帶有蓋板的太陽能熱管集熱裝置

劉國松 趙美秋

【摘 要】優(yōu)化組合帶有蓋板的CPC集熱板和三U型填充式集熱管的太陽能空氣集熱裝置，并對該集熱裝置做熱性能理論分析，同時，為太陽能斯特林熱工轉(zhuǎn)換引擎提供新的采熱方法。

【關(guān)鍵詞】太陽能；集熱板；實驗

太陽能集熱器是吸收太陽輻射并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱介質(zhì)的裝置，它是組成各種太陽能熱利用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。本文是以大連理工大學(xué)梁若冰博士所提出的集熱性能較好的三U型填充式集熱管與帶有蓋板的CPC有效結(jié)合，使用導(dǎo)熱系數(shù)較大的新型材料—石墨與甘油混合物作為傳熱介質(zhì)，優(yōu)化設(shè)計了一種新型的中高溫太陽能集熱裝置。

一、集熱裝置結(jié)構(gòu)

每個集熱單元（如圖）包括一個簡化CPC集熱板（非追蹤式復(fù)合拋物線聚光板，鍍有減反射比膜），一根全真空玻璃集熱管，并在玻璃管內(nèi)安裝一個三U型紫銅換熱管，以新型導(dǎo)熱材料—普通石墨與甘油的混合物作為填充材料。其能量傳遞機理為：太陽能經(jīng)玻璃蓋板輻射傳熱，同時CPC集熱板將太陽輻射匯聚到真空管上，真空管吸熱后熱量通過導(dǎo)熱介質(zhì)傳入三U型銅換熱管內(nèi)，加熱管內(nèi)的換熱介質(zhì)，使介質(zhì)溫度升高轉(zhuǎn)換為有用能被利用。

圖 集熱裝置結(jié)構(gòu)

二、集熱器的熱性能分析

集熱器理想狀態(tài)即：系統(tǒng)處于熱穩(wěn)態(tài)；三U型支管間的熱傳遞忽略不計；忽略真空集熱管內(nèi)空氣對流和傳導(dǎo)熱損失；真空集熱管玻璃外殼與周圍環(huán)境的傳熱系數(shù)為常數(shù)。則該集熱器部分熱性能參數(shù)為：

（1）熱損失系數(shù)

集熱器的熱損失系數(shù)是決定集熱面積的重要因素，熱損失系數(shù)越大，環(huán)境溫度對集熱效率的影響越明顯，相同熱負(fù)荷下所需的集熱面積就越大，集熱器的熱損失系數(shù)為：

（為風(fēng)損系數(shù)忽略為零；當(dāng)有蓋板時=1；分別為玻璃管和蓋板的發(fā)射率；分別為玻璃管溫度，天空溫度，集熱管溫度，常量。）

（2）瞬時效率

以集熱管中工質(zhì)的進口溫度Ti和環(huán)境溫度Ta來表示此集熱器的瞬時效率。

（為光學(xué)效率，I為照射在集熱器上的總輻射強度，C為幾何聚光比。為該集熱器的熱轉(zhuǎn)移因子：其物理意義是集熱器實際的有用能量與假象吸熱板溫度為工質(zhì)進口溫度時的有用能量之比。）

三、集熱器在斯特林發(fā)動機小引擎中的應(yīng)用

球面雙棱鏡或雙軸跟蹤點聚焦聚光器需要跟蹤系統(tǒng)，占用空間大，價格比較昂貴。而該太陽能集光器沒有自動控制系統(tǒng)，材料成本低，預(yù)計約占太陽能斯特林發(fā)動機系統(tǒng)價格的15%左右。今后，通過斯特林熱機傳熱系統(tǒng)的設(shè)計，減少熱阻損失，二者結(jié)合具有廣闊應(yīng)用前景。

我國已在太陽能熱水、太陽能供熱采暖、太陽能制冷空調(diào)等眾多領(lǐng)域取得了一定的科技創(chuàng)新成果，本文涉及到的太陽能收集裝置是綜合前期成果基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)新組合設(shè)計的新型的集熱單元，由于停留在理論設(shè)想，與實際應(yīng)用的預(yù)期還有很大差距。

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