專利名稱：受熱器管及其制造方法、拋物形槽式收集器及其使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及受熱器和制造受熱器管的方法。此外，提供了拋物形槽式收集器以及該拋物形槽式收集器的使用。
背景技術(shù)：
基于集中的太陽能技術(shù)的太陽光照場地發(fā)電廠的太陽能收集單元例如是具有拋物面鏡和受熱器管的拋物形槽式收集器。受熱器管被設(shè)置在鏡的焦線上。通過鏡的太陽光反射表面，太陽光被聚焦到受熱器管，該受熱器管填充有傳熱流體，例如熱油或熔鹽。經(jīng)由受熱器管，太陽光的能量被結(jié)合到傳熱流體中。太陽能被轉(zhuǎn)換成熱能。為了使得太陽光的能量被結(jié)合到傳熱流體中的效率最大化，太陽能吸收覆層被附連在受熱器管的表面上。這樣的吸收覆層通常包括具有相繼沉積的薄膜層的多層層堆，所述薄膜層具有不同的光學(xué)特性。吸收覆層的實質(zhì)整體光學(xué)特性是針對太陽光譜(吸收輻射)的波長具有高的太陽能吸收率(低的太陽能反射率)。此外，紅外輻射的低發(fā)射率(高反射率)是重要的。這樣的覆層被稱為選擇性太陽能覆層。針對受熱器管的制造，通過使用例如濺射的方法在受熱器管的表面上相繼形成薄膜沉積，從而使得太陽能吸收覆層被附連在該表面上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種受熱器管，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該受熱器管具有提高的能
量產(chǎn)量。本發(fā)明的另一目標(biāo)在于提供具有該受熱器管的拋物形槽式收集器。本發(fā)明的進(jìn)一步的目標(biāo)在于提供該拋物形槽式收集器的使用。這些目標(biāo)是通過權(quán)利要求所明確的發(fā)明來實現(xiàn)的。提供了一種受熱器管，其用于吸收太陽能且用于將吸收的太陽能傳遞到能夠位于受熱器管的芯管內(nèi)部的傳熱流體。芯管包括至少一個第一局部芯管表面，其由至少一個第一太陽能吸收覆層覆蓋以便吸收太陽光的第一特定光譜的第一吸收輻射。芯管額外地包括至少一個第二局部芯管表面，其由至少一個第二太陽能吸收覆層覆蓋以便吸收太陽光的第二特定光譜的第二吸收輻射。用于抑制紅外輻射的發(fā)射率的發(fā)射輻射抑制覆層(emission radiation inhibiting coating)被沉積在第二太陽能吸收覆層上,使得第二太陽能吸收覆層被設(shè)置在第二局部芯管表面和發(fā)射輻射抑制覆層之間。第一太陽能吸收覆層形成受熱器管的第一局部受熱器管表面，并且發(fā)射輻射抑制覆層形成受熱器管的第二局部受熱器表面。發(fā)射輻射抑制覆層優(yōu)選地直接附連于第二太陽能吸收覆層，從而導(dǎo)致層堆被設(shè)置在芯管的第二局部芯管表面上。這個層堆由第二太陽能吸收覆層和發(fā)射輻射抑制覆層構(gòu)成。例如，通過具有在90度至270度之間的第一周邊(扇形角)的第一區(qū)段來形成第一局部表面，而通過具有在180度至90度之間的第二周邊的第二區(qū)段來形成第二局部表面。
此外，相應(yīng)公開了制造受熱器管的方法。該方法包括下述步驟
a)提供具有第一局部芯管表面和第二局部芯管表面的、用于受熱器管的未覆蓋芯管；
b)將第一太陽能吸收覆層附連在第一局部芯管表面上并且將第二太陽能吸收覆層附連在第二局部芯管表面上；以及
c)將發(fā)射輻射抑制覆層附連在第二太陽能吸收覆層上，使得第二選擇性太陽能覆層被設(shè)置在第二局部芯管表面和發(fā)射輻射抑制覆層之間。還提供了一種拋物形槽式收集器，其包括至少一個拋物面鏡和至少一個受熱器管，所述拋物面鏡具有太陽光反射表面以便將太陽光集中到拋物面鏡的焦線上，所述受熱器管被設(shè)置在拋物面鏡的焦線上。受熱器管被設(shè)置在焦線上以使得具有第一太陽能吸收覆層的第一局部受熱器管表面至少部分地位于與太陽光反射表面相對并且具有發(fā)射輻射抑制覆層的第二局部受熱器管表面至少部分地避開太陽光反射表面。最后，公開了拋物形槽式收集器在發(fā)電廠中將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的使用。