[实用新型]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

说明书

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。

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。

实用新型内容

本实用新型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。本实用新型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，采用本实用新型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。本实用新型设计合理，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，本实用新型采取如下技术方案：

本实用新型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。