專利名稱：一種拋物槽式太陽能集熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太陽能集熱與熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是ー種拋物槽式太陽能集熱裝置，是ー種含二次聚光、兩層管壁之間非真空的槽式太陽能集熱裝置。
背景技術(shù)：
太陽能熱發(fā)電技術(shù)以聚光式集熱器提供能量為主，主要分為槽式、塔式和碟式三 類。相對(duì)而言,槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)較為成熟，已有商業(yè)化電站運(yùn)行。拋物槽式太陽能集熱系統(tǒng)是槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的核心，集熱管是集熱系統(tǒng)的核心部件，其性能的高低直接影響著整個(gè)集熱系統(tǒng)和熱發(fā)電系統(tǒng)的熱力性能的優(yōu)劣，也影響著整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能的好壞。發(fā)展拋物槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的主要障礙是投資成本高、系統(tǒng)效率較低。因此提高系統(tǒng)關(guān)鍵技木部件的性能成為解決這些制約因素的主要途徑之一。拋物槽式太陽能聚光集熱器主要由支架、拋物面反射鏡、接收器等幾個(gè)主要的部件組成。目前已有的接收器大都是直通式真空集熱管。圖I為現(xiàn)有的ー種典型的拋物槽式集熱器，集熱器由內(nèi)層金屬管7和外層玻璃管8組成。太陽光照射在集熱器上，較少部分的太陽光透過接收器直接被集熱管內(nèi)的エ質(zhì)吸收，另一部分照射到拋物面反射鏡上，照射在拋物面反射鏡上的太陽光經(jīng)過反射被匯集到接收器上，被接收器內(nèi)流動(dòng)エ質(zhì)吸收，轉(zhuǎn)化為內(nèi)部導(dǎo)熱エ質(zhì)的熱能，從而實(shí)現(xiàn)太陽能的熱利用。目前較為理想的導(dǎo)熱介質(zhì)主要有導(dǎo)熱油、熔鹽和水?？紤]到溫度升高，集熱管內(nèi)外兩層管壁的膨脹量増大，真空破壞的可能性増大，導(dǎo)熱油成為目前應(yīng)用最多的導(dǎo)熱エ質(zhì)。這是因?yàn)閷?dǎo)熱油在集熱管內(nèi)運(yùn)行溫度相對(duì)較低。導(dǎo)熱油的運(yùn)行過程中，在集熱管的真空區(qū)域會(huì)出現(xiàn)氫氣，破壞選擇性涂層，増加散熱損失，這些氫氣來自導(dǎo)熱油的變質(zhì)降解。受此影響，導(dǎo)熱油的最高集熱溫度只能達(dá)到約400°C，這ー溫度區(qū)間也正好符合集熱管保持真空的要求。熔鹽可同時(shí)作為傳熱介質(zhì)和蓄熱子系統(tǒng)的蓄熱介質(zhì)，但需要安裝輔助加熱保溫設(shè)備來保證熔鹽在太陽能集熱場(chǎng)內(nèi)不出現(xiàn)凝固現(xiàn)象，所以熔鹽作為換熱エ質(zhì)所需要的運(yùn)行溫度較高，給傳統(tǒng)集熱管的真空保持帶來了難題。水為直接傳熱介質(zhì)減少了換熱過程的散熱損失，提升系統(tǒng)效率，出口溫度也可以得到提高，但是集熱器回路出口過熱蒸汽參數(shù)不宜控制，集熱管內(nèi)溫度梯度過高會(huì)帶來一系列的問題，不利于真空的保持。傳統(tǒng)拋物槽式太陽能集熱管的真空保持給太陽能熱發(fā)電帶來了以下問題首先拋物槽式太陽能熱發(fā)電裝置中熱カ循環(huán)的發(fā)電效率隨著集熱溫度的升高而升高。而保持真空則需要控制裝置的集熱溫度?，F(xiàn)有的以導(dǎo)熱油為換熱エ質(zhì)的拋物槽式太陽能裝置集熱溫度多為200-400 V，發(fā)電效率提升受到限制。其次，傳統(tǒng)真空集熱管內(nèi)外管壁間的真空設(shè)計(jì)對(duì)外層玻璃管壁的材質(zhì)提出了很高的要求。外層管壁不僅需要有較高的太陽投射比、良好的熱穩(wěn)定性，還要有較低的熱膨脹系數(shù)、良好的耐熱沖擊性能、較高的機(jī)械強(qiáng)度以及較好的抗化學(xué)腐蝕性。這些要求使得集熱管制造難度加大，制造成本提高，裝置的安裝投資増大。[0009]再次，真空集熱管要求各個(gè)部件之間密封良好，對(duì)連接件的性能也提出了很高要求，并且需要増加消氣劑并采取其它必要的措施來維持真空，裝置的運(yùn)行和維護(hù)成本也上升。另外，傳統(tǒng)集熱管裝載有導(dǎo)熱介質(zhì)的金屬管周向受熱不均勻。遠(yuǎn)離拋物槽反光鏡的一側(cè)相比接近一側(cè)接收的太陽光要少。導(dǎo)致金屬管內(nèi)的傳熱エ質(zhì)溫度場(chǎng)和流場(chǎng)不均勻，管子的熱應(yīng)カ増大。

