一種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及太陽(yáng)能集熱元件，具體涉及一種槽式 聚光型太陽(yáng)能真空集熱管。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于太陽(yáng)能真空集熱管具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良、生產(chǎn)工藝先進(jìn)可靠、特別適合于 大批量規(guī)?；a(chǎn)的特點(diǎn)，其在實(shí)際應(yīng)用中十分廣泛，特別是在槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中 被廣泛使用。
[0003] 太陽(yáng)能真空集熱管內(nèi)管和外管之間為真空層，所以內(nèi)管的熱量不存在通過空氣對(duì) 流散失。但是內(nèi)管與外管之間可以通過輻射進(jìn)行傳熱，從而導(dǎo)致熱量損失。由于太陽(yáng)能真 空集熱管內(nèi)管外壁面涂有太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，內(nèi)管在溫度較低時(shí)發(fā)射率為5%左右，因 此內(nèi)管到外管的輻射熱量大部分會(huì)散失掉。而應(yīng)用在槽式聚光型集熱系統(tǒng)上的全玻璃太陽(yáng) 能真空管，其內(nèi)管可以達(dá)到400°C甚至400°C以上的中高溫，因此內(nèi)管向外輻射傳熱的熱流 密度會(huì)急劇增大。同時(shí)中高溫下的內(nèi)管發(fā)射率會(huì)達(dá)到10%，導(dǎo)致內(nèi)管向外散失的熱量會(huì)更 大。所以解決內(nèi)管溫度較高情況下對(duì)外熱量散失問題變得十分有意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了削減槽式聚光型太陽(yáng)能真空管較大的對(duì)外輻射換熱的熱量損耗，有效地提高 太陽(yáng)能真空管的集熱效率，本發(fā)明提出一種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管。
[0005] -種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管，包括外玻璃罩管2和內(nèi)吸熱管3,內(nèi)吸熱管3 的外圓柱面上設(shè)有內(nèi)管涂層31 ;外玻璃罩管2和內(nèi)吸熱管3之間的空腔為真空環(huán)形空間4 ; 改進(jìn)在于： 在所述真空環(huán)形空間4內(nèi)設(shè)有遮熱板5,遮熱板5上與內(nèi)吸熱管3對(duì)應(yīng)的一側(cè)面為反射 面，與外玻璃罩管2對(duì)應(yīng)的一側(cè)面為吸收面；所述反射面上設(shè)有具有高反射率、低發(fā)射率特 性的反射層，所述吸收面上設(shè)有在太陽(yáng)輻射波段高吸收率、低發(fā)射率的選擇性吸收涂層。
[0006] 所述遮熱板5的橫截面呈圓弧狀，遮熱板5和內(nèi)吸熱管3之間的徑向間距為真空 環(huán)形空間4的徑向直徑的1/3~1/2。
[0007] 遮熱板5覆蓋的內(nèi)吸熱管3的圓心角為120°~150°。
[0008] 所述遮熱板5材料為鋁合金。
[0009] 所述反射層材料為反射膜或拋光金屬面。
[0010] 所述吸收層為太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其在0. 2~3 μ m的太陽(yáng)輻射波段的吸收率 為90%以上。
[0011] 所述反射膜材料為鋁膜或銀膜，所述拋光金屬面為拋光鋁合金表面。
[0012] 所述太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的材料為金屬氧化物陶瓷鍍膜帶或黑鉻涂層。
[0013] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面： 1.通過增設(shè)弧形的遮熱板，由于所述遮熱板內(nèi)表面具有高反射率特性，可以將遮熱板 遮住的內(nèi)管部分對(duì)外輻射熱量大部分反射回到內(nèi)管上，減少了熱量的損耗。
[0014] 2.通過在遮熱板外表面設(shè)置太陽(yáng)選擇性吸收材料的吸收層，太陽(yáng)輻照直射到所述 遮熱板吸收層上，遮熱板溫度將會(huì)升高，則所述遮熱板遮住的內(nèi)管部分與遮熱板之間的輻 射換熱量將會(huì)大幅減少，從而間接地減少了內(nèi)管的對(duì)外熱損。
[0015] 3.增設(shè)遮熱板，雖然遮擋住了部分內(nèi)管可接收到的太陽(yáng)直射輻射光線，減少了內(nèi) 管的吸熱量，但是通過所述1、2兩點(diǎn)，遮熱板減少的熱量損失要大于所述遮熱板遮住的內(nèi) 管部分能夠獲得的太陽(yáng)直射輻射熱量。數(shù)值分析證明，遮熱板減少的熱量損失為所述遮熱 板遮住的內(nèi)管部分能夠得到的太陽(yáng)直射輻射熱量的1. 25~1. 5倍，即所述一種槽式太陽(yáng)能 真空管集熱效率提尚明顯。
