Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2.4.1. Вакуумные трубки и их характеристики
В трубчатых вакуумных солнечных коллекторах применяются два типа трубок:
– двухстенные коаксиальные;
– одностенные.
Коаксиальная вакуумная трубка солнечного коллектора – сосуд Дьюара, выполненный в виде тонкостенных стеклянных коаксиальных трубок, запаянных с торца. Из пространства между стенками труб выкачан воздух.
Конструкция вакуумной трубки солнечного коллектора представлена на рис. 16. Свободный конец внутренней трубки поддерживается держателем, выполненным из нержавеющей стали.
Рис. 16. Конструкция тонкостенной коаксиальной вакуумной трубки солнечного коллектора
Требования к вакуумным трубкам солнечных коллекторов:
– стекло должно иметь высокую прочность;
– высокую светопропускную способность;
– устойчивость к старению при высоких температурах;
– сохранять в течение длительного времени высокий уровень вакуума;
– иметь индикаторы уровня вакуума.
Трубки вакуумных коллекторов выполнены из чрезвычайно крепкого боросиликатного стекла, которое выдерживает удары града, падающего со скоростью 18 м/с диаметром до 35 мм. Боросиликатное стекло пропускает волны солнечной радиации в диапазоне 0,4–2,7 нм, – весь спектр теплового излучения. Толщина стенок у разных производителей разная и составляет около 1,7 мм для внешней трубы и 1,5 мм для внутренней. Массово выпускаются несколько типоразмеров труб, наиболее популярны вакуумные трубы длиной от 1,5 до 2,0 м с внешним диаметром 57 и 75 мм, но есть и трубы с внешним диаметром 150 мм. Зазор между трубами составляет около 3,5 мм.
Для визуальной индикации наличия вакуума в межтрубном пространстве, на нижнюю часть внутренней трубы наносят соли бария. Они активно поглощаются присутствующие в воздухе газы и, в случае снижения или потери вакуума, меняют цвет. Белый матовый цвет конца внутренней трубы – свидетельство нарушения вакуума в межтрубном пространстве. На рис. 17 показаны окончания вакуумных труб солнечного коллектора в варианте требуемого уровня вакуума и его отсутствия.
Внутренняя колба вакуумной трубы выполнена из боросиликатного стекла и покрытая специальным многослойным селективным абсорбционным покрытием, которое концентрирует всю энергию солнечного излучения внутри центрального канала. Температура в центре трубок может достигать 380 °С, причем внешняя поверхность вакуумной трубы остается холодной.
Рис. 17. Индикация уровня вакуума в трубках солнечного коллектора
Абсорбционное покрытие делается многослойным.
Первый слой – это теплопередающий слой напыления меди, М–AL–N/Cu, который имеет низкий коэффициент эмиссии и высокую теплопередачу через внутреннюю стеклянную стенку к теплоносителю.
Второй слой (антиэмиссионный), это пленка нитрида алюминия Al–N–Al служит для предотвращения перекрестной миграции энергии. Этот слой позволяет меди первого слоя нагреваться до температур свыше 400 °С за счет предотвращения потерь тепла.
Третий слой металлокерамический (высокоселективный абсорбирующий) – напыление нитрида алюминия AL–N/M–AL–N распыленных одновременно в газовой смеси аргона и азота для получения покрытия, которое поглощает солнечное излучение с очень низкой теплоотдачей.
Эффективность абсорбционного покрытия не менее 95 %; эмиссия не более 5 %.
Стандартный уровень вакуума в межтрубном пространстве коаксиальных труб составляет 5∙10–3 Па.
В солнечных коллекторах применяются также вакуумные коаксиальные трубки без нанесенного на внутреннюю трубу селективно-абсорбционного покрытия или с нанесением отражающего покрытия на часть поверхности трубы, при этом половина трубы по всей длине остается прозрачной.
Вторым типом вакуумных труб, которые применяются в солнечных коллекторах, являются одностенные вакуумные трубки. Иногда их называют «перьевыми». Данные трубки представляют собой одностенную длинную стеклянную колбу, заглушенную с одного торца. Колба выполнена из более толстого закаленного стекла толщиной до 3 миллиметров. Внутри колбы вакуум уровня 5∙10–3 Па. Как правило, данные колбы имеют внешний диаметр несколько больший, чем коаксиальные вакуумные трубки.