實(shí)用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提供ー種拋物槽式太陽能集熱裝置，以解決傳統(tǒng)槽式太陽能集熱管導(dǎo)熱介質(zhì)単一，集熱溫度相對(duì)較低的問題；并降低集熱管的裝置投資、制造和維護(hù)成本，提高槽式發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)促進(jìn)集熱管內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)的均勻分布，減少熱應(yīng)力。從而滿足太陽能集熱裝置低成本、高效率發(fā)電的要求。(ニ)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了ー種拋物槽式太陽能集熱裝置，該裝置由拋物面反光鏡和集熱套管構(gòu)成，集熱套管由外側(cè)組合管壁4和中部吸收管5構(gòu)成，外側(cè)組合管壁4套裝在中部吸收管5上，中部吸收管5的外層涂覆有選擇性涂層，中部吸收管5管內(nèi)為導(dǎo)熱介質(zhì)，外側(cè)組合管壁4與中部吸收管5之間為導(dǎo)熱介質(zhì)為空氣。所述外側(cè)組合管壁4由采用鑲嵌或鉚接等エ藝拼接的玻璃壁面2和金屬壁面3構(gòu)成。上述方案中，所述金屬壁面3安裝在遠(yuǎn)離拋物面反光鏡的ー側(cè)，玻璃壁面2安裝在靠近拋物面反光鏡ー側(cè)。所述金屬壁面3的內(nèi)壁形成太陽光的二次聚光面，金屬壁面3的外側(cè)覆蓋保溫材料，減少和外部環(huán)境之間的輻射和對(duì)流換熱。所述由玻璃壁面2和金屬壁面3拼接而成的外側(cè)組合管壁4，其橫截面采取直線、折線、弧形、矩形等或者上述幾種形狀的組合。上述方案中，所述中部吸收管5為金屬管，外層涂覆高吸收率與低發(fā)射率選擇性涂層，吸收投射在其上的太陽光。上述方案中，所述導(dǎo)熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油、水或熔鹽。(三)有益效果從上述裝置和技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型具有以下有益效果I、本實(shí)用新型提供的這種聚光槽式太陽能集熱裝置，特點(diǎn)是集熱裝置內(nèi)外兩層管壁之間介質(zhì)為空氣，不必進(jìn)行抽真空設(shè)計(jì)，突破了傳統(tǒng)真空集熱管中金屬與玻璃封接這ー技術(shù)瓶頸，提高了集熱裝置的集熱溫度，為槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)高效運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件。2、本實(shí)用新型提供的這種聚光槽式太陽能集熱裝置，外側(cè)組合管壁不必為保持真空而進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)、選材和加工，降低了對(duì)材料的要求，使得裝置的生產(chǎn)成本下降，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用減少，經(jīng)濟(jì)性提高。3、本實(shí)用新型提供的這種聚光槽式太陽能集熱裝置，外側(cè)組合管壁的金屬材料內(nèi)表面能夠?qū)⑼渡湓谄渖系纳倭刻柟膺M(jìn)行二次聚光收集，提高了裝置的集熱溫度，同時(shí)使內(nèi)層的金屬管遠(yuǎn)離拋物面反光鏡的ー側(cè)受熱，對(duì)金屬管內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的均勻、穩(wěn)定分布、有一定程度的促進(jìn)作用。4、本實(shí)用新型提供的這種聚光槽式太陽能集熱裝置，突破了傳統(tǒng)拋物槽式太陽能集熱管的真空設(shè)計(jì)，集熱套管兩層管壁之間介質(zhì)為空氣，不用進(jìn)行真空處理，套管的外層管壁采用組合式設(shè)計(jì)，由金屬壁面和玻璃壁面組合而成。金屬壁面和玻璃壁面可以做成多種符合光學(xué)原理有利于提高光學(xué)效率的形狀，連接簡(jiǎn)單，兩者共同形成籠罩在金屬管外側(cè)的腔體。并且組合式外壁的金屬壁面內(nèi)表面形成太陽光的二次聚光面，將投射在其上的太陽光再次反射到內(nèi)部的金屬集熱管上，這種二次反射也使得內(nèi)部金屬管遠(yuǎn)離拋物槽的一面接收到更多的光線，一定程度上促進(jìn)了集熱管內(nèi)部流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的穩(wěn)定分布，減小了內(nèi)側(cè)金屬管的熱應(yīng)力。以下結(jié)合附圖