優(yōu)選地，第一太陽能吸收覆層和第二太陽能吸收覆層形成具有共同物理和化學(xué)特性的公共太陽能吸收覆層。僅存在一種附連于芯管的側(cè)向區(qū)域的太陽能吸收覆層。這個公共太陽能吸收覆層各處均具有相同的化學(xué)和物理特性。因此，太陽光的第一特定光譜的第一吸收輻射和太陽光的第二特定光譜的第二吸收輻射幾乎是相同的。對于制造受熱器管而言，僅使用一種太陽能吸收覆層是有利的。較容易的是在芯管的整個芯管表面上僅僅沉積一種太陽能吸收覆層。本發(fā)明的原理是通過最大化經(jīng)由第一局部受熱器管表面被結(jié)合到受熱器管內(nèi)的太陽能(集中的輻射能量)并通過最小化經(jīng)由第二局部受熱器管表面損失的熱能來優(yōu)化受熱器管的熱特性。形成第一局部受熱器管表面的第一太陽能吸收覆層被設(shè)計成吸收盡可能多(吸收率大于97%)的太陽能輻射。與此相比，減小了經(jīng)由第二局部受熱器管的發(fā)射率。受熱器管能夠被設(shè)置在拋物面鏡的焦線上以使得被集中的太陽能輻射撞擊第一局部受熱器管表面的第一太陽能吸收覆層。用發(fā)射輻射抑制覆層來覆蓋受熱器管不被集中的太陽能輻射加熱的部分(即該部分通常面向太陽并且因而僅承受直接的太陽能輻射)。發(fā)射輻射抑制覆層是非選擇性覆層。優(yōu)選地，第一局部表面和/或第二局部表面沿受熱器管的縱向校準(zhǔn) (longitudinal alignment)對齊。這種特性也被應(yīng)用到第一芯管表面和/或第二芯管表面。對于受熱器管處于拋物面鏡的焦線上的設(shè)置而言，分別沿受熱器管的縱向校準(zhǔn)的對齊以及沿芯管的縱向校準(zhǔn)的對齊是有利的。最大化了被結(jié)合到受熱器管內(nèi)的太陽的集中的輻射能量并最小化了受熱器管的熱能損失。在優(yōu)選實施例中，第一局部受熱器管表面包括受熱器管的側(cè)向區(qū)域的第一區(qū)段， 該第一區(qū)段具有第一周邊，該第一周邊選自50°至300°之間的范圍且優(yōu)選地選自60°至 210°之間的范圍。在另一優(yōu)選實施例中，第二局部受熱器管表面包括受熱器管的側(cè)向區(qū)域的第二區(qū)段，該第二區(qū)段具有第二周邊，該第二周邊選自210°至60°之間的范圍且優(yōu)選地選自180°至90°之間的范圍。關(guān)于收集器的幾何構(gòu)造(例如RM角)來優(yōu)化這些角度。發(fā)射輻射抑制覆層被沉積在第二局部熱能吸收覆層上。借助于發(fā)射輻射抑制覆層,減小了紅外輻射的發(fā)射率的大小。輻射抑制覆層的紅外輻射的發(fā)射率小于30%。優(yōu)選地，發(fā)射輻射抑制覆層包括小于20%的紅外輻射的發(fā)射率。
在優(yōu)選實施例中，發(fā)射輻射抑制覆層包括金屬，該金屬選自由鋁、銅、銀、金和鑰構(gòu)成的組。其他金屬或合金也是可能的。發(fā)射輻射抑制覆層能夠是金屬性的且因此基本僅由金屬構(gòu)成。例如，發(fā)射輻射抑制覆層是由銅構(gòu)成的層。這樣的具有銅的覆層阻擋了在直接太陽能輻射撞擊的受熱器管的“上”部上的熱輻射(發(fā)射)。這強烈地減少了受熱器管的整體熱損失，而這會損失掉撞擊在其上的總輻射中的一部分。在另一優(yōu)選實施例中，發(fā)射輻射抑制覆層包括一定層厚，該層厚選自在100 nm至 800 nm之間的范圍且優(yōu)選地在200 nm至800 nm之間的范圍。更優(yōu)選地，該厚度選自在300 nm至800 nm之間的范圍。例如,發(fā)射福射抑制覆層包括大約500 nm的層厚。優(yōu)選地，局部受熱器管表面中的至少一個形成連續(xù)區(qū)域。受熱器管被設(shè)置在焦線上與鏡的縱向校準(zhǔn)平行。借此，能夠非常有效地吸收太陽能。集中的太陽能輻射通常撞擊第一局部受熱器管表面的太陽能吸收覆層(強度大約是52 sun)而第二局部受熱器管表面通常不被集中的太陽能輻射撞擊(強度大約O. 6 sun)。由于整體發(fā)射率，在熱損失方面獲益更多的情況下浪費了非常少量的能量。因此，即使損失了一些直接的太陽輻射，但仍增加了受熱器管的總的吸收與發(fā)射比。