[0016] 4.所述遮熱板設(shè)置于所述太陽(yáng)能真空管的內(nèi)管、外管之間的真空環(huán)形空間內(nèi)，具 有清潔性、持久性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造等優(yōu)點(diǎn)。
[0017] 綜上所述，本發(fā)明所述的一種槽式太陽(yáng)能集熱管能夠減少內(nèi)管對(duì)外的輻射散熱損 失，有效地解決了太陽(yáng)能真空管中高溫情況下散熱損失大的問題，具有很好的使用和推廣 價(jià)值。
【附圖說明】
[0018] 圖1為槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱系統(tǒng)整體示意圖。
[0019] 圖2為圖1中垂直于真空集熱管軸線a-a處橫截面示意圖。
[0020] 圖3為槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管的工作原理圖。
[0021] 上圖中序號(hào)：槽式聚光器1、外玻璃罩管2、內(nèi)吸熱管3、內(nèi)管涂層31、真空環(huán)形空間 4、遮熱板5、反射層51、吸收層52。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
[0023] 參見圖2,一種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管包括外玻璃罩管2和內(nèi)吸熱管3,內(nèi) 吸熱管3的外圓柱面上設(shè)有內(nèi)管涂層31 ;外玻璃罩管2和內(nèi)吸熱管3之間的空腔為真空環(huán) 形空間4。
[0024] 在真空環(huán)形空間4內(nèi)安裝有遮熱板5,遮熱板5的材料為鋁合金，橫截面呈圓弧狀。 遮熱板5上與內(nèi)吸熱管3對(duì)應(yīng)的一側(cè)面為反射面，與外玻璃罩管2對(duì)應(yīng)的一側(cè)面為吸收面； 反射面上設(shè)有具有高反射率、低發(fā)射率特性的反射層，反射層材料為反射膜，反射膜材料為 鋁膜；吸收面上設(shè)有在太陽(yáng)輻射波段高吸收率、低發(fā)射率的選擇性吸收涂層，選擇性吸收涂 層在0. 2~3 μ m的太陽(yáng)輻射波段的吸收率為90%以上，選擇性吸收涂層的材料為金屬氧化 物陶瓷鍍膜帶。遮熱板5和內(nèi)吸熱管3之間的徑向間距為真空環(huán)形空間4的徑向直徑的 1/3。內(nèi)吸熱管3接收到的聚光器反射的光斑而形成的圓心角為α，遮熱板5覆蓋內(nèi)吸熱管 3的圓心角則不大于360-α。
[0025] 參見圖1，在槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱系統(tǒng)中，隨著太陽(yáng)在一天中高度角不斷 變化，該槽式聚光系統(tǒng)需要跟蹤太陽(yáng)以達(dá)到最大的集熱效果，由于槽式聚光器1和太陽(yáng)能 真空集熱管為一體跟蹤方式，即槽式聚光器1與太陽(yáng)能真空集熱管固定在一起旋轉(zhuǎn)跟蹤太 陽(yáng)，此時(shí)遮熱板5將一直正對(duì)太陽(yáng)直射輻照，并能夠保證不遮擋槽式聚光器1反射的太陽(yáng)光 線傳播路徑。其中被遮熱板5遮擋的內(nèi)吸熱管部分與反射層51之間的視角系數(shù)接近于1， 這就使得該內(nèi)吸熱管部分的輻射熱量基本全部投射到遮熱板5的反射層51上。反射層51 具有高反射率，可以將被遮熱板5遮擋的內(nèi)管部分輻射到反射層51上的熱量大部分反射回 到內(nèi)吸熱管3上，阻擋該內(nèi)吸熱管部分的對(duì)外輻射散熱。遮熱板5的吸收層52吸收太陽(yáng)直 射輻射后，遮熱板5的整體溫度將明顯升高，這使得被遮熱板5遮擋的內(nèi)吸熱管部分與遮熱 板5之間的輻射傳熱量大幅減小，間接地減少了輻射熱損。
[0026] 參見圖3,本實(shí)施例設(shè)置遮熱板5覆蓋內(nèi)吸熱管3的圓心角為120°，遮 熱板5與內(nèi)吸熱管3的徑向間距為真空環(huán)形空間的徑向直徑的1/3。本實(shí)施例內(nèi) 吸熱管3直徑63mm，外玻璃罩管2直徑102mm，遮熱板5與內(nèi)吸熱管3徑向間距為 6. 5mm。由于兩者徑向間距很小，可設(shè)定內(nèi)吸熱管被覆蓋表面與遮熱板5之間視角系數(shù) =1。內(nèi)吸熱管介質(zhì)熔融鹽溫度為700K，環(huán)境溫度為300K，太陽(yáng)輻照強(qiáng)度為1000 。由于內(nèi)吸熱管3溫度較高，內(nèi)吸熱管3外表面涂層發(fā)射率在高溫情況下為0. 1，吸收層52 太陽(yáng)選擇性吸收涂層的吸收率為0. 95,反射層51反射率為0. 96.根據(jù)上述條件可以計(jì)算得 到 :在沒有遮熱板情況下，120°內(nèi)吸熱管3表面熱損為144. 2W/m，在設(shè)置遮熱板5情況下 120°內(nèi)吸熱管3表面總熱損為113. 8W/m，減少熱量損失21%?？梢娫鲈O(shè)遮熱板能夠有效地 減少熱量損失。