對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步的描述。圖I為目前ー種典型的傳統(tǒng)拋物槽式集熱器。圖2是依照本實(shí)用新型實(shí)施例的聚光槽式太陽能集熱裝置的示意圖；圖3是圖2實(shí)施例的A-A剖面圖，并示出了實(shí)施例I的光照線路。圖4是圖2實(shí)施例外側(cè)組合管壁可能的形態(tài)舉例，外側(cè)組合管壁4形狀不局限干圖2中所示的弧形和直線的組合，也不局限于圖4中所示的形狀，遠(yuǎn)離拋物反光鏡ー側(cè)的金屬材料壁面和靠近側(cè)的高透射率的玻璃壁面都可以采用直線、折線、弧形、矩形等或者上述幾種形狀的組合。圖2中I為拋物面反光鏡，2是外側(cè)組合管壁中的玻璃壁面，3是外側(cè)組合管壁中的金屬壁面，4為外側(cè)組合管壁(2、3共同組成4)，5是中部吸收管，6是聚氨酯等保溫材料。圖I中7為內(nèi)層金屬管,8為外層玻璃管。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)ー步詳細(xì)說明。如圖2所示，圖2是依照本實(shí)用新型實(shí)施例的聚光槽式太陽能集熱裝置的示意圖，該裝置由拋物面反光鏡和集熱套管構(gòu)成，集熱套管由外側(cè)組合管壁4和中部吸收管5構(gòu)成，外側(cè)組合管壁4套裝在中部吸收管5上，中部吸收管5的外層涂覆高吸收率與低發(fā)射率選擇性涂層，中部吸收管5管內(nèi)為導(dǎo)熱介質(zhì)(如導(dǎo)熱油、水或者熔鹽)，外側(cè)組合管壁4與中部吸收管5之間為導(dǎo)熱介質(zhì)為空氣，不必抽真空。外側(cè)組合管壁4由玻璃壁面2和金屬壁面3拼接而成。金屬壁面3安裝在遠(yuǎn)離拋物面反光鏡的ー側(cè)，玻璃壁面2安裝在靠近拋物面反光鏡ー側(cè)。玻璃壁面2和金屬壁面3采用鑲嵌或鉚接等エ藝拼接而成。金屬壁面3的內(nèi)壁形成太陽光的二次聚光面，金屬壁面3的外側(cè)覆蓋保溫材料，減少和外部環(huán)境之間的輻射和對(duì)流換熱。由玻璃壁面2和金屬壁面3拼接而成的外側(cè)組合管壁4，其橫截面采取直線、折線、弧形、矩形等或者上述幾種形狀的組合。中部吸收管5為金屬管，外層涂覆高吸收率與低發(fā)射率選擇性涂層，吸收投射在其上的太陽光。該裝置在工作時(shí)，經(jīng)過拋物面反光鏡反射的太陽光，一部分透過外側(cè)組合管壁的玻璃壁面聚焦到中部吸收管上，直接透射入中部吸收管內(nèi)，加熱中部吸收管內(nèi)的導(dǎo)熱介質(zhì)，另外較少一部分經(jīng)玻璃壁面透射和被中部吸收管反射的光線照射到外側(cè)組合管壁的金屬壁面的內(nèi)壁，被金屬壁面的內(nèi)壁反射，再次聚焦到中部吸收管上，實(shí)現(xiàn)二次聚光。圖I所示聚光槽式太陽能集熱裝置的光照線路圖如圖3所示，投射在拋物面反光鏡上的絕大部分光線B經(jīng)反射后成為光線D投射到中部吸收管5上，極少部分的經(jīng)拋物槽式反光鏡反射的光線C和投射在中部吸收管上的光線D中的一部分，經(jīng)過反射后分別以光線E、G投射到外側(cè)組合管壁4的金屬壁面3的內(nèi)壁上，經(jīng)過金屬壁面3內(nèi)壁的二次反射分別以光線F、H投射到中部吸收管5上，被中部吸收管5內(nèi)部的導(dǎo)熱介質(zhì)吸收。相比傳統(tǒng)集熱管，本實(shí)用新型的突破在于集熱裝置的外側(cè)組合管壁與中部吸收管兩層管壁之間的非真空設(shè)計(jì)和外側(cè)組合管壁的形狀設(shè)計(jì)。非真空設(shè)計(jì)解決了真空保持帶來 的集熱溫度較低的問題；突破了傳統(tǒng)真空集熱管中金屬與玻璃封接這ー技術(shù)瓶頸，為槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)高效運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件。外側(cè)組合管壁的玻璃壁面和金屬壁面可以按照光學(xué)原理，以集熱效率提升為原貝U，獨(dú)立設(shè)計(jì)成經(jīng)濟(jì)性好且有利于提高光學(xué)效率的形狀，每ー種材料的橫截面上可以為直線、折線、弧形、矩形等或者上述幾種形狀的組合，圖4中示出了外側(cè)組合管壁一部分可能的形狀，實(shí)際的組合方式很多，不局限于圖2和圖4中示出的例子。在外側(cè)組合管壁中，玻璃壁面和金屬壁面所占比例依據(jù)集熱效率等的優(yōu)化計(jì)算得出。