第一局部受熱器管表面與第二局部受熱器管表面的區(qū)域不必須具有相同的范圍。容易地優(yōu)化了所述局部受熱器管表面的范圍以及它們在受熱器管的側(cè)向表面上的位置(例如由于 RIM)0為了改進(jìn)受熱器管的物理和化學(xué)穩(wěn)定性以及熱特性，額外采取了一些其他的措施。例如，受熱器管具有封罩，其包括至少一個封罩壁。這種封罩壁至少部分地透過第一吸收輻射和/或第二吸收輻射。在吸收輻射的透射大于80%且優(yōu)選地大于90%的情況下得到了至少部分穿透。封罩優(yōu)選地是玻璃管并且封罩壁是玻璃管壁。在受熱器表面和封罩壁之間存在受熱器間隙。該受熱器間隙被排空。這意味著受熱器間隙內(nèi)的氣壓小于10_2 mbar且優(yōu)選地小于10_3 mbar。這具有優(yōu)點，即減少了通過對流從帶有傳熱流體的受熱器管帶走的熱。熱能沒有被耗散且基本完全可用于加熱傳熱流體。為了附連太陽能吸收覆層中的至少一個和/或為了附連發(fā)射輻射抑制覆層，使用薄膜沉積技術(shù)。薄膜沉積技術(shù)優(yōu)選地選自由原子層沉積、化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積構(gòu)成的組。物理氣相沉積例如是濺射。為了得到結(jié)構(gòu)性層，使用結(jié)構(gòu)化沉積技術(shù)?？商娲?，能夠非結(jié)構(gòu)化地沉積層，并且在沉積之后例如通過去除沉積的材料來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化。在優(yōu)選實施例中，借助于掩模方法來實現(xiàn)附連太陽能吸收覆層中的至少一個和/或附連發(fā)射輻射抑制覆層。優(yōu)選地，第一太陽能吸收覆層和第二太陽能吸收覆層形成公共連續(xù)的完整的芯管覆蓋層。在這樣的情況下，不必使用掩模方法。下述優(yōu)點與本發(fā)明有關(guān)
-較廣泛的可用材料可用于受熱器管的第二局部受熱器管表面；
-由于更加匹配的材料，導(dǎo)致在非選擇性覆蓋部分處更多地阻擋了熱輻射；
-這導(dǎo)致了整個受熱器管的更高的總吸收與發(fā)射比。


參考附圖從示例性實施例的描述中得到本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。附圖是示意性的。圖I示出了受熱器管和具有該受熱器管的拋物形槽式收集器的橫截面。圖2示出了一側(cè)上的受熱器管。
具體實施例方式給出了受熱器管1，其用于吸收太陽能并且用于將吸收的太陽能傳遞到能夠位于受熱器管的芯管10內(nèi)部的傳熱流體2。芯管由鋼制的芯管壁103構(gòu)成。芯管10包括第一局部芯管表面101，其由第一太陽能吸收覆層(選擇性覆層)131 覆蓋以便吸收太陽光的第一特定光譜的第一吸收輻射。第一太陽能吸收覆層是具有不同層的多層設(shè)置，所述不同層具有不同的光學(xué)特性。第二局部芯管表面102由第二太陽能吸收覆層132覆蓋以便吸收太陽光的第二特定光譜的第二吸收輻射。第一太陽能吸收覆層和第二太陽能吸收覆層的物理和化學(xué)特性是相同的。第一太陽能吸收覆層131和太陽能吸收覆層形成被沉積在芯管的芯管表面的整個潛在區(qū)域(latent area)上的公共連續(xù)太陽能吸收覆層13。用于抑制紅外輻射的發(fā)射率的發(fā)射輻射抑制覆層14被沉積在第二選擇性太陽能覆層132上，使得第二選擇性太陽能覆層132被設(shè)置在第二局部芯管表面102和發(fā)射輻射抑制覆層14之間。發(fā)射輻射抑制覆層由銅構(gòu)成?？商娲?，所用金屬是鋁。發(fā)射輻射抑制覆層包括大約500 nm的層厚。第一太陽能吸收覆層131形成受熱器管I的第一局部受熱器管表面11。發(fā)射輻射抑制覆層14形成受熱器管I的第二局部受熱器管表面12。這些局部受熱器管表面沿受熱器管I的縱向校準(zhǔn)15對齊。第一局部受熱器管表面11形成受熱器管I的側(cè)向區(qū)域16的第一區(qū)段161，該第一區(qū)段161具有大約180°的第一周邊1611。第二局部受熱器管表面12形成受熱器管I的側(cè)向區(qū)域16的第二區(qū)段162，該第二區(qū)段162具有大約180°的第二周邊1612。