氧化硅（Mo-SiO₂）選擇性吸收薄膜，其結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。

本實(shí)施例玻璃外管1內(nèi)徑為115mm，外徑120mm，金屬內(nèi)管3外徑為70mm。內(nèi)吸熱管3熔融鹽介質(zhì)溫度為773K，環(huán)境溫度288K，太陽(yáng)直射輻照強(qiáng)度800W/m²，風(fēng)速2.5m/s，主吸熱面5上的摻雜鉬的二氧化硅（Mo-SiO₂選擇性吸收薄膜的吸收率為0.95，發(fā)射率為0.12，次吸熱面2上的增加填充因子的材料發(fā)射率為0.05，玻璃外管1的太陽(yáng)輻射透射率為0.965。根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算得，傳統(tǒng)集熱管的熱損為523W/m，本實(shí)用新型雙涂層集熱管的熱損為402W/m，減小熱損為23.1%。

綜上所述本實(shí)用新型雖然會(huì)導(dǎo)致金屬內(nèi)管3的吸收熱量稍微減少，但是次吸熱面2上的低發(fā)射率材料可大幅減小集熱管熱損，使集熱管凈集熱量明顯增加，提高了集熱管的集熱效率。