[发明专利]一种抛物槽式太阳能集热装置

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能集热与热发电技术领域，尤其是一种抛物槽式太阳能集热装置，是一种含二次聚光、两层管壁之间非真空的槽式太阳能集热装置。

背景技术

太阳能热发电技术以聚光式集热器提供能量为主，主要分为槽式、塔式和碟式三类。相对而言，槽式太阳能热发电技术较为成熟，已有商业化电站运行。抛物槽式太阳能集热系统是槽式太阳能热发电系统的核心，集热管是集热系统的核心部件，其性能的高低直接影响着整个集热系统和热发电系统的热力性能的优劣，也影响着整个系统经济性能的好坏。

发展抛物槽式太阳能热发电技术的主要障碍是投资成本高、系统效率较低。因此提高系统关键技术部件的性能成为解决这些制约因素的主要途径之一。

抛物槽式太阳能聚光集热器主要由支架、抛物面反射镜、接收器等几个主要的部件组成。目前已有的接收器大都是直通式真空集热管。图1为现有的一种典型的抛物槽式集热器，集热器由内层金属管7和外层玻璃管8组成。太阳光照射在集热器上，较少部分的太阳光透过接收器直接被集热管内的工质吸收，另一部分照射到抛物面反射镜上，照射在抛物面反射镜上的太阳光经过反射被汇集到接收器上，被接收器内流动工质吸收，转化为内部导热工质的热能，从而实现太阳能的热利用。

目前较为理想的导热介质主要有导热油、熔盐和水。考虑到温度升高，集热管内外两层管壁的膨胀量增大，真空破坏的可能性增大，导热油成为目前应用最多的导热工质。这是因为导热油在集热管内运行温度相对较低。导热油的运行过程中，在集热管的真空区域会出现氢气，破坏选择性涂层，增加散热损失，这些氢气来自导热油的变质降解。受此影响，导热油的最高集热温度只能达到约400℃，这一温度区间也正好符合集热管保持真空的要求。熔盐可同时作为传热介质和蓄热子系统的蓄热介质，但需要安装辅助加热保温设备来保证熔盐在太阳能集热场内不出现凝固现象，所以熔盐作为换热工质所需要的运行温度较高，给传统集热管的真空保持带来了难题。水为直接传热介质减少了换热过程的散热损失，提升系统效率，出口温度也可以得到提高，但是集热器回路出口过热蒸汽参数不宜控制，集热管内温度梯度过高会带来一系列的问题，不利于真空的保持。

传统抛物槽式太阳能集热管的真空保持给太阳能热发电带来了以下问题：

首先抛物槽式太阳能热发电装置中热力循环的发电效率随着集热温度的升高而升高。而保持真空则需要控制装置的集热温度。现有的以导热油为换热工质的抛物槽式太阳能装置集热温度多为200-400℃，发电效率提升受到限制。

其次，传统真空集热管内外管壁间的真空设计对外层玻璃管壁的材质提出了很高的要求。外层管壁不仅需要有较高的太阳投射比、良好的热稳定性，还要有较低的热膨胀系数、良好的耐热冲击性能、较高的机械强度以及较好的抗化学腐蚀性。这些要求使得集热管制造难度加大，制造成本提高，装置的安装投资增大。

再次，真空集热管要求各个部件之间密封良好，对连接件的性能也提出了很高要求，并且需要增加消气剂并采取其它必要的措施来维持真空，装置的运行和维护成本也上升。

另外，传统集热管装载有导热介质的金属管周向受热不均匀。远离抛物槽反光镜的一侧相比接近一侧接收的太阳光要少。导致金属管内的传热工质温度场和流场不均匀，管子的热应力增大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种抛物槽式太阳能集热装置，以解决传统槽式太阳能集热管导热介质单一，集热温度相对较低的问题；并降低集热管的装置投资、制造和维护成本，提高槽式发电的经济性；同时促进集热管内流场、温度场的均匀分布，减少热应力。从而满足太阳能集热装置低成本、高效率发电的要求。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种抛物槽式太阳能集热装置，该装置由抛物面反光镜和集热套管构成，集热套管由外侧组合管壁4和中部吸收管5构成，外侧组合管壁4套装在中部吸收管5上，中部吸收管5的外层涂覆有选择性涂层，中部吸收管5管内为导热介质，外侧组合管壁4与中部吸收管5之间为导热介质为空气。所述外侧组合管壁4由玻璃壁面2和金属壁面3拼接而成。

上述方案中，所述金属壁面3安装在远离抛物面反光镜的一侧，玻璃壁面2安装在靠近抛物面反光镜一侧。所述玻璃壁面2和金属壁面3采用镶嵌或铆接等工艺拼接而成。所述金属壁面3的内壁形成太阳光的二次聚光面，金属壁面3的外侧覆盖保温材料，减少和外部环境之间的辐射和对流换热。所述由玻璃壁面2和金属壁面3拼接而成的外侧组合管壁4，其横截面采取直线、折线、弧形、矩形等或者上述几种形状的组合。