[0027] 綜上，雖然設(shè)置了遮熱板5后，遮熱板5會(huì)遮擋住一部分內(nèi)管表面本能接收到的 太陽(yáng)直射輻照，但是遮熱板5減少的熱量損失要大于這部分內(nèi)管表面能夠獲得的太陽(yáng)直射 輻射熱量。數(shù)值分析證明，遮熱板5減少的熱量損失為被遮擋的部分內(nèi)管表面能夠得到的 太陽(yáng)直射輻射熱量的1. 25~1. 5倍，即所述一種槽式太陽(yáng)能真空集熱管的集熱效率提高明 顯。同時(shí)遮熱板5設(shè)置于所述太陽(yáng)能真空管的內(nèi)吸熱管3、外玻璃罩管2之間的真空環(huán)形空 間4內(nèi)，具有清潔性、持久性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造等優(yōu)點(diǎn)。
[0028] 所述遮熱板5呈現(xiàn)圓弧狀且靠近內(nèi)管3但與內(nèi)管3不接觸，可采用幾個(gè)金屬圓箍 套在內(nèi)管上以及焊接等技術(shù)使遮熱板5支撐于環(huán)形空間4內(nèi)，所述金屬圓箍應(yīng)細(xì)窄，即金屬 圓箍與內(nèi)管接觸表面盡量小，同時(shí)所述金屬圓箍在大于3 μπι波段發(fā)射率小、0. 2-3 μπι太陽(yáng) 輻射波段吸收率高，可選擇在金屬圓箍表面涂太陽(yáng)能選擇吸收涂層。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管，包括外玻璃罩管（2)和內(nèi)吸熱管（3)，內(nèi)吸熱管 (3)的外圓柱面上設(shè)有內(nèi)管涂層（31);外玻璃罩管（2)和內(nèi)吸熱管（3)之間的空腔為真空環(huán) 形空間（4)，其特征在于： 在所述真空環(huán)形空間（4)內(nèi)設(shè)有遮熱板（5)，遮熱板（5)上與內(nèi)吸熱管（3)對(duì)應(yīng)的一側(cè) 面為反射面，與外玻璃罩管（2)對(duì)應(yīng)的一側(cè)面為吸收面；所述反射面上設(shè)有具有高反射率、 低發(fā)射率特性的反射層，所述吸收面上設(shè)有在太陽(yáng)輻射波段高吸收率、低發(fā)射率的選擇性 吸收涂層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于：所述遮熱 板（5)的橫截面呈圓弧狀，遮熱板（5)和內(nèi)吸熱管（3)之間的徑向間距為真空環(huán)形空間（4) 的徑向直徑的1/3~1/2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于：遮熱板（5) 覆蓋的內(nèi)吸熱管（3)的圓心角為120°~150°。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于：所述遮熱 板（5)材料為鋁合金。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于：所述反射 層材料為反射膜或拋光金屬面。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于：所述吸收 層為太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其在〇. 2~3 ym的太陽(yáng)輻射波段的吸收率為90%以上。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于：所述反射 膜材料為鋁膜或銀膜，所述拋光金屬面為拋光鋁合金表面。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于：所述太陽(yáng) 能選擇性吸收涂層的材料為金屬氧化物陶瓷鍍膜帶或黑鉻涂層。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種槽式聚光型太陽(yáng)能真空集熱管。包括有外玻璃罩管和內(nèi)吸熱管，內(nèi)吸熱管的外圓柱面上設(shè)有內(nèi)管涂層；外玻璃罩管和內(nèi)吸熱管之間的空腔為真空環(huán)形空間，在真空環(huán)形空間內(nèi)設(shè)有遮熱板，遮熱板與內(nèi)吸熱管對(duì)應(yīng)的一側(cè)面為反射面，與外玻璃罩管對(duì)應(yīng)的一側(cè)面為吸收面；遮熱板內(nèi)表面在紅外波段具有高反射率、低發(fā)射率特性，外表面涂有選擇性吸收涂層，具有在0.2-3μm太陽(yáng)輻射波段高吸收率、在大于3μm紅外波段低發(fā)射率的特性。本發(fā)明可有效減少中高溫集熱情況下真空集熱管內(nèi)管對(duì)外輻射熱損，提高集熱效率。
【IPC分類】F24J2/46
【公開號(hào)】CN105157257
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510622783
【發(fā)明人】裴剛, 王其梁, 胡名科, 李晶, 曹靜宇, 季杰
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月28日