一种具有二次聚光器的高温太阳能集热管及其槽式集热器，包括高温太阳能集热管和槽式聚光器，槽式聚光器将太阳光反射并聚焦到高温太阳能集热管上，高温太阳能集热管的玻璃外管套装在金属内管外面。在玻璃外管和金属内管之间的环形真空封闭空间内具有二次聚光器，二次聚光器位于金属内管上方。二次聚光器的横截面至少为抛物线、渐开线或直线中的一种。二次聚光器面向金属内管的一面具有反射镜面，将溢出金属内管的反射聚光部分再次反射到金属内管上，提高了金属内管上能流密度的均匀性和聚光比，并降低其辐射热损。二次聚光器背向金属内管的另一面具有选择性吸收涂层，直接吸收太阳能并提高温度，进一步减少二次聚光器与金属内管间辐射换热。
【技术实现步骤摘要】
一种具有二次聚光器的高温太阳能集热管及其槽式集热器
本技术涉及一种具有二次聚光器的高温太阳能集热管及其槽式集热器。
技术介绍
槽式太阳能热发电技术是目前国际上商业应用最广、运行最稳定的太阳能热发电技术，其采用抛物面槽式集热器将太阳光反射并聚焦到位于其焦线的高温太阳能集热管上，加热管内流体，实现太阳能与热能的转化。槽式集热器作为槽式太阳能发电系统中从光能到热能转化的关键性部件，其光热转换效率直接决定了系统的发电效率。根据槽式集热器原理可知，提高槽式聚光器的开口宽度不仅可以显著降低系统成本，而且具有提高聚光比的可能性。而聚光比的提高可以进一步提高系统的发电效率。因此，为了追求更高的发电效率，降低投资成本，采用更大开口的槽式聚光器成为了当前槽式太阳能热发电系统的发展趋势。但目前单纯增加槽式聚光器的开口宽度，其相应的焦斑宽度也会随之增大，会有部分聚光光斑超出高温太阳能集热管的金属内管直径宽度，浪费太阳聚光辐射能量。同时，提高槽式集热器的工作温度可以显著提高系统的发电效率，目前采用550℃熔盐作为传热工质的槽式太阳能热发电系统已经验证了其可行性。但高温太阳能集热管在超过400℃以上高温工作时，由于金属内管温度增加，其向外热辐射损失也急剧增加，特别是若金属内管直径增加，其热损失由于散热面积增加大而显著增加，从而导致系统发电效率降低。特别是，高温太阳能集热管在550℃时，由于周向能流密度分布不均匀导致金属内管周向温度梯度非常大，造成金属内管产生较大热应力和弯曲变形。因此，目前急需开发出一种具有高聚光比、低热损且热应力较小的高温太阳能集热管，对提高槽式太阳能热发电系统的发电效率和安全性、降低系统成本具有重要的意义。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种适用于更高温度、高聚光比、低热损且热应力小的高温太阳能集热管及其槽式集热器。本技术在高温太阳能集热管的环形真空封闭空间内增加经过特殊光学设计的二次聚光器，在不增加金属内管直径的前提下，将溢出金属内管范围的聚光通过二次聚光器再次反射到金属内管上，使金属内管的能流密度更加均匀，既提高了聚光比，又降低了热损失和热应力。同时，通过在二次聚光器外壁面增加选择性吸收涂层的方法，提高二次聚光器的温度，降低金属内管与二次聚光器间的辐射换热温差，从而进一步降低高温太阳能集热管的辐射热损失。经过光学计算，与传统5.76m开口宽度的槽式集热器相比，采用本技术的高温太阳能集热管及相同开口宽度的槽式集热器，可将聚光比提高最高达1.8倍左右，周向能流密度更加均匀。本技术设计合理，结构简单，非常适用于更高温、更大聚光比的槽式太阳能热发电系统，可显著提高系统光热转化效率和运行的安全性。为了实现上述目的，本技术采取如下技术方案：本技术高温太阳能集热管包括金属内管、套装在金属内管外面的玻璃外管、及位于玻璃外管和金属内管之间的环形真空封闭空间内的二次聚光器。所述的金属内管表面具有选择性吸收涂层。所述的二次聚光器位于所述金属内管的上方；所述的二次聚光器朝向所述金属内管的一面具有反射镜面，可将溢出金属内管的聚光再次反射到金属内管上，均匀并提高金属内管上的能流密度。反射镜面由于具有较低的发射率，可以减少二次聚光器与金属内管间的辐射热损。为了提高二次聚光器的温度，所述的二次聚光器背向所述的金属内管一面具有吸热面，所述的吸热面具有太阳选择性吸收涂层，可以直接吸收太阳光。为了方便制作，一种优选的方案为所述的二次聚光器采用耐高温的不锈钢或铝制成，所述的反射镜面为反射率85％以上的镜面不锈钢层、镜面铝层、银膜层或铝膜层。为了保障所述的二次聚光器成型精度和降低成本，另一优选的方案为所述的二次聚光器采用透明的玻璃制成，所述的吸热面为从外到内依次为增透层、吸收层和红外高反射层的太阳选择性吸收涂层，所述的反射镜面是通过所述的红外高反射层透过玻璃实现对聚光的高反射。由于所述的金属内管随温度变化而发生轴向或径向位移，因此所述的二次聚光器沿轴向通过多个具有弹性的支架固定在金属内管外壁上。为了将溢出金属内管的聚光光线再次聚集到金属内管上，所述的二次聚光器的横截面至少为抛物线、渐开线或直线中的一种；为了保持金属内管与玻璃外管同轴和聚光均匀，优选二次聚光器横截面中心为渐开线、渐开线两侧为抛物线或直线，且所述的二次聚光器为对称结构。为了增加金属内管上聚光能流密度的均匀性，另一优选方案为二次聚光器横截面为对称的渐开线、抛物线或直线结构，且所述的二次聚光器的对称中心交点距离所述的金属内管外壁的最小距离不超过30mm。