玻璃管、吸热管和抛物槽收集器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103697609 A (43)申请公布日 2014.04.02 CN 103697609 A (21)申请号 201310078157.1 (22)申请日 2013.03.12 12186312.0 2012.09.27 EP F24J 2/46(2006.01) F24J 2/48(2006.01) F24J 2/12(2006.01) F24J 2/24(2006.01) (71)申请人 西门子聚集太阳能有限公司 地址 以色列拜特示麦 (72)发明人 A. 迪内斯 V. 莱文 Y. 塔马 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 。

2、成城 (54) 发明名称 玻璃管、 吸热管和抛物槽收集器 (57) 摘要 本发明涉及玻璃管、 吸热管和抛物槽收集器。 提供了一种具有玻璃管表面的玻璃管， 其中所述 玻璃管表面至少部分地被抗反射层覆盖， 以便相 比于未覆盖的玻璃管表面减小玻璃管表面的太 阳光辐射的反射率。抗反射层包括二氧化硅、 选 自 50nm 至 300nm 之间的范围的抗反射层厚度、 以 及大于 92% 且优选大于 94% 的太阳光辐射的抗反 射层透射率。优选地， 抗反射层厚度选自 80nm 至 200nm之间的范围。 例如， 抗反射层厚度是100nm。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书。

3、 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103697609 A CN 103697609 A 1/1 页 2 1. 一种具有玻璃管表面 （11） 的玻璃管 （1） ， 其中所述玻璃管表面至少部分地被抗反 射层 （12） 覆盖， 以便相比于未覆盖的玻璃管表面减小玻璃管表面的太阳光辐射的反射率， 其中所述抗反射层包括 二氧化硅 ； 选自 50 nm 至 300 nm 之间的范围的抗反射层厚度 ； 以及 大于 92% 且优选大于 94% 的太阳光辐射的抗反射层透射率。 2. 根据权利要求 1 。

4、所述的玻璃管， 其特征在于， 所述抗反射层厚度选自 80 nm 至 200 nm 之间的范围。 3. 根据权利要求 1 或权利要求 2 所述的玻璃管， 其特征在于， 所述抗反射层包括抗反射层表面， 所述抗反射层表面背离玻璃管表面并且至少部分地 被具有二氧化硅的抗刮擦涂层覆盖， 以便相比于未覆盖的抗反射涂层增加抗反射涂层表面 抵抗对抗反射涂层表面的机械损坏的耐久性。 4. 一种吸热管 （2） ， 所述吸热管用于吸收太阳能并将吸收的太阳能传递给能够位于吸 热管 （2） 的芯管 （21） 内部的传热流体， 其特征在于， 所述芯管包括具有太阳能吸收涂层的芯管表面， 所述太阳能吸收涂层用于吸收太阳光 的。

5、太阳吸收辐射 ； 并且 所述芯管被具有根据权利要求 1 或权利要求 2 所述的玻璃管的封装件包围。 5. 一种抛物槽收集器 （1000） ， 所述抛物槽收集器包括 ： 至少一个具有太阳光反射表面 （31） 的抛物面镜 （3） ， 所述太阳光反射表面用于将太阳 光聚集在太阳光反射表面 （31） 的焦线 （32） 上 ； 以及 至少一个根据权利要求 3 所述的吸热管 （2） ， 所述吸热管布置在抛物面镜 （3） 的焦线 （32） 上。 权 利 要 求 书 CN 103697609 A 2 1/5 页 3 玻璃管、 吸热管和抛物槽收集器 技术领域 0001 本发明涉及玻璃管、 具有该玻璃管的吸热管以。

6、及具有该吸热管的抛物槽收集器。 背景技术 0002 基于太阳能集中技术的太阳能发电厂的太阳能收集单元例如是具有抛物面镜和 吸热管的抛物槽收集器。吸热管布置在镜的焦线上。太阳光通过镜的太阳光反射表面被聚 焦到吸热管。吸热管包括芯管， 其充注有传热流体， 传热流体例如是热油或者熔盐。经由吸 热管的芯管， 太阳光的能量被耦合到传热流体。太阳能被转换成热能。 0003 为了最小化热能损失， 吸热管包括外封装玻璃 （玻璃管） 。对太阳光透明的玻璃管 围绕吸热管的内部中心不锈管同轴地布置。内管和玻璃管之间的空间被抽空。 发明内容 0004 本发明的目标是提供一种玻璃管， 所述玻璃管可被用作吸热管的封装件并。

