分析内聚光减容全玻璃真空集热管技术

1引言 　　普通太阳能集热器全年平均集热温度大都在50℃左右，满足洗浴和部分生活热水需求，而工业用热温度一般在80~250℃之间，常规太阳能集热器很难满足使用要求，只有采用聚焦技术提高太阳辐照能流密度，才可提高太阳能集热系统集热和储热温度，获得较高集热效率，满足250℃以下工业用热要求。因此，中温太阳能系统要满足工业用热需求，应保证其在80~250℃之间性能长期稳定且需具有较高集热效率。 　　2中温集热管技术 　　由于工业用热温度区间不同，中温太阳能集热器构成原理及集热管技术也不尽相同。 　　150℃~250℃之间，采用玻璃金属熔封结构的直通太阳能集热管，配置开口宽度一般≤2.5m 小槽式单轴跟踪集热器。80℃~150℃之间，采用具有较高性能全玻璃真空集热管，并以此组成自跟踪中温太阳能集热系统。主要有三种技术方式：（1 ）双层同轴全玻璃真空集热管外置CPC 结构。通过外置CPC实现对太阳能聚焦。（2）偏心内聚光真空太阳集热管由具有太阳选择性吸收涂层内玻璃管和非同轴罩玻璃管组成。罩玻璃管内表面＜180° 范围内制备反射涂层。（3）中温内聚光减容真空太阳集热管由内玻璃管、罩玻璃管和CPC反射板构成，CPC位于罩玻璃管和内管之间的真空夹层内，通过支撑件固定在罩玻璃管内表面上。 　　3内聚光减容全玻璃真空集热管 　　3.1内聚光减容全玻璃真空集热管结构 　　中温内聚光减容真空太阳集热管结构及组成部件名称如图1所示。 　　集热管罩玻璃直径102mm，壁厚3mm，具有超强的耐机械冲击性能。内管直径28mm，内置CPC开口宽度92mm。集热管长度1500mm 和1800mm两种，满足各种承压式、非承压式太阳能热水系统和中温集热热水系统。 　　3.2内聚光减容全玻璃真空集热管性能测试 　　表1为内聚光减容全玻璃真空太阳集热管由中国（北京）太阳能检测中心出具的检测报告编号为2013TG108 的检测结果。表1为部分关键检测指标。内聚光减容全玻璃真空集热管性能大大优于该国标要求值，达到国内先进技术水平。 　　4内聚光减容中温集热器 　　4.1内聚光减容储热式中温集热器结构 　　内聚光减容中温集热器测试系统采用8 支内聚光减容全玻璃真空集热管，集热管内管内置不锈钢螺纹管，金属内螺纹内插管与储热箱卡套或焊接连接，可形成开、闭式系统，在测试过程中采用开式系统。 　　4.2内聚光减容中温集热器测试数据 　　由表2看出，当集热系统采用导热油为导热工质时，出口温度达到139℃，且辐照条件在10~14MJ/m2下，集热效率均可以达到45%左右。 　　5内聚光减容太阳能真空集热管及中温集热器特点分析 　　5.1内聚光减容太阳能真空集热管特点分析 　　由于内聚光减容太阳能真空集热管采用内置CPC 方式，使反射镜面不受外部环境影响，且采用高性能选择性吸收涂层及罩玻璃管，保证中温集热系统可达到良好中温集热性能；采用厚度达3.0mm的超厚超硬硼硅玻璃3.3罩玻璃管，具有超强抗机械和冷热冲击能力，内置不锈钢管使系统具有极高承压能力，保证系统在内外力冲击下安全稳定。 　　采用合理高温排气和吸气蒸散工艺，选择大剂量吸气剂及合理金属反射板，并对其进行有效除气处理，使集热管真空品质性能显著优于国标要求。 　　5.2内聚焦减容真空管中温集热器特点分析 　　为提高高温差条件下传热传质动力，在金属套管内置入金属导流空腔管，该装置由金属导流管和金属空腔体组成，导流管两端延伸至空腔体两端外。此结构不仅使金属套管内介质容量有效减少，且在两者之间形成环形加热空间，与金属导流管构成导热介质传输通路，使低温流体直接导入集热管底部，强制顶替出管内高温流体，提高介质传热效率。从而使内聚焦减容真空管中温集热器集热温度不但可达到110℃以上，且集热效率在45%以上，满足中温工业系统集热需求。 　　6结论 　　内聚光减容太阳能真空集热管及其中温集热器具有安全、可靠，能满足中温集热及中温工业化使用需求，广泛应用于太阳能饮用开水、建筑采暖制冷、农副产品烘干、油田洗井、热发电等多种行业。有效解决了当前太阳能中高温热利用面临的技术难题，实现了太阳能中高温技术上的重大突破。（河北光源太阳能有限公司/李成彬）