外側(cè)組合管壁的金屬壁面內(nèi)側(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)投射在其上的光線的二次聚焦，這些光線來自拋物面反光鏡的反射。二次聚焦提高了集熱裝置的光學(xué)效率，一定程度上能夠改善吸收管內(nèi)傳熱介質(zhì)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布不均的問題。外側(cè)組合管壁的金屬壁面部分外表面上覆蓋保溫材料，減少該部分與外界空氣的輻射及對(duì)流換熱，提高集熱溫度。中部吸收管外表面涂覆高吸收率與低發(fā)射率的選擇性涂層，吸收投射在其上的太陽光。傳遞給內(nèi)部的導(dǎo)熱エ質(zhì)。內(nèi)部的導(dǎo)熱エ質(zhì)可以為導(dǎo)熱油、水蒸氣以及熔鹽等。金屬管的材質(zhì)應(yīng)能夠承受エ質(zhì)運(yùn)行的溫度區(qū)間內(nèi)的高溫。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)ー步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種拋物槽式太陽能集熱裝置，其特征在于，該裝置由拋物面反光鏡和集熱套管構(gòu)成，集熱套管由外側(cè)組合管壁(4)和中部吸收管(5)構(gòu)成，外側(cè)組合管壁(4)套裝在中部吸收管(5)上，中部吸收管(5)的外層涂覆有選擇性涂層，中部吸收管(5)管內(nèi)為導(dǎo)熱介質(zhì)，外側(cè)組合管壁(4)與中部吸收管(5)之間為導(dǎo)熱介質(zhì)為空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋物槽式太陽能集熱裝置，其特征在于，所述外側(cè)組合管壁(4)由采用鑲嵌或鉚接等エ藝拼接的玻璃壁面(2)和金屬壁面(3)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拋物槽式太陽能集熱裝置，其特征在于，所述金屬壁面(3)安裝在遠(yuǎn)離拋物面反光鏡的ー側(cè)，玻璃壁面(2)安裝在靠近拋物面反光鏡ー側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拋物槽式太陽能集熱裝置，其特征在于，所述金屬壁面(3)的內(nèi)壁形成太陽光的二次聚光面，金屬壁面(3)的外側(cè)覆蓋保溫材料，減少和外部環(huán)境之間的輻射和對(duì)流換熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拋物槽式太陽能集熱裝置，其特征在于，所述由玻璃壁面(2)和金屬壁面(3)拼接而成的外側(cè)組合管壁(4)，其橫截面采取直線、折線、弧形、矩形或者上述幾種形狀的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋物槽式太陽能集熱裝置，其特征在于，所述中部吸收管(5)為金屬管，外層涂覆高吸收率與低發(fā)射率選擇性涂層，吸收投射在其上的太陽光。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋物槽式太陽能集熱裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油、水或熔鹽。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種拋物槽式太陽能集熱裝置，該裝置由拋物面反光鏡和集熱套管構(gòu)成，集熱套管由外側(cè)組合管壁和中部吸收管構(gòu)成，外側(cè)組合管壁套裝在中部吸收管上，中部吸收管的外層涂覆有選擇性涂層，中部吸收管管內(nèi)為導(dǎo)熱介質(zhì)，外側(cè)組合管壁與中部吸收管之間為導(dǎo)熱介質(zhì)為空氣。利用本實(shí)用新型，解決了傳統(tǒng)槽式太陽能集熱管導(dǎo)熱介質(zhì)單一，集熱溫度相對(duì)較低的問題，并降低了集熱管的裝置投資、制造和維護(hù)成本，提高了槽式發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)促進(jìn)集熱管內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)的均勻分布，減少了熱應(yīng)力，從而滿足了太陽能集熱裝置低成本、高效率發(fā)電的要求。
文檔編號(hào)F24J2/48GK202393032SQ20122000539
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者劉啟斌, 王趙國, 許達(dá), 金紅光, 閆月君, 隋軍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所