7、且相比 于现有技术显示出改进的光学特性。 0005 本发明进一步的目标是提供具有包括所述玻璃管的封装件的吸热管以及具有所 述吸热管的抛物槽收集器。 0006 这些目标通过在权利要求中确定的发明来实现。 0007 关于本发明， 提供了一种具有玻璃管表面的玻璃管， 其中所述玻璃管表面至少部 分地被抗反射层覆盖， 以便相比于未覆盖的玻璃管表面减小玻璃管表面的太阳光辐射的反 射率。抗反射层包括二氧化硅 （SiO2） 、 选自 50 nm 至 300 nm 之间的范围的抗反射层厚度、 以及大于 92% 且优选大于 94% 的太阳光辐射的抗反射层透射率。优选地， 抗反射层厚度选 自 80 nm 至 200。

8、 nm 之间的范围。例如， 抗反射层厚度是 100 nm。 0008 此外， 提供一种用于吸收太阳能并且将吸收的太阳能传递给传热流体的吸热管， 传热流体可以位于吸热管的芯管内部。 芯管包括具有用于吸收太阳光的太阳吸收辐射的太 阳能吸收涂层的芯管表面。芯管由具有玻璃管的封装件包围。芯管表面和封装件被布置成 使得太阳吸收辐射能够穿透封装件并且可以撞击太阳能吸收涂层。 0009 此外， 提供一种抛物槽收集器， 包括 ： 至少一个具有用于将太阳光聚集在太阳光反 射表面的焦线上的太阳光反射表面的抛物面镜 ； 以及至少一个布置在抛物面镜的焦线上的 吸热管。替代地， 具有线性菲涅尔 （linear Fres。

9、nel） 技术的太阳能收集器可以被实现。所 以， 包括有至少一个菲涅尔镜的线性菲涅尔镜收集器具有太阳光反射表面， 用于将太阳光 聚集在太阳光反射表面的焦线上， 以及至少一个布置在菲涅尔镜的焦线上的吸热管。 0010 玻璃管壁对于较宽波长范围的太阳射线是透明的。优选地， 玻璃管的玻璃管壁包 括玻璃 （SiOx） 。其它透明材料也是可行的。 0011 在优选实施例中， 抗反射层包括背离 （避开） 玻璃管表面的抗反射层表面。抗反射 层表面至少部分地被抗刮擦涂层覆盖， 以便相比于未覆盖的抗反射涂层增加抗反射涂层表 面抵抗对抗反射涂层表面的机械损坏的耐久性。抗刮擦涂层包括二氧化硅。抗反射涂层和 说 明 。

10、书 CN 103697609 A 3 2/5 页 4 抗刮擦涂层形成一体的层组合。 附图说明 0012 参照附图从示例性实施例的描述得出本发明进一步的特征和优点。 附图是示意性 的。 0013 图 1 从侧面示出玻璃管的横截面。 0014 图 2 示出具有吸热管的抛物槽收集器的横截面， 吸热管包括具有玻璃管的封装 件。 0015 图 3 示出不同玻璃载片的透射谱。 具体实施方式 0016 提供一种具有玻璃管表面 11 的玻璃管 1， 所述玻璃管表面至少部分地被抗反射层 12 覆盖。抗反射层 12 包括二氧化硅。抗反射层厚度是大约 100 nm。 0017 抗反射层 12 包括抗反射层表面 12。

11、1， 所述抗反射层表面背离玻璃管表面 11。抗反 射层表面 121 至少部分地被抗刮擦层 13 覆盖。抗刮擦层 13 包括二氧化硅。抗刮擦覆盖物 厚度是大约 50 nm。 0018 抗反射层和抗刮擦覆盖物形成一体的层。 0019 被玻璃管 1 包围的吸热管 2 的芯管 21 由钢制成。此外， 芯管的芯管表面包括吸收 太阳光的吸收涂层 （未示出） 。 0020 吸热管 2 为抛物槽收集器 1000 的一部分。抛物槽收集器 1000 包括至少一个具有 太阳光反射表面 31 的抛物面镜 3。太阳光通过反射表面 31 被聚集在抛物面镜 3 的焦线 32 上。聚集的太阳光被吸热管 2 吸收。 0021 。