在附圖中，沒有示出下述額外的結(jié)構(gòu)性措施受熱器管被包納在具有玻璃管壁的玻璃管內(nèi)。玻璃管壁對于吸收輻射而言是可透過的且具有大于90%的透射性。在玻璃管壁和受熱器表面16之間設(shè)置受熱器間隙。這個受熱器間隙被排空。氣壓是大約10_3 mbar。受熱器管I是拋物形槽式收集器1000的一部分。拋物形槽式收集器1000包括至少一個具有太陽光反射表面31的拋物面鏡3。借助于反射表面31，太陽光被集中在拋物面鏡3的焦線32上。受熱器管I位于拋物面鏡3的焦線32上。由此，受熱器管的第一局部受熱器管表面11 (受熱器管I的“下”部)被設(shè)置成與鏡3的太陽光反射表面31相對。第二局部受熱器管表面12 (受熱器管I的“上”部)避開鏡3的太陽光反射表面31。傳熱流體2位于受熱器管內(nèi)部。借助于太陽能吸收覆層，太陽光被吸收并且被轉(zhuǎn)變成熱。該熱被傳遞到傳熱流體。拋物形槽式收集器被用于太陽能發(fā)電廠以便將太陽能轉(zhuǎn)換成電能。
權(quán)利要求
1.一種受熱器管(1)，用于吸收太陽能且用于將吸收的太陽能傳遞到能夠位于所述受熱器管(I)的芯管(10)內(nèi)部的傳熱流體(2)，其中-該芯管(10)包括至少一個第一局部芯管表面(101)，其由至少一個第一太陽能吸收覆層(131)覆蓋以便吸收太陽光的第一特定光譜的第一吸收輻射；以及，至少一個第二局部芯管表面(102)，其由至少一個第二太陽能吸收覆層(132)覆蓋以便吸收太陽光的第二特定光譜的第二吸收輻射；-用于抑制紅外輻射的發(fā)射率的發(fā)射輻射抑制覆層(14)被沉積在所述第二太陽能吸收覆層(132)上，使得所述第二太陽能吸收覆層(132)被設(shè)置在所述第二局部芯管表面 (102)和所述發(fā)射輻射抑制覆層(14)之間；-所述第一太陽能吸收覆層(131)形成所述受熱器管(I)的第一局部受熱器管表面 (11);并且-所述發(fā)射輻射抑制覆層(14)形成所述受熱器管(I)的第二局部受熱器管表面(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的受熱器管，其中所述第一太陽能吸收覆層(131)和所述第二太陽能吸收覆層(132)形成具有共同物理和化學(xué)特性的公共太陽能吸收覆層(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的受熱器管，其中所述第一局部受熱器管表面(11)和/或所述第二局部受熱器管表面(12)沿所述受熱器管(I)的縱向校準(zhǔn)(15)對齊。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的受熱器管，其中所述第一局部受熱器管表面(11)包括所述受熱器管(I)的側(cè)向區(qū)域(16)的第一區(qū)段(161)，該第一區(qū)段(161)具有第一周邊(1611)，該第一周邊(1611)選自50°至300°之間的范圍且優(yōu)選地選自60°至210° 之間的范圍。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的受熱器管，其中所述第二局部受熱器管表面(12)包括所述受熱器管(I)的所述側(cè)向區(qū)域(16)的第二區(qū)段(162)，該第二區(qū)段(162)具有第二周邊(1621)，該第二周邊(1621)選自210°至60°之間的范圍且優(yōu)選地選自180° 至90°之間的范圍。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的受熱器管，其中所述發(fā)射輻射抑制覆層(14)包括小于20%的紅外輻射的發(fā)射率。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的受熱器管，其中所述發(fā)射輻射抑制覆層(14)包括金屬，該金屬選自由鋁、銅、銀、金和鑰構(gòu)成的組。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的受熱器管，其中所述發(fā)射輻射抑制覆層(14)包括一定層厚，該層厚選自在100 nm至800 nm之間的范圍且優(yōu)選地在200 nm至800 nm之間的范圍。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的受熱器管，其中所述局部受熱器管表面(11，12) 中的至少一個形成連續(xù)區(qū)域。
