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中高温直通式真空太阳集热管的研制与应用 m¨¨¨一..… |¨|… 中高温直通式真空太阳集热管的研制与应用 北京市太阳能研究有限公司■孙守建 摘要:中高温直通式真空太阳集热管(简称直通式真空管)是由北京桑达太阳能技术有限公司必威体育精装版研制的一种新 型太阳能集热元件.它完全采用桑达公司自有的知识产权和技术,材料和零部件完全来自国内.该管子 在太阳能聚光集热系统上使用时,管内导热工质可以达到350,管子可以承受3MPa的压力.该管型 的研制目前处于国内领先水平,产品性能接近国外同类产品,采用直通式真空管的太阳能集热器可以用 于太阳能空调,太阳能工业加热,太阳能热发电等中高温系统,大大拓宽了太阳能热利用的应用领域. 关键词:直通式真空管;热压封接;太阳能热发电;太阳能空调 一 前言 1真空太阳集热管的分类 目前真空太阳集热管的分类有多种,按吸热体 分类可分为金属吸热体真空管和玻璃吸热体真空管. 玻璃吸热体真空管主要有全玻璃真空管和内插热管 式或U型管式全玻璃真空管等,金属吸热体真空管 主要有热管式真空管,直流式真空管,储热式真空 管和U型管式真空管等,这些真空管的工作温度大 都在100~C以下,主要是提供热水. 中高温直通式真空太阳集热管(简称直通式真空 管)是北京桑达太阳能技术有限公司必威体育精装版研制的一种 新型太阳能集热元件.它是一种新的金属吸热体真 空管,不同于传统的全玻璃真空管和热管式真空管. 主要特点是采用双端开口的金属管,金属管外壁有 高温选择性太阳能吸收涂层,金属管和外层玻璃管 之间为高真空.该管型的最大特点是可以在高温, 高压下使用.这样直通式真空管就可以在聚光集热 器上使用,从而提高集热管内导热工质的工作温度, 使太阳能热利用从低温热水向中高温应用发展. 2国内外直通式真空管的研制状况 直通式真空管由于采用金属管作为导热工质的 流道,不可避免地要采用玻璃金属封接技术.传统 的玻璃金属技术封接技术是熔封技术,要求玻璃金 属的热膨胀系数很相近,而真空太阳集热管采用的 是高膨硅玻璃,膨胀系数低.目前直通式真空管只 有德国的SCHOTT公司和以色利SOLEL公司(原 LUZ公司)生产,已经批量应用于美国和西班牙的太 阳能槽式发电站.这两家公司拥有多项技术专利, 特别是在玻璃金属熔封,太阳能选择性吸收涂层和 真空维持等方面进行了长期的研究,多次了进行改 进,具有独特的技术特点. 目前,国内有多家公司和研究机构在研究开发 直通式真空管,大都处于研发的起步阶段.1998年, 北京桑达太阳能技术有限公司就进行了有关直通式 真空管的研究.近几年公司加大该管型的研制力度, 经过全体研发人员的努力已经开发研制出三种尺寸 的直通式真空管,并已经小批量生产.2006年研制 的第一代直通式真空管已经成功应用于太阳能空调 系统工程和甲醇制氢的研究.今年又开发出可用于 更高工作温度的直通式真空管,初步的性能检测良 好,已经开始试用于太阳能热发电等系统中. 二直通式真空管的研制 1国外直通式真空管的结构和特点 国外用于槽式发电系统的直通式真空太阳集热 管称为线聚焦接收器.它是由4m长,外径70mm附 有高温选择性吸收涂层的不锈钢管和外径115mm的 带有减反层的玻璃管组成.钢管和玻璃管之间为高 真空,玻璃金属采用熔封技术确保真空的可靠性, 丽端采用金属波纹管来吸收钢管高温工作时和玻璃 的膨胀差异.SOLEL管子(图1)的波纹管在玻璃管外 部,SCHOTT管子(图2)的波纹管在玻璃管内部. ——— —卜—一 SOLARENERGY(增T~J)10/2009 SOLARENERGY 困孤衄 图1SOLEL管子示意图 图2SCHOTT管子示意图 2桑达直通式真空管的结构设计和技术特性 桑达直通式真空管的结构如图3,图4所示. 金属曝热管芯真空 栅 护帽 图3桑达直通管示意图 图4桑达直通式真空管实物图 直通式真空管采用桑达公司自有的玻璃金属热 压封接技术和高性能的耐高温选择性吸收涂层.这 种玻璃金属热压封接技术不同于传统的熔封技术, 采用过渡金属实现膨胀系数不完全匹配的玻璃和金 属之间的封接,封接强度高,密封性能,耐热冲击 和耐候性好.桑达公司自己研发的高性能耐高温选 择性吸收涂层Cu/Cr—Ni—A1一N/A1N吸收率≥0.94,发 射率≤0.15(350~C),涂层耐温500~C. 桑达公司为直通式真空管研制了专用的真空排 气工艺和设备,管子内装有新型锆稀土合金长效吸 气剂和钡蒸散吸气剂,可维持管子在长期高温工作 下的高真空. 玻璃管表面采用减反射技术,可提高太阳光的 透过率.不锈钢管内表面采用氧化阻氢层,可减少 高温工作时不锈钢管内导热油裂解出的氢气向真空 里的渗透. 桑达公司专门研究和设计了玻璃金属封接保护 装置,可有效地保护和提高玻璃金属封接处的强度, 保证