12、抛物槽收集器 （以及相应地菲涅尔镜收集器） 被用在太阳能发电站中用于将太阳 能转换成电能。被加热的传热流体用于通过换热器产生蒸汽。蒸汽驱动被连接到发电机的 涡轮机。发电机产生电流。 0022 通过制造覆盖有一体的抗反射层和抗刮擦涂层的玻璃表面的方法来制造具有不 同层的玻璃管， 所述方法包括以下步骤 ： （i） 制备包括作为原料的硅溶胶溶液以及至少一种溶剂的第一溶液 ； 该步骤涉及改变 溶液的 pH， 从而使得能够发生增大溶液的光密度的反应 ； （ii） 将玻璃表面浸渍在第一溶液中， 从而获得覆盖有抗反射层的玻璃表面 ； （iii） 干燥被覆盖的玻璃表面 ； （iv） 制备包括作为原料的硅酸乙酯。

13、 （TEOS） 以及至少一种溶剂的第二溶液 ； （v） 将被覆盖的玻璃表面浸渍在第二溶液中， 从而获得覆盖有抗反射层和抗刮擦涂层 的玻璃表面 ； （vi） 干燥被覆盖的玻璃表面 ； （vii） 在 400-800固化被覆盖的玻璃表面， 从而获得其中抗反射层和抗刮擦涂层形成 一体的被覆盖的玻璃表面。 0023 为了用期望的抗反射层来覆盖玻璃管表面， 第一溶液被制备成包括作为原料的硅 溶胶以及至少一种溶剂。 说 明 书 CN 103697609 A 4 3/5 页 5 0024 例如， 第一溶液中的至少一种溶剂选自直链或支链 C1-C5 醇。这样的醇溶剂可以 选自由甲醇、 乙醇、 1- 丙醇、 2。

14、- 丙醇、 1- 丁醇、 2- 丁醇、 2- 甲基 -1- 丙醇、 2- 甲基 -2- 丙醇、 1- 戊醇、 2- 戊醇、 3- 戊醇、 3- 甲基 -1- 丁醇、 2- 甲基 -1- 丁醇、 2,2- 二甲基 -1- 丙醇、 3- 甲 基 -2- 丁醇和 2- 甲基 -2- 丁醇构成的组。 0025 在一个实施例中， 硅溶胶溶液包括达到约 30%（w/w） 的 SiO2（工艺可以被实施成 包括达到 50% 的作为原料的硅溶胶） 。 0026 在一个实施例中， 第一溶液还包括酸。本文所用的术语 “酸” 应理解为包括任何 电子对受体化合物， 该化合物可以是除了含氟酸之外的无机 （矿物） 酸或有机。

15、酸、 质子酸或 多元酸。在一个实施例中， 所选择的酸是 HNO3。工艺可以由下述酸中的任何酸来实现 ： HI、 HCl、 HBr、 H2SO4、 H3PO4、 H2CrO4、 HClO 、 HClO4、 乙酸、 甲酸、 草酸和柠檬酸。 0027 在所述实施例中， 所述溶液具有从约 1.0 至约 3.0 范围的 pH。 0028 所设想的是， 以如下速度来执行玻璃表面在第一溶液中的浸渍， 即 ： 该速度能够在 玻璃表面上形成抗反射层， 导致具有从约94至约97范围的能量传输 （透射） 水平的被覆 盖的玻璃表面。在所述实施例中， 在第一溶液中浸渍玻璃表面的速度在从约 3 至约 12 毫米 每秒的范。

16、围。 0029 使用本领域中已知的任何机械辅助、 设备或装置来执行玻璃表面在第一和 / 或第 二溶液中的浸渍， 其能够控制在溶液中浸渍玻璃表面的速度。 这种机械设备、 辅助或装置的 非限制性示例是如下所述的容器 （罐） ： 玻璃表面可被定位在该容器中并且该容器可以填充 有溶液。 0030 在一个实施例中， 通过使用泵以一定速度从容器的底部泵送溶液或者利用提升装 置以一定速度竖直地升起玻璃管表面来执行玻璃管表面在溶液中的浸渍。 0031 在进一步的实施例中， 浸渍装置是直径约600毫米且高度约4米的圆筒形装置。 浸 渍装置可以水平或竖直地运动。 0032 在一个实施例中， 可被用于在浸渍装置中浸。