10.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項所述的受熱器管的方法，該方法包括下述步驟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、用于受熱器管(I)的未覆蓋的芯管(10)；b)使得第一太陽能吸收覆層(131)附連在所述第一局部芯管表面(11)上，并且使得第二太陽能吸收覆層(132)附連在所述第二局部芯管表面(12)上；以及c)使得發(fā)射輻射抑制覆層(14)附連在所述第二太陽能吸收覆層(132)上，以使得第二選擇性太陽能覆層(132)被設(shè)置在所述第二局部芯管表面(102)和所述發(fā)射輻射抑制覆層 (14)之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中為了附連所述太陽能吸收覆層(13，131，132)中的至少一個和/或為了附連所述發(fā)射輻射抑制覆層(14)，使用薄膜沉積技術(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述薄膜沉積技術(shù)選自由原子層沉積、化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積構(gòu)成的組。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項所述的方法，其中借助于掩模方法來實現(xiàn)附連所述太陽能吸收覆層(13，131，132)中的至少一個和/或附連所述發(fā)射輻射抑制覆層(14)。
14.一種拋物形槽式收集器(1000),包括-至少一個拋物面鏡(3)，所述拋物面鏡(3)具有太陽光反射表面(31)以便將太陽光集中在所述拋物面鏡(31)的焦線(32)上；以及-至少一個根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求9中任一項所述的受熱器管(I)，其被設(shè)置在所述拋物面鏡(3)的所述焦線(32)上；其中-所述受熱器管(I)被設(shè)置在所述焦線(32)上以使得具有所述第一太陽能吸收覆層 (131)的所述第一局部受熱器管表面(11)至少部分地位于與所述太陽光反射表面(31)相對并且具有所述發(fā)射輻射抑制覆層(14)的所述第二局部受熱器管表面(12)至少部分地避開所述太陽光反射表面(31)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的拋物形槽式收集器(1000)在發(fā)電廠中將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及受熱器管及其制造方法、拋物形槽式收集器及其使用。該受熱器管用于吸收太陽能且用于將吸收的太陽能傳遞到可位于受熱器管的芯管內(nèi)部的傳熱流體。芯管包括至少一個第一局部芯管表面，其由至少一個第一太陽能吸收覆層覆蓋以吸收太陽光的第一特定光譜的第一吸收輻射。芯管包括至少一個第二局部芯管表面，其由至少一個第二太陽能吸收覆層覆蓋以吸收太陽光的第二特定光譜的第二吸收輻射。用于抑制紅外輻射的發(fā)射率的發(fā)射輻射抑制覆層沉積在第二太陽能吸收覆層上，使得第二太陽能吸收覆層設(shè)置在第二局部芯管表面和發(fā)射輻射抑制覆層之間。第一太陽能吸收覆層形成第一局部受熱器管表面，并且發(fā)射輻射抑制覆層形成第二局部受熱器管表面。
文檔編號F24J2/12GK102589169SQ201210013679
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者E.利普曼, J.施瓦茨曼, M.巴凱, R.埃澤爾 申請人:西門子聚集太陽能有限公司