[發(fā)明專利]一種光熱發(fā)電用硼硅酸鹽玻璃管

有效

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• 申請日: 2010-05-14
• 公開（公告）號: CN101838106A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田英良;孫詩兵;戴琳;張繼光;梁新輝;張磊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C03C3/11
• 分類號: C03C3/11
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到光熱發(fā)電集熱管用大直徑玻璃管材料，該玻璃經(jīng)過特殊熔化工藝和澄清劑作用，可實現(xiàn)較好的熔化質(zhì)量。通過公知垂直、水平或維洛拉管成形工藝，制備出高精度的大直徑玻璃管，直徑可大于70mm。

背景技術(shù)

能源問題已成為制約全球經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，在傳統(tǒng)能源中石油、天然氣、煤炭等化石燃料將面臨枯竭，并且傳統(tǒng)能源在消費和使用過程中對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。

太陽能光熱發(fā)電技術(shù)是具有較強(qiáng)競爭力的可再生能源技術(shù)。太陽能集熱器把收集到的太陽輻射能傳遞給接收器產(chǎn)生熱空氣或熱蒸汽，用傳統(tǒng)的電力循環(huán)來產(chǎn)生電能，發(fā)電運行成本低，并可以與化石燃料形成混合發(fā)電系統(tǒng)。太陽能熱發(fā)電無噪音，無污染，不受地域限制，規(guī)模大小靈活，故障率低，建設(shè)周期短，這些優(yōu)勢是其它能源發(fā)電所無法比擬的。

太陽能光熱發(fā)電技術(shù)是一項綜合性技術(shù)，它涉及太陽能利用、儲能、新型材料、高效汽輪機(jī)技術(shù)和自動控制系統(tǒng)等問題，不少發(fā)達(dá)國家已投人大量人力和物力。經(jīng)過近40年的研究，太陽能熱力發(fā)電裝置的單機(jī)容量已從千瓦級發(fā)展到了兆瓦級，目前世界上已有幾十座MW級的太陽能熱電站投入運行。許多科學(xué)家紛紛預(yù)測，至21世紀(jì)初中期，太陽能熱發(fā)電的電價極有可能降到與化石能源電價相同的水平。

目前槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)相對最成熟，整體投資最少，經(jīng)濟(jì)效益最好，因而在三種聚光式發(fā)電中首先實現(xiàn)了商業(yè)化并在世界各地得到廣泛應(yīng)用，這類電站分布于阿爾及利亞、澳大利亞、埃及、印度、伊朗、意大利、摩洛哥、墨西哥、西班牙、美國等太陽能資源豐富的國家。

槽形拋物面反射鏡將太陽能聚焦反射到集熱管上，通過管內(nèi)熱載體將水加熱成蒸汽，推動汽輪機(jī)發(fā)電的清潔能源利用裝置。槽形拋物面太陽能發(fā)電站的功率已達(dá)100MW以上，是目前所有太陽能光熱發(fā)電站中功率最大的。

大直徑集熱管是槽式光熱發(fā)電技術(shù)中的關(guān)鍵核心器件，其構(gòu)造為內(nèi)管為不銹鋼管，金屬管兩端連接有金屬膨脹節(jié)，膨脹節(jié)材質(zhì)多為鎢、鉬、可筏合金材料，金屬管外表面需要鍍高吸收低發(fā)射膜，加強(qiáng)內(nèi)管的能量吸收作用；外管為透明玻璃管材料，要求其光譜透率性好，耐候性好和抗曝曬性好。將兩根不同直徑的不同材質(zhì)的管子兩端進(jìn)行封接抽真空，這樣在玻璃管和金屬管之間形成真空層，有效阻絕了被吸收在內(nèi)管介質(zhì)中的熱量外溢，因此要求金屬管與玻璃管之間具有較好的封接性和氣密性。

傳統(tǒng)玻璃材料為了追求優(yōu)良的熔化澄清效果，大量使用氧化砷、氧化銻、氧化鈰。其自然會導(dǎo)致抗曝曬性能差，容易產(chǎn)生黃變，影響透光率，如果用于集熱管，將導(dǎo)致熱量收集能力的下降；同時氧化砷、氧化銻也是歐盟明令限制使用的玻璃成份，其不符合環(huán)保要求。并且集熱器用玻璃管一般都需要進(jìn)行熱加工封接過程，首先，具有氧化砷、氧化銻的玻璃管因還原氣氛會導(dǎo)致表面發(fā)黑；其次使用硫酸鹽作為澄清劑的玻璃內(nèi)部由于殘留的SO₃會生成小氣泡，甚至更大，將導(dǎo)致玻璃的強(qiáng)度及性能變差，如果氟化物作為澄清劑，會對窯爐耐火材料產(chǎn)生較大的侵蝕，并且澄清效率較低，同時產(chǎn)生環(huán)境污染；再者，槽式光熱發(fā)電用集熱器是長期在自然環(huán)境下使用，要求其化學(xué)穩(wěn)定性極佳，避免其玻璃表面產(chǎn)生風(fēng)化現(xiàn)象，以防對太陽光譜透過率的影響。

目前而言，現(xiàn)有的玻璃材料中僅有表1的比較例1和比較例2屬于接近要求的，但是尚有較大差距。比較例1是醫(yī)藥中性玻璃，化學(xué)穩(wěn)定性好，但是封接潤濕性，氣密性不好；比較例2是電子鉬組封接玻璃，封接潤濕性尚可，化學(xué)穩(wěn)定極差，容易風(fēng)化，不能室外使用，抗曝曬性差，還有它們內(nèi)部均含有有害元素，比較例1和比較例2的機(jī)械強(qiáng)度也不好，不能抗受自然環(huán)境冰雹沖擊。因此本發(fā)明的硼硅酸鹽玻璃材料將全面符合封接性、潤濕性、防曝曬性、熱震性、抗風(fēng)化、高機(jī)械強(qiáng)度要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于，提供一種環(huán)保型硼硅酸鹽玻璃成份，具有優(yōu)良的封接性、潤濕性、抗熱震性、抗風(fēng)化性、防曝曬性，可滿足槽式光熱發(fā)電技術(shù)的集熱器用大直徑玻璃管要求，其具有適當(dāng)膨脹系數(shù)范圍(36～68)×10^-7/℃，可滿足鎢、鉬、可伐金屬材料的匹配封接。

本發(fā)明目的在于，提供一種紫外線透過率高，并且又能實現(xiàn)防曝曬性能的玻璃管，在曝曬過程中最大限度地降低外觀顏色變化，減少玻璃對太陽光譜透過率衰減的影響，提高光熱集熱器光能透過能力。