CPC热管式真空管集热器开发及其传热分析VIP免费

收稿日期:2006201225作者简介:赵玉兰(19742),女,山东潍坊人,硕士,从事高效传热传质设备技术的开发与研究。文章编号:100027466(2006)0420028204CPC热管式真空管集热器开发及其传热分析赵玉兰,张红,战栋栋,庄骏(南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京210009)摘要:基于太阳能集热器的发展现状,综合利用非跟踪聚焦型聚光器CPC和热管式真空管集热器的优越性,开发了一种CPC热管式真空管太阳能集热器。给出了此集热器中聚光镜和接收器的结构设计,并对集热器进行了传热分析。关键词:集热器;太阳能;热管;CPC;传热中图分类号:TK172.4文献标识码:ADesignandheattransferanalysisofCPCheatpipeevacuatedtubularcollectorsZHAOYu2Lan,ZHANGHong,ZHANDong2dong,ZHUANGJun(CollegeofMechanicalandPowerEngineering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)Abstract:ConsideringtheadvantagesofCPC(compoundparabolicconcentrator)andheatpipeevacuatedtubularcollector,akindofsolarcollectorwhichemployedbothtwocomponentsispres2ented.Theconfigurationdesignofconcentratorandcollectorisdiscussed,andtheheattransfera2nalysisofcollectorsisgiven.Keywords:evacuatedtubularcollector;solar;heatpipe;compoundparabolicconcentrator;heattransfer太阳能作为一种巨大的、无污染的可再生能源,已经越来越引起人们的普遍重视。在太阳能中温应用领域中,由于非聚光集热器很难达到较高的温度,而抛物面聚光器又需要复杂的跟踪系统,并且价格昂贵,因此复合抛物面聚光器(CPC)有着广泛的应用前景[1]。CPC热管式真空管集热器是一种新型的太阳能集热装置,它运用了真空技术和热管技术,具有热损失少、热容量小、热二极管性及工作范围宽等显著优点。文中介绍将热管式真空管作为CPC的接收器开发设计的CPC热管式真空管太阳能集热器,针对现有的集热器容易形成焦斑、热损失大等问题进行了相应的结构改进,并且对此集热器进行了传热分析和计算。1CPC热管式真空管集热器结构CPC热管式真空管集热器结构见图1。CPC热1.双层玻璃2.涂层3.真空4.聚光镜5.热管6.肋片图1CPC热管式真空管集热器结构图管式真空管集热器是由非跟踪聚焦型的复合抛物面聚光器CPC和热管式真空管(接收器)组成,CPC第35卷第4期石油化工设备Vol135No142006年7月PETRO2CHEMICALEQUIPMENTJuly2006是一种非成像低聚焦的聚光器,它根据边缘光线原理设计,可将给定接收角范围内的入射光线按理想聚光比收集到接收器上,而热管式真空管将光能转化为热能后由介质带走。(1)聚光器其横截面为轴对称图形,其中右半支为一段渐开线外接一段抛物线DF2,图2。设计中右支抛物线的焦点F1靠近左支抛物线的起点。光线S1、S2照射到抛物面上后,聚集到抛物线的焦点上,因抛物线的焦点不在吸热圆上,光线聚集在吸热体的A、B两点,而不是聚集在一点上。这样使聚集的光线在吸热体上分布合理[2],不易形成焦斑,也不易使集热管损坏。F1G、GF2为两段对称的渐开线,渐开线的展开圆为真空管的内圆,即吸热圆。由圆的渐开线性质可知,从圆外任何方向射向圆的渐开线上的光线经反射后都投射到该圆上,因此它具有不用跟踪太阳也可接收汇聚光线的功能,故提高了聚光器的光学效率。图2聚光镜的聚光原理示意图(2)接收器接收器是一个热管式真空管集热器,热管式真空管结构见图3。真空管为双层,内管上电镀了特殊的选择性吸收涂层(Al2N/Al)作为吸热体,能有效吸收太阳光线,增加了集热管的光学效率。内外层之间抽成真空,能有效防止热量通过对流方式散发出去[3]。阳光照射或反射到真空管选择性吸收涂层,产生热量后通过肋片板将热量传给热虹吸管(简称热管),热管获得热量(同时含有真空管闷晒热量)后通过冷凝段将热量传给集热介质。1.热管冷凝端2.保温堵塞3.热管蒸发端4.真空管内管5.真空管外管6.弹簧卡和消气剂7.肋片图3热管式真空管结构简图2集热器传热计算2.1CPC热管式真空管集热器的光学效率CPC热管式真空管集热器的光学效率用下式表示[4]:Gop=QSeArpfref(1)式中,Q为不锈钢聚光镜的反射率;Se为真空管玻璃外管的透过率;Ar为真空管内管上选择性涂层的吸收率;p=1-g/(PDr),为间隙损失系数;Dr为真空管内...