17、渍玻璃管表面的步骤序列包括 ： 将浸 渍装置定位在水平位置 ； 将玻璃管表面插入到浸渍装置中 ； 使浸渍装置运动到竖直位置 ； 使用泵将溶液通过底部开口部来填充所述装置 ； 以及， 以特定的速度泵送溶液。 0033 在一个实施例中， 在具有达到约 100温度的干燥空气中执行步骤 （iii） 和步骤 （） 中对所得到的被覆盖玻璃表面的干燥。在另一实施例中， 在具有从约 80至约 120 温度的干燥空气中执行步骤 （iii） 和步骤 （） 中对所述表面的干燥。 0034 使用本领域技术人员已知的任何机械辅助、 设备或装置来执行步骤 （iii） 和步骤 （） 中对被覆盖玻璃表面的浸渍， 其能够将空气。

18、吹送到玻璃表面上并且能够控制吹送空气 的温度。这样的机械设备可以是浸渍设备的一部分， 或者可以是玻璃表面被引入到其中的 单独设备。 0035 在一个实施例中， 在其中进行浸渍的相同装置中执行被覆盖玻璃表面的干燥， 。 该 装置还配备有在溶液被所述装置泵出之后使用的热空气鼓风机。在另一个实施例中， 干燥 可以在单独的装置中进行。 0036 在一个实施例中， 抗反射层的厚度的范围在约 80 nm 至约 200 nm。 0037 在一个实施例中， 第二溶液中的至少一种溶剂选自由直链或支链 C1-C5 醇 构 成的组。这样的醇溶剂可以选自由甲醇、 乙醇、 1- 丙醇、 2- 丙醇、 1- 丁醇、 2-。

19、 丁醇、 2- 甲 说 明 书 CN 103697609 A 5 4/5 页 6 基 -1- 丙醇、 2- 甲基 -2- 丙醇、 1- 戊醇、 2- 戊醇、 3- 戊醇、 3- 甲基 -1- 丁醇、 2- 甲基 -1- 丁 醇、 2,2- 二甲基 -1- 丙醇、 3- 甲基 -2- 丁醇和 2- 甲基 -2- 丁醇构成的组。 0038 在一个实施例中， 第二溶液由包括作为原料的 TEOS 的溶液制备。 0039 在一个实施例中， 第二溶液还包括如本文上述定义的酸。 在另一个实施例中， 所述 酸选自由 HCl、 HI、 HNO3、 HBr、 H2SO4、 H3PO4、 H2CrO4、 HClO、。

20、 HClO4、 乙酸、 甲酸、 草酸和柠檬酸构 成的组。 0040 在一个实施例中， 所述第二溶液的 pH 范围在约 1 至约 3。 0041 还进一步设想， 以能够在覆盖有抗反射层的玻璃表面上形成抗刮擦涂层而不降低 抗反射层的能量传输的速度执行被覆盖玻璃表面在第二溶液中的浸渍。在所述实施例中， 在第二溶液中浸渍覆盖有抗反射层的玻璃表面的速度的范围在约 3 至约 12 毫米每秒。 0042 可以使用能够产生所需温度的任何种类的加热装置来执行玻璃表面在 400-800 的固化， 例如配备有合适的气体或气体混合物的燃烧器或者燃烧炉、 电炉或感应炉。 0043 在一个实施例中， 一体的抗反射层和抗刮。

