基于熱管的太陽能中溫接收器設(shè)計

熱管技術(shù)已成功應(yīng)用于太陽能低溫?zé)崂妙I(lǐng)域，應(yīng)用形式主要包括熱管式真空管太陽能集熱器、復(fù)合拋物面聚光器（CPC）熱管式太陽能集熱器等。

　　熱管應(yīng)用于太陽能集熱器具有以下優(yōu)點：熱效率高；吸熱段與放熱段分離，可靠性高；承壓性能好；熱虹吸管具有單向?qū)嵝?，熱管式太陽能集熱器夜間散熱損失減少。在太陽能中溫（250～400℃）熱利用領(lǐng)域，主要是拋物面槽式太陽能集熱器中熱管技術(shù)應(yīng)用較少，日本的Noboru Ezawa等M。o在20世紀(jì)80年代初研制了用于拋物面槽式熱管太陽能集熱器的中溫?zé)峁?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/接收器">接收器，但研究沒有繼續(xù)下去，希臘的Bakos等舊1設(shè)計了采用熱管接收器的拋物面槽式太陽能集熱器。中溫?zé)峁?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/接收器">接收器沒有得到廣泛研究的原因在于采用中溫?zé)峁芙邮掌骱筇柲芗療崞餍枰獌A斜放置，并且需要額外的管路來輸送傳熱流體，導(dǎo)致集熱系統(tǒng)復(fù)雜。

　　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(chǎn)蒸汽（DSG）系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)槽式太陽能電站的雙回路系統(tǒng)（包括導(dǎo)熱油回路和水循環(huán)2個回路），省去導(dǎo)熱油回路后系統(tǒng)效率顯著提高。

　　但也帶來了一系列新的問題：DSG系統(tǒng)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(dǎo)致接收器可靠性較差，容易產(chǎn)生彎曲、顫動甚至損壞玻璃套管。熱管具有優(yōu)良的等溫性、蒸發(fā)段與冷凝段分離，可以很好地解決DSG系統(tǒng)中接收器的問題，提高接收器可靠性。筆者采用中溫?zé)峁艽嫫胀ㄎ鼰峁?，自主開發(fā)了用于DSG系統(tǒng)的太陽能中溫?zé)峁芙邮掌?，并通過模擬試驗對中溫?zé)峁芗爸袦責(zé)峁芙邮掌鞯男阅苓M(jìn)行研究。

　　1 太陽能中溫?zé)峁芙邮掌鞯慕Y(jié)構(gòu)

　　中溫?zé)峁芙邮掌饔芍袦責(zé)峁?、玻璃套管組成，熱管的蒸發(fā)段外罩單層玻璃套管，蒸發(fā)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(gòu)成接收器的吸熱段；熱管的冷凝段伸人夾套內(nèi)構(gòu)成接收器的放熱段。熱管蒸發(fā)段外表面涂高溫選擇性吸收涂層，作為吸熱層，熱管蒸發(fā)段與冷凝段分離，接收器的吸熱段與放熱段也相應(yīng)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(dǎo)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?zé)峁芙邮掌魇軣釛l件，在熱管蒸發(fā)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(xiàn)對中溫?zé)峁芙邮掌鲗嶋H工作條件的模擬。中溫?zé)峁芙邮掌髟囼炛袩峁芄ぷ鲀A角為4℃。

　　2.1 模擬試驗系統(tǒng)

　　試驗系統(tǒng)包括計量泵、脈沖阻尼器、電爐、冷卻器、背壓閥及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖2所示。脈沖阻尼器用于平衡計量泵產(chǎn)生的流量波動，確保管路中水壓力、流量穩(wěn)定。背壓閥起背壓作用，調(diào)控閥前管路壓力。測量系統(tǒng)由安捷倫數(shù)據(jù)采集儀、熱電偶、計算機(jī)、壓力表、流量計組成，測量熱管溫度、進(jìn)出口水溫、系統(tǒng)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(jìn)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(zhǔn)確性的影響。

圖2 試驗系統(tǒng)示意圖