分析內(nèi)聚光減容全玻璃真空集熱管技術(shù)

1引言 　　普通太陽(yáng)能集熱器全年平均集熱溫度大都在50℃左右，滿足洗浴和部分生活熱水需求，而工業(yè)用熱溫度一般在80~250℃之間，常規(guī)太陽(yáng)能集熱器很難滿足使用要求，只有采用聚焦技術(shù)提高太陽(yáng)輻照能流密度，才可提高太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)集熱和儲(chǔ)熱溫度，獲得較高集熱效率，滿足250℃以下工業(yè)用熱要求。因此，中溫太陽(yáng)能系統(tǒng)要滿足工業(yè)用熱需求，應(yīng)保證其在80~250℃之間性能長(zhǎng)期穩(wěn)定且需具有較高集熱效率。 　　2中溫集熱管技術(shù) 　　由于工業(yè)用熱溫度區(qū)間不同，中溫太陽(yáng)能集熱器構(gòu)成原理及集熱管技術(shù)也不盡相同。 　　150℃~250℃之間，采用玻璃金屬熔封結(jié)構(gòu)的直通太陽(yáng)能集熱管，配置開(kāi)口寬度一般≤2.5m 小槽式單軸跟蹤集熱器。80℃~150℃之間，采用具有較高性能全玻璃真空集熱管，并以此組成自跟蹤中溫太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)。主要有三種技術(shù)方式：（1 ）雙層同軸全玻璃真空集熱管外置CPC 結(jié)構(gòu)。通過(guò)外置CPC實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能聚焦。（2）偏心內(nèi)聚光真空太陽(yáng)集熱管由具有太陽(yáng)選擇性吸收涂層內(nèi)玻璃管和非同軸罩玻璃管組成。罩玻璃管內(nèi)表面＜180° 范圍內(nèi)制備反射涂層。（3）中溫內(nèi)聚光減容真空太陽(yáng)集熱管由內(nèi)玻璃管、罩玻璃管和CPC反射板構(gòu)成，CPC位于罩玻璃管和內(nèi)管之間的真空夾層內(nèi)，通過(guò)支撐件固定在罩玻璃管內(nèi)表面上。 　　3內(nèi)聚光減容全玻璃真空集熱管 　　3.1內(nèi)聚光減容全玻璃真空集熱管結(jié)構(gòu) 　　中溫內(nèi)聚光減容真空太陽(yáng)集熱管結(jié)構(gòu)及組成部件名稱如圖1所示。 　　集熱管罩玻璃直徑102mm，壁厚3mm，具有超強(qiáng)的耐機(jī)械沖擊性能。內(nèi)管直徑28mm，內(nèi)置CPC開(kāi)口寬度92mm。集熱管長(zhǎng)度1500mm 和1800mm兩種，滿足各種承壓式、非承壓式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和中溫集熱熱水系統(tǒng)。 　　3.2內(nèi)聚光減容全玻璃真空集熱管性能測(cè)試 　　表1為內(nèi)聚光減容全玻璃真空太陽(yáng)集熱管由中國(guó)（北京）太陽(yáng)能檢測(cè)中心出具的檢測(cè)報(bào)告編號(hào)為2013TG108 的檢測(cè)結(jié)果。表1為部分關(guān)鍵檢測(cè)指標(biāo)。內(nèi)聚光減容全玻璃真空集熱管性能大大優(yōu)于該國(guó)標(biāo)要求值，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)水平。 　　4內(nèi)聚光減容中溫集熱器 　　4.1內(nèi)聚光減容儲(chǔ)熱式中溫集熱器結(jié)構(gòu) 　　內(nèi)聚光減容中溫集熱器測(cè)試系統(tǒng)采用8 支內(nèi)聚光減容全玻璃真空集熱管，集熱管內(nèi)管內(nèi)置不銹鋼螺紋管，金屬內(nèi)螺紋內(nèi)插管與儲(chǔ)熱箱卡套或焊接連接，可形成開(kāi)、閉式系統(tǒng)，在測(cè)試過(guò)程中采用開(kāi)式系統(tǒng)。 　　4.2內(nèi)聚光減容中溫集熱器測(cè)試數(shù)據(jù) 　　由表2看出，當(dāng)集熱系統(tǒng)采用導(dǎo)熱油為導(dǎo)熱工質(zhì)時(shí)，出口溫度達(dá)到139℃，且輻照條件在10~14MJ/m2下，集熱效率均可以達(dá)到45%左右。 　　5內(nèi)聚光減容太陽(yáng)能真空集熱管及中溫集熱器特點(diǎn)分析 　　5.1內(nèi)聚光減容太陽(yáng)能真空集熱管特點(diǎn)分析 　　由于內(nèi)聚光減容太陽(yáng)能真空集熱管采用內(nèi)置CPC 方式，使反射鏡面不受外部環(huán)境影響，且采用高性能選擇性吸收涂層及罩玻璃管，保證中溫集熱系統(tǒng)可達(dá)到良好中溫集熱性能；采用厚度達(dá)3.0mm的超厚超硬硼硅玻璃3.3罩玻璃管，具有超強(qiáng)抗機(jī)械和冷熱沖擊能力，內(nèi)置不銹鋼管使系統(tǒng)具有極高承壓能力，保證系統(tǒng)在內(nèi)外力沖擊下安全穩(wěn)定。 　　采用合理高溫排氣和吸氣蒸散工藝，選擇大劑量吸氣劑及合理金屬反射板，并對(duì)其進(jìn)行有效除氣處理，使集熱管真空品質(zhì)性能顯著優(yōu)于國(guó)標(biāo)要求。 　　5.2內(nèi)聚焦減容真空管中溫集熱器特點(diǎn)分析 　　為提高高溫差條件下傳熱傳質(zhì)動(dòng)力，在金屬套管內(nèi)置入金屬導(dǎo)流空腔管，該裝置由金屬導(dǎo)流管和金屬空腔體組成，導(dǎo)流管兩端延伸至空腔體兩端外。此結(jié)構(gòu)不僅使金屬套管內(nèi)介質(zhì)容量有效減少，且在兩者之間形成環(huán)形加熱空間，與金屬導(dǎo)流管構(gòu)成導(dǎo)熱介質(zhì)傳輸通路，使低溫流體直接導(dǎo)入集熱管底部，強(qiáng)制頂替出管內(nèi)高溫流體，提高介質(zhì)傳熱效率。從而使內(nèi)聚焦減容真空管中溫集熱器集熱溫度不但可達(dá)到110℃以上，且集熱效率在45%以上，滿足中溫工業(yè)系統(tǒng)集熱需求。 　　6結(jié)論 　　內(nèi)聚光減容太陽(yáng)能真空集熱管及其中溫集熱器具有安全、可靠，能滿足中溫集熱及中溫工業(yè)化使用需求，廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能飲用開(kāi)水、建筑采暖制冷、農(nóng)副產(chǎn)品烘干、油田洗井、熱發(fā)電等多種行業(yè)。有效解決了當(dāng)前太陽(yáng)能中高溫?zé)崂妹媾R的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能中高溫技術(shù)上的重大突破。（河北光源太陽(yáng)能有限公司/李成彬）