为了将更多的溢出所述的金属内管的聚光再次反射到金属内管上，进一步提高聚光比，所述的金属内管中心位于玻璃外管中心正上方1-30mm，使金属内管与所述的二次聚光器更接近，从而使所述的二次聚光器反射的光线更多的投射到金属内管3的上部，将具有更加均匀的能流密度。优选的，所述的二次聚光器横截面中心为对称的渐开线或抛物线，渐开线或抛物线的两侧为抛物线，且所述的二次聚光器为对称结构。所述的金属内管是椭圆形，且其长轴方向朝向所述的二次聚光器。本技术槽式集热器包括槽式聚光器和所述的具有二次聚光器的高温太阳能集热管。所述的槽式聚光器为一次聚光器，具有抛物面反射镜。抛物面反射镜将太阳光反射并聚焦到具有二次聚光器的高温太阳能集热管上，所述的二次聚光器的反射镜面面向所述的槽式聚光器，可将溢出金属内管的反射聚光光线再次反射到金属内管上。为了使槽式聚光器反射聚焦溢出金属内管的光线都能从金属内管上方溢出，减小二次聚光器的开口宽度，所述的金属内管的中心位于抛物面反射镜的焦线正下方1-30mm。为了增加金属内管对反射聚焦光线的拦截能力，优选金属内管为椭圆形，在金属内管当量直径不增加或增加有限情况下，进一步降低金属内管辐射热损，增加聚光比，其长轴面向二次聚光器，且金属内管的中心为位于所述的抛物面反射镜的焦线上。为了增加槽式聚光器的开口宽度，降低风力载荷及减小其聚光焦斑，所述的槽式聚光器有两种以上不同焦距的抛物面反射镜，且各抛物面反射镜的焦线位置相同；为了进一步提高聚光比，槽式聚光器开口宽度与金属内管的当量直径之比大于等于80。本技术的技术优势在于：1)在大开口的槽式集热器中，太阳聚光焦斑易于溢出高温太阳能集热管的金属内管范围，难以有效提高聚光比。本技术根据大开口槽式集热器的聚光参数进行光学设计，通过在高温太阳能集热管内增加二次聚光器，将溢出金属内管的聚光光线再次反射到金属内管上，在大幅度提高槽式集热器的开口宽度和保持金属内管直径不变的条件下，显著提高聚光比，避免因金属内管增大而造成更高的热损。2)二次聚光器外壁具有选择性吸收涂层，直接吸收太阳能量，可以提高二次聚光器温度，减少二次聚光器与金属内管间的辐射温差，从而降低金属内管向外的辐射热损失。3)本技术在环形真空封闭空间内布置二次聚光器，二次聚光器根据槽式聚光器、高温太阳能集热管位置进行光学设计，通过具有渐开线、抛物线和直线等横截面的二次聚光器反射更本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有二次聚光器的高温太阳能集热管，包括金属内管(3)、套装在金属内管(3)外面的玻璃外管(4)、及位于玻璃外管(4)和金属内管(3)之间的环形真空封闭空间(5)，所述的金属内管(3)表面具有选择性吸收涂层(7)，其特征在于：所述的高温太阳能集热管的环形真空封闭空间(5)具有二次聚光器(6)；所述的二次聚光器(6)的横截面至少包括抛物线、渐开线或直线中的一种；所述的二次聚光器位于所述金属内管(3)的上方；所述的二次聚光器(6)朝向所述金属内管(3)的一面具有反射镜面(8)；所述的二次聚光器(6)背向所述的金属内管(3)的一面具有吸热面(9)，所述的吸热面(9)具有太阳选择性吸收涂层。/n
【技术特征摘要】
1.一种具有二次聚光器的高温太阳能集热管，包括金属内管(3)、套装在金属内管(3)外面的玻璃外管(4)、及位于玻璃外管(4)和金属内管(3)之间的环形真空封闭空间(5)，所述的金属内管(3)表面具有选择性吸收涂层(7)，其特征在于：所述的高温太阳能集热管的环形真空封闭空间(5)具有二次聚光器(6)；所述的二次聚光器(6)的横截面至少包括抛物线、渐开线或直线中的一种；所述的二次聚光器位于所述金属内管(3)的上方；所述的二次聚光器(6)朝向所述金属内管(3)的一面具有反射镜面(8)；所述的二次聚光器(6)背向所述的金属内管(3)的一面具有吸热面(9)，所述的吸热面(9)具有太阳选择性吸收涂层。
2.根据权利要求1所述的具有二次聚光器的高温太阳能集热管，其特征在于：所述的二次聚光器(6)的对称中心交点距离所述的金属内管(3)外壁的最小距离不超过30mm。
3.根据权利要求1所述的具有二次聚光器的高温太阳能集热管，其特征在于：所述的二次聚光器(6)为对称结构，其横截面的中心为对称的渐开线或抛物线，渐开线或抛物线的两侧为抛物线或直线。
4.根据权利要求1所述的具有二次聚光器的高温太阳能集热管，其特征在于：所述的金属内管(3)中心位于玻璃外管(4)中心正上方1-30mm。
5.根据权利要求1所述的具有二次聚光器的高温太阳能集热管，其特征在于：所述的二次聚光器(6)采用耐高温的不锈钢或铝制成，所述的反射镜面(8)为反射率85％以上的镜面不锈钢层、镜面铝层、银膜层或铝膜层。
6.根据权利要求1所述的具有二次聚光器的高温太阳能集热管，其特征在于：所述的二次聚光器(6)采用透明的玻璃制成，...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷东强，姚磐，王志峰，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11
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