新型槽式跟蹤太陽能集熱器的中高溫?zé)崂醚芯?/h1>
2011-03-02 張華 南京工業(yè)大學(xué)
采用新型導(dǎo)熱介質(zhì)，主要介紹了集熱裝置的熱性能實(shí)驗(yàn)方法，并著重對(duì)槽式跟蹤太陽能集熱器集熱性能進(jìn)行了研究及分析，通過對(duì)槽式跟蹤熱管真空管集熱器理論值與試驗(yàn)值的比較，結(jié)果表明：利用導(dǎo)熱油強(qiáng)化傳熱技術(shù)并結(jié)合熱管技術(shù)，使得槽式跟蹤太陽能集熱器具有較高的集熱效率，可產(chǎn)壓力2 MPa，溫度達(dá)200℃以上的飽和蒸汽。
太陽能集熱器的研究除了需要理論方面的分析與計(jì)算外，更需要通過實(shí)驗(yàn)所反映的真實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)其綜合性能及質(zhì)量作出客觀性的評(píng)價(jià)，并為太陽能集熱裝置的進(jìn)一步改造與完善、太陽能熱利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與推廣提供可靠的參數(shù)和實(shí)踐依據(jù)。拋物面型集熱器（目前以槽式與CPC 式為主要研究方向）作為一種技術(shù)尚未成熟、各項(xiàng)性能處于探索階段的新型高效太陽能集熱裝置，若要進(jìn)入現(xiàn)實(shí)生活中，就必須經(jīng)過多項(xiàng)試驗(yàn)的審核。本文采用新型導(dǎo)熱介質(zhì)從熱性能方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)槽式真空管熱管集熱器的熱效率實(shí)驗(yàn)將從瞬時(shí)效率和一段時(shí)間（如一天或一周等）內(nèi)的平均效率進(jìn)行分析。
1、熱管技術(shù)及強(qiáng)化傳熱技術(shù)的應(yīng)用
太陽能集熱器中采用熱管真空管后，集熱器集熱效率高，保溫效果好，適用范圍廣，壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強(qiáng)。近年來，將熱管技術(shù)與真空玻璃技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用于太陽能集熱器，即現(xiàn)在所說的太陽能真空管熱管集熱器，它具有熱損失小、熱容量小、熱二級(jí)性、寬工作范圍等優(yōu)點(diǎn)，為了改善非聚焦型熱管式真空管太陽能集熱器的太陽能流輻射密度低的不足和滿足中高溫?zé)嵩吹囊螅捎貌凼礁櫨酃饧夹g(shù)與熱管真空管技術(shù)相結(jié)合。
圖1、圖2 結(jié)構(gòu)的主要不同在于真空管內(nèi)管與熱管之間的連接問題，它們分別通過肋板或翅片、導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行熱量傳遞的。通過熱力學(xué)分析容易發(fā)現(xiàn)利用真空型集熱器的集熱效率要低，因固體與液態(tài)的導(dǎo)熱性都要好。對(duì)兩者進(jìn)行比較可發(fā)現(xiàn)，肋板或翅片型集熱器具有如下問題：（1）金屬肋板或翅片的熱脹冷縮效應(yīng)，因而在設(shè)計(jì)中肋板或翅片與真空管內(nèi)管之間的接觸精度以及金屬變形量調(diào)整等都將大大提高集熱器的設(shè)計(jì)精度，提高集熱器的生產(chǎn)與維修成本；（2）玻璃- 金屬焊接工藝對(duì)熱管與真空管端口進(jìn)行密封，以目前技術(shù)實(shí)現(xiàn)效果很差。而以導(dǎo)熱油為導(dǎo)熱介質(zhì)的槽式跟蹤聚焦集熱器集熱體結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低，無需肋板及翅片類集熱器較高的加工精度要求。
4、結(jié)論
通過對(duì)導(dǎo)熱油型槽式單軸跟蹤真空管熱管太陽能集熱器的實(shí)驗(yàn)與理論性能比較分析，可以得到如下結(jié)論：
�。�1）以導(dǎo)熱油為導(dǎo)熱介質(zhì)的槽式跟蹤聚焦熱器集熱體結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低，無需肋板及翅片類跟蹤聚焦集熱器較高的加工精度要求，適用于諸多大型公共建筑的集中采暖與制冷系統(tǒng)。
（2）該類型集熱器在標(biāo)準(zhǔn)天的天氣情況下經(jīng)約3 小時(shí)的加熱，可產(chǎn)壓力2MPa 的蒸汽，溫度約212℃，這在獲得高品位能方面具有重要意義。
（3） 導(dǎo)熱油強(qiáng)化傳熱技術(shù)及熱管技術(shù)的結(jié)合，使得槽式跟蹤太陽能集熱器具有較高的集熱效率，集熱總效率46%~60%，這是傳統(tǒng)的熱水型及真空管型所無法達(dá)到的。
參考文獻(xiàn)
[1] 朱躍釗，蔣金柱.槽式聚光型熱管式太陽能鍋爐裝置[P].中國：200610040139.4，2007.11.14.
[2] 張成懷，劉自強(qiáng)，莊向東.熱管式真空管太陽集熱器所用重力熱管的研制[J]. 河北省科學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，21(1)：39- 41.
[3] 方榮生，項(xiàng)立成，李庭寒, 等.太陽能應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1985.