21、擦涂层具有从约 80 至约 200 nm 范围的 厚度， 即 ： 与没有抗刮擦涂层的抗反射层基本相同的或相似的厚度。 0044 在一个实施例中， 覆盖有一体的抗反射层和抗刮擦涂层的玻璃具有从约 94至约 97的能量传输水平， 即基本上维持 （或稍微改进） 仅覆盖有抗反射层的玻璃表面的能量传 输。 0045 在图 1 中清楚地示出在用抗反射涂层覆盖硼硅玻璃时增强了能量透射率 （在最大 波长） ， 即 ： 在用抗刮擦涂层涂覆被覆盖玻璃时未显着地改变该透射率， 并且在固化被覆盖 玻璃表面之后所述透射率也被保持 （甚至略有改善） 。因此， 抗刮擦涂层不显着改变覆盖有 抗反射第一层的玻璃的光学特性。 0。

22、046 在一个实施例中， 覆盖有一体的抗反射层和抗刮擦涂层的玻璃表面经受超过 50 个周期的耐刮擦测试 （5750 LINEAR ABRASER （线性研磨器） 仪器 ； 压力负荷 ： 0.6 千克 ； 线性 摩擦行程的长度 ： 38 毫米 ； 所有行程在一个路径上完成 ； 每完整行程的持续时间 ： 2 秒 ； 材 料 ： 由 Taber（泰伯） 生产的 CS-10F） 。为了进行比较， 覆盖有抗反射层的玻璃表面的耐刮擦 性 （用相同的设备在相同的条件下测得） 本身小于 1。 0047 在一个实施例中， 第一溶液的光密度范围在约 0.3 至约 1.0。 0048 在一个实施例中， 覆盖有一体的。

23、抗反射层和抗刮擦涂层的玻璃表面的折射率的范 围在约 1.2 至约 1.4。 0049 例 1 第一溶液的制备 材料 ： 甲醇 （或如上述定义的任何其他溶剂， 或者其中一些溶剂的混合物或所有溶剂的混合 物） ； 硅溶胶溶液 （在水中 30的 SiO 2） ，（EKA Chemical AB） ； HCl（13（按重量） ） （或如上面列出的任何其他酸， 或所述酸中一些酸的混合物， 或所 有酸的混合物） 。 0050 方法 ： 混合以上列出的材料以改变它们的 pH 并将光密度设置到所需水平。 说 明 书 CN 103697609 A 6 5/5 页 7 0051 例 2 第二溶液的制备 材料 ： 。

24、甲醇 （或如上述定义的任何其他溶剂， 或者其中一些溶剂的混合物或所有溶剂的混合 物） ； TEOS（98（按重量） ） （SIGMA-ALDRICH） ； HCl（13（按重量） ） （或如上面列出的任何其他酸， 或所述酸中一些酸的混合物， 或所 有酸的混合物） ； RO 水 （或任何其他处理过的水） 。 0052 方法 ： 混合以上列出的材料以改变它们的pH， 确保进入的批量产生反应且最终pH在1-3的范 围内。 0053 例 3 制造覆盖有一体的抗反射层和抗刮擦涂层的玻璃表面的方法 1. 将玻璃管浸渍在例 1 中制备的溶液中。 0054 2. 使用干燥空气或其他干燥技术在不会伤害涂层的温度。

25、下干燥玻璃管。 0055 3. 将玻璃管浸渍在例 2 中制备的溶液中。 0056 4. 使用干燥空气或其他干燥技术在不会伤害涂层的温度下干燥玻璃管。 0057 5. 在上面详述的技术中固化玻璃管和涂层。 0058 例 4 进行了比较实验， 以下玻璃载片 （玻璃基片） 的能量传输 （透射） 被比较 ： 无覆盖物的硼硅玻璃 （31） 。 0059 覆盖有 （根据例 1 制备的） 抗反射层 （其中玻璃管被浸渍到第一溶液中） 的硼硅玻 璃 （32） 。 0060 覆盖有 （根据例 1 制备的） 抗反射层 （其中玻璃管被浸渍到第一溶液中） 和 （根据例 2 制备的） 抗刮擦涂层 （其中玻璃管被浸渍到第二溶液中但没有固化） 的硼硅玻璃 （33） 。 0061 覆盖有 （根据例 1 制备的） 抗反射层 （其中玻璃管被浸渍到第一溶液中） 和 （根据例 2 制备的） 抗刮擦涂层 （其中玻璃管被浸渍到第二溶液中且随后固化） 的硼硅玻璃 （34） 。 说 明 书 CN 103697609 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103697609 A 8 2/2 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103697609 A 9 。