带有盖板的太阳能热管集热装置

【摘 要】优化组合带有盖板的CPC集热板和三U型填充式集热管的太阳能空气集热装置，并对该集热装置做热性能理论分析，同时，为太阳能斯特林热工转换引擎提供新的采热方法。

【关键词】太阳能；集热板；实验

太阳能集热器是吸收太阳辐射并将产生的热能传递到传热介质的装置，它是组成各种太阳能热利用系统的关键部件。本文是以大连理工大学梁若冰博士所提出的集热性能较好的三U型填充式集热管与带有盖板的CPC有效结合，使用导热系数较大的新型材料―石墨与甘油混合物作为传热介质，优化设计了一种新型的中高温太阳能集热装置。

一、集热装置结构

每个集热单元（如图）包括一个简化CPC集热板（非追踪式复合抛物线聚光板，镀有减反射比膜），一根全真空玻璃集热管，并在玻璃管内安装一个三U型紫铜换热管，以新型导热材料―普通石墨与甘油的混合物作为填充材料。其能量传递机理为：太阳能经玻璃盖板辐射传热，同时CPC集热板将太阳辐射汇聚到真空管上，真空管吸热后热量通过导热介质传入三U型铜换热管内，加热管内的换热介质，使介质温度升高转换为有用能被利用。

图 集热装置结构

二、集热器的热性能分析

集热器理想状态即：系统处于热稳态；三U型支管间的热传递忽略不计；忽略真空集热管内空气对流和传导热损失；真空集热管玻璃外壳与周围环境的传热系数为常数。则该集热器部分热性能参数为：

（1）热损失系数

集热器的热损失系数是决定集热面积的重要因素，热损失系数越大，环境温度对集热效率的影响越明显，相同热负荷下所需的集热面积就越大，集热器的热损失系数为：

（为风损系数忽略为零；当有盖板时=1；分别为玻璃管和盖板的发射率；分别为玻璃管温度，天空温度，集热管温度，常量。）

（2）瞬时效率

以集热管中工质的进口温度Ti和环境温度Ta来表示此集热器的瞬时效率。

（为光学效率，I为照射在集热器上的总辐射强度，C为几何聚光比。为该集热器的热转移因子：其物理意义是集热器实际的有用能量与假象吸热板温度为工质进口温度时的有用能量之比。）

三、集热器在斯特林发动机小引擎中的应用

球面双棱镜或双轴跟踪点聚焦聚光器需要跟踪系统，占用空间大，价格比较昂贵。而该太阳能集光器没有自动控制系统，材料成本低，预计约占太阳能斯特林发动机系统价格的15%左右。今后，通过斯特林热机传热系统的设计，减少热阻损失，二者结合具有广阔应用前景。

我国已在太阳能热水、太阳能供热采暖、太阳能制冷空调等众多领域取得了一定的科技创新成果，本文涉及到的太阳能收集装置是综合前期成果基础上，通过创新组合设计的新型的集热单元，由于停留在理论设想，与实际应用的预期还有很大差距。

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