基于熱管的太陽(yáng)能中溫接收器設(shè)計(jì)

熱管技術(shù)已成功應(yīng)用于太陽(yáng)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(yáng)能集熱器、復(fù)合拋物面聚光器（CPC）熱管式太陽(yáng)能集熱器等。

　　熱管應(yīng)用于太陽(yáng)能集熱器具有以下優(yōu)點(diǎn)：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?yáng)能集熱器夜間散熱損失減少。在太陽(yáng)能中溫（250～400℃）熱利用領(lǐng)域，主要是拋物面槽式太陽(yáng)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(yáng)能集熱器的中溫?zé)峁?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/接收器">接收器，但研究沒(méi)有繼續(xù)下去，希臘的Bakos等舊1設(shè)計(jì)了采用熱管接收器的拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器。中溫?zé)峁?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/接收器">接收器沒(méi)有得到廣泛研究的原因在于采用中溫?zé)峁芙邮掌骱筇?yáng)能集熱器需要傾斜放置，并且需要額外的管路來(lái)輸送傳熱流體，導(dǎo)致集熱系統(tǒng)復(fù)雜。

　　近年來(lái)，為降低拋物面槽式太陽(yáng)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(yáng)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(gè)回路），省去導(dǎo)熱油回路后系統(tǒng)效率顯著提高。

　　但也帶來(lái)了一系列新的問(wèn)題：DSG系統(tǒng)中接收器吸熱管周向溫差較大，汽水混合物對(duì)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(dòng)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(wèn)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(yáng)能中溫?zé)峁芙邮掌?，并通過(guò)模擬試驗(yàn)對(duì)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(yáng)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(guò)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(yàn)研究

　　拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器工作過(guò)程中，接收器面對(duì)聚光器的一面與背對(duì)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(guò)大的主要原因。試驗(yàn)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(duì)熱管的輻射換熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)中溫?zé)峁芙邮掌鲗?shí)際工作條件的模擬。中溫?zé)峁芙邮掌髟囼?yàn)中熱管工作傾角為4℃。

　　2.1 模擬試驗(yàn)系統(tǒng)

　　試驗(yàn)系統(tǒng)包括計(jì)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(jì)量泵產(chǎn)生的流量波動(dòng)，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(cè)量系統(tǒng)由安捷倫數(shù)據(jù)采集儀、熱電偶、計(jì)算機(jī)、壓力表、流量計(jì)組成，測(cè)量熱管溫度、進(jìn)出口水溫、系統(tǒng)壓力、流量。熱電偶布置見(jiàn)圖3，熱管管壁沿軸向與3個(gè)橫截面圓周方向均布置K型熱電偶，測(cè)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(cè)溫點(diǎn)外面覆蓋2—3 mm厚的高溫膠，避免爐膛輻射對(duì)熱電偶測(cè)溫準(zhǔn)確性的影響。

圖2 試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