新型槽式跟蹤太陽能集熱器的中高溫熱利用研究

2011-03-02 張華 南京工業大學

  采用新型導熱介質,主要介紹了集熱裝置的熱性能實驗方法,并著重對槽式跟蹤太陽能集熱器集熱性能進行了研究及分析,通過對槽式跟蹤熱管真空管集熱器理論值與試驗值的比較,結果表明:利用導熱油強化傳熱技術并結合熱管技術,使得槽式跟蹤太陽能集熱器具有較高的集熱效率,可產壓力2 MPa,溫度達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算外,更需要通過實驗所反映的真實數據對其綜合性能及質量作出客觀性的評價,并為太陽能集熱裝置的進一步改造與完善、太陽能熱利用系統的設計與推廣提供可靠的參數和實踐依據。拋物面型集熱器(目前以槽式與CPC 式為主要研究方向)作為一種技術尚未成熟、各項性能處于探索階段的新型高效太陽能集熱裝置,若要進入現實生活中,就必須經過多項試驗的審核。本文采用新型導熱介質從熱性能方面進行實驗研究,對槽式真空管熱管集熱器的熱效率實驗將從瞬時效率和一段時間(如一天或一周等)內的平均效率進行分析。

1、熱管技術及強化傳熱技術的應用

  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,結構簡單,可靠性強。近年來,將熱管技術與真空玻璃技術結合,應用于太陽能集熱器,即現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、熱二級性、寬工作范圍等優點,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熱源的要求,采用槽式跟蹤聚光技術與熱管真空管技術相結合。

  圖1、圖2 結構的主要不同在于真空管內管與熱管之間的連接問題,它們分別通過肋板或翅片、導熱介質進行熱量傳遞的。通過熱力學分析容易發現利用真空型集熱器的集熱效率要低,因固體與液態的導熱性都要好。對兩者進行比較可發現,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,因而在設計中肋板或翅片與真空管內管之間的接觸精度以及金屬變形量調整等都將大大提高集熱器的設計精度,提高集熱器的生產與維修成本;(2)玻璃- 金屬焊接工藝對熱管與真空管端口進行密封,以目前技術實現效果很差。而以導熱油為導熱介質的槽式跟蹤聚焦集熱器集熱體結構簡單、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。

肋板太陽能真空管熱管型

導熱介質+ 真空管熱管型

4、結論

  通過對導熱油型槽式單軸跟蹤真空管熱管太陽能集熱器的實驗與理論性能比較分析,可以得到如下結論:

  (1)以導熱油為導熱介質的槽式跟蹤聚焦熱器集熱體結構簡單、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。

  (2)該類型集熱器在標準天的天氣情況下經約3 小時的加熱,可產壓力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) 導熱油強化傳熱技術及熱管技術的結合,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%,這是傳統的熱水型及真空管型所無法達到的。

參考文獻

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