[4] 陳維，李戩洪.拋物柱面聚焦的幾種跟蹤方式的光學(xué)性能分析[J].太陽能學(xué)報(bào),2003(24):477- 482.
[5] 張鶴飛.太陽能熱利用原理與計(jì)算機(jī)模擬[M]. 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2004.
[6] 徐吉富.太陽能與生物質(zhì)能耦合供能系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)研究[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2008.
采用新型導(dǎo)熱介質(zhì)，主要介紹了集熱裝置的熱性能實(shí)驗(yàn)方法，并著重對(duì)槽式跟蹤太陽能集熱器集熱性能進(jìn)行了研究及分析，通過對(duì)槽式跟蹤熱管真空管集熱器理論值與試驗(yàn)值的比較，結(jié)果表明：利用導(dǎo)熱油強(qiáng)化傳熱技術(shù)并結(jié)合熱管技術(shù)，使得槽式跟蹤太陽能集熱器具有較高的集熱效率，可產(chǎn)壓力2 MPa，溫度達(dá)200℃以上的飽和蒸汽。
太陽能集熱器的研究除了需要理論方面的分析與計(jì)算外，更需要通過實(shí)驗(yàn)所反映的真實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)其綜合性能及質(zhì)量作出客觀性的評(píng)價(jià)，并為太陽能集熱裝置的進(jìn)一步改造與完善、太陽能熱利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與推廣提供可靠的參數(shù)和實(shí)踐依據(jù)。拋物面型集熱器（目前以槽式與CPC 式為主要研究方向）作為一種技術(shù)尚未成熟、各項(xiàng)性能處于探索階段的新型高效太陽能集熱裝置，若要進(jìn)入現(xiàn)實(shí)生活中，就必須經(jīng)過多項(xiàng)試驗(yàn)的審核。本文采用新型導(dǎo)熱介質(zhì)從熱性能方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)槽式真空管熱管集熱器的熱效率實(shí)驗(yàn)將從瞬時(shí)效率和一段時(shí)間（如一天或一周等）內(nèi)的平均效率進(jìn)行分析。
1、熱管技術(shù)及強(qiáng)化傳熱技術(shù)的應(yīng)用
太陽能集熱器中采用熱管真空管后，集熱器集熱效率高，保溫效果好，適用范圍廣，壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強(qiáng)。近年來，將熱管技術(shù)與真空玻璃技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用于太陽能集熱器，即現(xiàn)在所說的太陽能真空管熱管集熱器，它具有熱損失小、熱容量小、熱二級(jí)性、寬工作范圍等優(yōu)點(diǎn)，為了改善非聚焦型熱管式真空管太陽能集熱器的太陽能流輻射密度低的不足和滿足中高溫?zé)嵩吹囊螅捎貌凼礁櫨酃饧夹g(shù)與熱管真空管技術(shù)相結(jié)合。
圖1、圖2 結(jié)構(gòu)的主要不同在于真空管內(nèi)管與熱管之間的連接問題，它們分別通過肋板或翅片、導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行熱量傳遞的。通過熱力學(xué)分析容易發(fā)現(xiàn)利用真空型集熱器的集熱效率要低，因固體與液態(tài)的導(dǎo)熱性都要好。對(duì)兩者進(jìn)行比較可發(fā)現(xiàn)，肋板或翅片型集熱器具有如下問題：（1）金屬肋板或翅片的熱脹冷縮效應(yīng)，因而在設(shè)計(jì)中肋板或翅片與真空管內(nèi)管之間的接觸精度以及金屬變形量調(diào)整等都將大大提高集熱器的設(shè)計(jì)精度，提高集熱器的生產(chǎn)與維修成本；（2）玻璃- 金屬焊接工藝對(duì)熱管與真空管端口進(jìn)行密封，以目前技術(shù)實(shí)現(xiàn)效果很差。而以導(dǎo)熱油為導(dǎo)熱介質(zhì)的槽式跟蹤聚焦集熱器集熱體結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低，無需肋板及翅片類集熱器較高的加工精度要求。
4、結(jié)論
通過對(duì)導(dǎo)熱油型槽式單軸跟蹤真空管熱管太陽能集熱器的實(shí)驗(yàn)與理論性能比較分析，可以得到如下結(jié)論：
�。�1）以導(dǎo)熱油為導(dǎo)熱介質(zhì)的槽式跟蹤聚焦熱器集熱體結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低，無需肋板及翅片類跟蹤聚焦集熱器較高的加工精度要求，適用于諸多大型公共建筑的集中采暖與制冷系統(tǒng)。
（2）該類型集熱器在標(biāo)準(zhǔn)天的天氣情況下經(jīng)約3 小時(shí)的加熱，可產(chǎn)壓力2MPa 的蒸汽，溫度約212℃，這在獲得高品位能方面具有重要意義。
（3） 導(dǎo)熱油強(qiáng)化傳熱技術(shù)及熱管技術(shù)的結(jié)合，使得槽式跟蹤太陽能集熱器具有較高的集熱效率，集熱總效率46%~60%，這是傳統(tǒng)的熱水型及真空管型所無法達(dá)到的。
參考文獻(xiàn)
[1] 朱躍釗，蔣金柱.槽式聚光型熱管式太陽能鍋爐裝置[P].中國：200610040139.4，2007.11.14.
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