太陽能中溫熱管接收器設計研究

熱管技術已成功應用于太陽能低溫熱利用領域，應用形式主要包括熱管式真空管太陽能集熱器、復合拋物面聚光器(CPC)熱管式太陽能集熱器等。

　　近年來，為降低拋物面槽式太陽能電站的成本，研究者提出用直接產蒸汽(DSG)系統代替傳統槽式太陽能電站的雙回路系統(包括導熱油回路和水循環2個回路)，省去導熱油回路后系統效率顯著提高。

　　但也帶來了一系列新的問題：DSG系統中接收器吸熱管周向溫差較大，汽水混合物對管路的沖擊，導致接收器可靠性較差，容易產生彎曲、顫動甚至損壞玻璃套管。熱管具有優良的等溫性、蒸發段與冷凝段分離，可以很好地解決DSG系統中接收器的問題，提高接收器可靠性。筆者采用中溫熱管代替普通吸熱管，自主開發了用于DSG系統的太陽能中溫熱管接收器，并通過模擬試驗對中溫熱管及中溫熱管接收器的性能進行研究。

　　1 太陽能中溫熱管接收器的結構

　　中溫熱管接收器由中溫熱管、玻璃套管組成，熱管的蒸發段外罩單層玻璃套管，蒸發段一端通過玻璃—金屬密封件與玻璃套管連接，另一端由支撐件支撐，構成接收器的吸熱段;熱管的冷凝段伸人夾套內構成接收器的放熱段。熱管蒸發段外表面涂高溫選擇性吸收涂層，作為吸熱層，熱管蒸發段與冷凝段分離，接收器的吸熱段與放熱段也相應分離，如圖1所示。

　　2 模擬試驗研究

　　拋物面槽式太陽能集熱器工作過程中，接收器面對聚光器的一面與背對聚光器的一面接收到的熱流密度之比為62：1，這也是導致接收器周向溫差過大的主要原因。試驗中采用電爐加熱模擬中溫熱管接收器受熱條件，在熱管蒸發段(即熱管位于爐膛中的部分)的上表面加2層厚為4[nln的玻璃纖維帶，阻隔電爐對熱管的輻射換熱，實現對中溫熱管接收器實際工作條件的模擬。中溫熱管接收器試驗中熱管工作傾角為4℃。

　　2.1 模擬試驗系統

　　試驗系統包括計量泵、脈沖阻尼器、電爐、冷卻器、背壓閥及數據采集系統，如圖2所示。脈沖阻尼器用于平衡計量泵產生的流量波動，確保管路中水壓力、流量穩定。背壓閥起背壓作用，調控閥前管路壓力。測量系統由安捷倫數據采集儀、熱電偶、計算機、壓力表、流量計組成，測量熱管溫度、進出口水溫、系統壓力、流量。熱電偶布置見圖3，熱管管壁沿軸向與3個橫截面圓周方向均布置K型熱電偶，測量熱管管壁軸向溫度與周向溫度分布，夾套進出口處布置E型熱電偶。熱電偶直接焊在熱管管壁上，測溫點外面覆蓋2—3 mm厚的高溫膠，避免爐膛輻射對熱電偶測溫準確性的影響。

　　圖2 試驗系統示意圖

　　圖3 熱電偶布置

　　熱管傳輸功率Q：

　　式中：c。為比熱容，J/(kg·℃);rh為質量流量，kg/s;

　　熱管蒸發段傳熱系數：

　　式中：疋為熱管蒸發段平均溫度，通過測量熱管蒸發段管壁正上方各點及3個截面上各點溫度平均得到;瓦為熱管絕熱段溫度;Ah為熱管蒸發段表面積。

　　熱管冷凝段傳熱系數：

　　式中：TC為熱管冷凝段平均溫度，通過測量熱管絕熱段緊鄰冷凝段正下方的管壁溫度得到;AHPC為冷凝段表面積。

　　處在蒸發段不同位置3個截面的溫度分布趨勢不同，因此，選擇3個截面的最大周向溫差的平均值作為熱管性能評價參數。