[实用新型]太阳能集热管

说明书

本实用新型为一种涂覆有超疏水耐磨石墨烯复合涂层的太阳能集热管，超疏水耐磨石墨烯复合涂层由氧化石墨烯和光催化活性纳米粒子二氧化钛复合涂料经紫外光固化形成，太阳能集热管包含玻璃外管及套设于其内的金属内管，二者之间形成密闭空腔，玻璃外管的内、外壁分别涂覆有增透涂层，在各增透涂层外覆有上述超疏水耐磨石墨烯复合涂层，通过石墨烯和二氧化钛自身的疏水性和透光性等物化性质，使得涂覆其的太阳能集热管具有耐磨、耐候性强、透光性强、有良好自清洁能力的效果，能有效抵御沙尘对集热管的侵蚀，适用于光照资源丰富的荒漠区域。

技术领域

本实用新型关于一种超疏水耐磨石墨烯复合涂层及应用该涂层的耐磨损自清洁太阳能集热管。

背景技术

采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。太阳能热发电系统一般包括四个子系统：集热系统、蒸汽发生系统、发电系统和储热系统。太阳光聚集在集热管上，使管内的介质加热，然后被加热到接近400度的热交换介质经热交换器使水变成蒸汽，再由过热器对蒸汽进一步加热，推动常规汽轮发电机组发电。集热管是整个太阳能热发电系统的核心，一般内管采用金属管，管内走加热介质，金属管外涂覆选择性吸收涂层，外面为玻璃管，玻璃管与金属管间抽真空以抑制对流和传导热损失。

集热管的问题：(a).根据真空集热管在国内外的实际工作环境的经验表明，风沙是导致集热管的玻璃外管透过率衰减的最重要的一个因素。由于光热发电项目一般都是安装在沙漠、戈壁、荒滩等地方，灰尘风沙大，长期沙尘的冲击会使得玻璃表面变得粗糙，导致透射率降低，大幅降低太阳能转换效率。(b). 集热管外部都为玻璃管，玻璃与水的接触角为30°～40°，所以玻璃很容易形成水珠，并且水珠不易滑落，在水干燥过程中，又极易吸附空气中的沙尘，干燥后形成水痕，长期积累形成污垢，从而降低光透射率，也就会降低太阳能的转化率，所以必须保证玻璃表面清洁，否则会影响透光率和热吸收能力、降低太阳能的转化效率。

现有的解决方案：对集热管玻璃表面易脏的问题，增加超疏水涂层是一种解决方案。超疏水涂层能增加玻璃与水的接触角，物体表面的污染物（主要是油和灰尘、砂），在风、雨（水）、雪等外力作用下能够自行掉落，实现自清洁效能。如改性水性聚氨酯涂料能一定程度上实现超疏水能力，但是其光学透过率约为78%~87%。具有一定透明度的硅氟改性聚甲基丙烯酸酯在制备疏水性自清洁涂料时也有着广泛应用。但是都存在着透光度较低的问题。另外含聚酯类材料的超疏水涂层还存在另外一个问题，耐候性差和耐磨性能差，在长时间太阳光的照射下和沙尘冲击下易老化，不能达到商业太阳能系统20年以上寿命的要求。还有现有技术提出在真空管罩玻璃管外表面粘合一层光催化膜（如二氧化钛）实现对污物的分解，并通过水淋实现集热管自清洁的目的。二氧化钛光催化技术对有机物的分解清洁能力不错，但是对沙尘的清洁能力很弱。从商用集热太阳能系统的应用来看，主要应用区域是在光照资源丰富的荒漠区域，需要对沙尘有良好的清洁能力，因此光催化技术达不到自清洁的效能。

对集热管玻璃不耐沙尘冲击的问题：增加保护套管是一种方案，但是保护套管本身的耐冲击能力和透光率性能较差，导致实用性不强。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题即在提供一种超疏水耐磨石墨烯复合涂层及应用该涂层的太阳能集热管，其同时具有高耐磨、耐冲击、耐候性强的特征，能满足商业太阳能光热系统在沙尘恶劣环境下实现长期稳定高效的运作。所谓“自清洁”，是指物体表面的污染物，在风、雨、雪等外力作用下能够自行掉落或分解。

本实用新型所采用的技术手段如下所述。

一种包含超疏水耐磨石墨烯复合涂层的耐磨损自清洁太阳能集热管，包含玻璃外管及套设于其内的金属内管，二者之间形成密闭空腔，所述玻璃外管的内、外壁分别涂覆有增透涂层，在各增透涂层外覆有超疏水耐磨石墨烯复合涂层，复合涂层的厚度在15nm-50nm之间。

所述金属内管外涂覆有选择性吸收涂层。