新型CPC热管真空管集热器的结构

2009-02-25 张维薇 南京工业大学机械与动力工程学院

       复合抛物面聚光器（简称CPC）型热管真空管集热器是一种新型的太阳能中温集热装置。该种聚光器根据边缘光线原理设计，可将给定接受角范围内的入射光线按理想聚光比收集到接收器上。利用热管真空管做为接收器，具有热损失少、热容量小、热二极管性及工作范围宽等显著优点。此类集热器的结构比较简单，对聚光面线型加工精度要求不严格，但接收器的性能对整个集热器的性能影响很大。本文重点介绍肋片型、导热油型CPC 热管真空管集热器的结构，并对集热器进行传热分析，得出瞬时效率方程，并对两种集热器进行了性能比较。

1 新型CPC 热管真空管集热器的结构

     CPC热管真空管集热器单元结构如图1所示，它由聚光面和装在底部的接收器构成。聚光面是由两片槽状抛物面和渐开面组合而成，接收器为热管真空管。

CPC热管真空管集热器结构示意图 

图1 CPC 热管真空管集热器结构示意图

1.1 聚光器

      其横截面为轴对称，其中右半支为一段渐开线(AG)外接一段抛物线(AC)，如图2 所示。投射在抛物线AC 上且和阴影线AB 平行的入射阳光与抛物线轴平行。反射光聚焦于焦点F(吸热管管顶)， 即图2 中入射光线1 射到抛物线面M 点(MN 为抛物线在M 点的法线)，再反射到吸收管顶的F 点被真空管内管吸收。入射光线2 射到抛物线的M 点时，入射角已增大，再反射到真空管内管上被吸收。随着入射角的增大，入射光线3在M 点的反射光线投射在渐开线AP 上的G 点，再二次反射到真空管内管上。图2 中收集阳光角度范围2 θA, 称为接收角(两条阴影线之间的夹角)，而θA 称半接收角。

聚光面的聚光原理示意 

图2 聚光面的聚光原理示意图

1.2 接收器

       本文介绍的肋片型、导热油型CPC热管真空管集热器的接收器结构如图3、图4 所示。

肋片型接收器结构示意图 

1.热管冷凝段 2.保温堵塞 3.热管蒸发段 4. 真空管内管 5.真空管外管 6. 肋片 7.选择性涂层 8.弹簧卡和消气剂

图3 肋片型接收器结构示意图

导热油型接收器结构示意图 

     1.热管冷凝段 2.保温堵塞 3.热管蒸发段 4.真空管内管 5.真空管外管 6.导热油 7.选择性涂层 8.弹簧卡和消气剂

图4 导热油型接收器结构示意图

       真空管为双层，内管电镀特殊的选择性吸收涂层(Al-N/Al)作为吸热体,能有效吸收太阳光线,增加了集热管的光学效率。内外层之间抽成真空, 能有效防止热量通过对流方式散发出去，阳光照射或反射到真空管选择性吸收涂层, 产生热量后分别通过肋片和导热油将热量传给热管,热管获得热量(同时含有真空管闷晒热量)后通过冷凝段将热量传给集热介质。